Klimabaserte dagslysanalyser - et mulig paradigmeskifte for bransjen

Abstract

Dagslys er et viktig element i bygningsdesign fordi det påvirker visuell komfort, menneskers helse, termisk inneklima og energieffektivitet. I dagens byggteknisk forskrift (TEK17) stilles det krav til tilfredsstillende tilgang på dagslys på minimum 2% gjennomsnittlig dagslysfaktor for rom for varig opphold. Simuleringene som benyttes for beregningene av gjennomsnittlig dagslysfaktor gjennomføres med CIE standard overskyet himmel, og tar ikke hensyn til variasjoner i klima, orientering etter himmelretninger eller geografisk lokasjon. Dette arbeidet har dermed hensikt om å undersøke hvorvidt klimabaserte dagslysanalyser kan være relevant for bransjen i dag gjennom simulering av et enkelt klasserom.

Modellene for beregningene har blitt tegnet med Rhino 7, og deretter analysert ved bruk av ulike simuleringsverktøy i ClimateStudio. Hovedverktøyet for de klimabaserte analysene er LEED v4.1 Option 1, som er i stand til å beregne ASE1000,250h, sDA300,50 og gjennomsnittlig illuminans i rommet. Med dette verktøyet har basisgeometrien benyttet for beregning av gjennomsnittlig dagslysfaktor blitt sammenliknet med resultater fra de klimabaserte analysene, og deretter gjennomgått designendringer for å oppnå kravene for illuminans som stilles i NS-EN 17037. Det er i tillegg blitt undersøkt hvilken påvirkning refleksjonsverdier har å si for bygningsdesign, da dette praktiseres ulikt. Oppgaven har også forsøkt å gi svar på hvordan dagslysressursen varierer geografisk gjennom stedsanalyser av tre utvalgte byer; Oslo, Bergen og Tromsø. Deretter har det blitt gjort klimabaserte analyser med samme romgeometri for Bergen og Tromsø som ble benyttet i Oslo, med hensikt om å undersøke hvilke konsekvenser dette har for bygningsdesignet og dagslyskvaliteten.

Resultatene viser at et klasserom som oppfyller krav som stilles til gjennomsnittlig dagslysfaktor, ikke tilfredsstiller krav som NS-EN 17037 stiller til beregninger gjort med klimadata og illuminans. Videre var det observerbart at orientering etter de ulike himmelretningene hadde stor innvirkning på hvor enkelt det var å imøtekomme kravene. Fasaden rettet mot nord oppfylte kriteriene med kun små designendringer, mens fasaden mot sør krevde drastiske endringer. I tillegg viste stedsanalysene at det er en merkbar forskjell i direkte normal og global horisontal stråling, samt solens høyde over horisonten for de ulike byene. Dette ga store kontraster på resultatene fra analysene med klimadata fra Bergen og Tromsø.

Oppgaven oppsummeres med at det er store forskjeller på resultatene ved gjennomsnittlig dagslysfaktor og klimabaserte beregninger, som gjør at det kreves ulikt bygningsdesign for å oppfylle kravene. Det er også merkbare forskjeller ved bruk av klimadata fra forskjellige områder i landet som vil påvirke dagslystilgangen og valg av design.

Daylight is an important element in building design due to its impact on visual comfort, human health, thermal indoor climate and energy efficiency. The current regulation manual for building design (TEK17) requires adequate access to daylight at a minimum of 2% average daylight factor for rooms intended for permanent occupancy. The computations of the average daylight factor are based on simulations using the CIE standard overcast sky. However, it does not account for variations in climate, geographical location, or orientation by sky directions. Thus, by simulating a single classroom, this work aims to investigate whether climate-based daylight analysis can be applicable to the industry today.

Rhino 7 was used to design the models for the computations, and ClimateStudio’s simulation features were then used for analysis. LEED v4.1 Option 1, which can compute ASE1000,250h, sDA300,50 and average room illuminance, is the primary tool for the climate-based analysis. The results from the computations done with average daylight factor was compared to the analysis found using LEED v4.1 Option 1, leading to design modifications in order to meet the requirements for illuminance in the European standard NS-EN 17037. Furthermore, research has been done on how reflection values affect building design. The work has also attempted to address the geographical variations in the daylight resource by using location analysis of three selected cities: Oslo, Bergen and Tromsø. Subsequently, climate-based analysis with the same spatial geometry for Bergen and Tromsø have been carried out, with the intention of investigating what implications this has for the building design and daylight quality.

The findings indicate that a classroom that satisfies the requirements set for the average daylight factor does not meet the criteria of NS-EN 17037 for calculations involving illuminance and climate data. Additionally, it was observed that the ease of meeting the requirements was significantly influenced by orientation in relation to the various sky directions. The location analysis revealed that the sun’s altitude above the horizon, global horizontal radiation, and direct normal radiation varies noticeably between the cities. This provided a strong contrast to the analysis’s findings using climate data from Bergen and Tromsø.

The thesis concludes that significant differences exist between the average daylight factor and climate-based calculations, indicating that alternative building designs are needed to satisfy the requirements. Daylight access and design choices will be impacted by the evident variations in climatic data from different parts of the country.