Computational Complexity in Architectural Design: The …œ. Κostantoglou, A. Kontadakis, A....
Transcript of Computational Complexity in Architectural Design: The …œ. Κostantoglou, A. Kontadakis, A....
Computational Complexity in Architectural Design: The Case of New Dynamic Criteria in Daylight
Α. Τσαγκρασούλης Τµ. Αρχιτεκτόνων Μηχανικών , Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας
'Ancient Lights' signs below windows in Clerkenwell, London. Taken from the Grand Priory Church of the Order of St John, St. John's Square, on 16th September 2006 by Mike Newman.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seattle_-_Dexter_Horton_%26_Co._Bankers_interior_-_1900.jpg
1900
Αποδοτικό σύστηµα φωτισµού
Ανοικτή κάτοψη
Mικρά καθαρά ύψη
1952
ΘΕΑ
ΕΠΑΡΚΕΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
ΘΑΜΒΩΣΗ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ
ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ
ΕΚΘΕΣΗ ΣΕ ΦΩΣ
ΙΣΟΡΡΟΠΗΜΕΝΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΛΑΜΠΡΟΤΗΤΩΝ
ΕΛΕΓΧΟΣ ΗΛΙΑΚΩΝ ΚΕΡΔΩΝ
Μ. Κostantoglou, A. Kontadakis, A. Tsangrassoulis, “Counterbalancing daylighting, glare and view out: the role of an external shading system control strategy” , CLIMA 2013 Congress, Prague, 15-18/6/2013.
Prim
ary e
nerg
y cso
nsum
ptio
n (k
wh/m
2)
ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ
Ο τρόπος που αντιµετωπίζεται ο φυσικός φωτισµός στους κτηριοδοµικούς κανονισµούς είναι σχετικά απλός
http://www.davidstrong.co.uk/web_documents/international_daylight_survey_results_v.1.xlsx
• Η βασική απαίτηση είναι το ποσοστό του ανοίγµατος σε σχέση µε το δάπεδο είτε σε σχέση µε την πρόσοψη.
• Σε µερικές περιπτώσεις απαιτείται και κάποιος υπολογισµός.
Οι πηγές φυσικού φωτισµού είναι µεταβλητές και αυτό δηµιουργεί πρόβληµα στους υπολογισµούς. Ετσι οι πρωτες προσπάθειες βασίζονται σε γεωµετρικά κριτήρια τα οποία χρησιµοποιούνται µέχρι και σήµερα.
TOMH
KATOΨΗ
ΝO-SKY LINE
Energy code & standard. Daylight area depth calculation.
CIBSE LG-10 Droom/Wroom + Droom/Hwindow head height ≤ 2/(1 – Rmean)
EN 15193-1 Ddaylit = 2.5 × (Hwindow head height – Htask area height) CA Title-24 (Primary) Ddaylit, primary sidelit = 1.0 × Hwindow head height (Secondary) Ddaylit, secondary sidelit = 2.0 × Hwindow head height ASHRAE 90.1 Ddaylit = 1.0 × Hwindow head height ASHRAE 189.1 (South) Ddaylit = 1.5 × Hwindow head height (North) Ddaylit = 1.75 × Hwindow head height IECC 4.572 m Rmean:: the average reflectance of surfaces in the rear half of the room;
Hwindow head height :: The height from floor to window lintel; Htask area height:: The height of the reference plane.
ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΖΩΝΗ
A. Kontadakis, A.Tsangrassoulis, and A. Roetzel, “Defining the Boundaries of Daylight Penetration. The use of dynamic and static daylight methods to predict the daylit zone within sidelit spaces, a comparison.”, BalkanLight 2015
Min. 2.5 m | Max. 5.4 m Min. 2.5 m | Max. 5.8 m Min. 2.5 m | Max. 5.8 m
ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΖΩΝΗ
A. Kontadakis, A.Tsangrassoulis, and A. Roetzel, “Defining the Boundaries of Daylight Penetration. The use of dynamic and static daylight methods to predict the daylit zone within sidelit spaces, a comparison.”, BalkanLight 2015
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
Οµοιόµορφη κατανοµή
Νεφοσκεπής κατα CIE κατανοµή (Type 16)
Eint
Eext
Eint DF= %
Eext
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
Homoi;omor(katanomhmasboleveigia4oiypologismoieinaieykoloiNavalofotoapografoeikonikoergaleio
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ –ΓΡΑΦΟΕΙΚΟΚΟΝΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ
Χρησιµοποιείται στην τοµή Χρησιµοποιείται στην κάτοψη
Ο υπολογισµός αφορά ένα σηµείο
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ (DF)
BS 8206-2:2008 “Lighting for buildings – Part 2: Code of practice for daylighting
Οριζόντιος διάχυτος φωτισµός (lux)
% χρόνου
8:00-17:00
Ηµέρα
Ein*100 Ehor=
f*DF
2% 0.97
300 lux
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
South orientation
A.Tsangrassoulis, L. Doulos, F. Topalis, A. Roetzel, “Comparison of lighting energy savings methodologies due to daylight with EN 15193”, Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment, 3rd Int. Conference, 2010
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
South orientation
A.Tsangrassoulis, L. Doulos, F. Topalis, A. Roetzel, “Comparison of lighting energy savings methodologies due to daylight with EN 15193”, Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment, 3rd Int. Conference, 2010
ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ
E= dci*Li*ΔΩi Σ i=1
N
Tµήµα ουρανού
ΔΩ
P.R. Tregenza, Ι.Μ. Waters, “Daylight Coefficients”, Lighting Research and Technology vol. 15 , 1983
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ
DAYSIM / Radiance three phase method
Αθήνα
Θεσσαλονίκη
Ανδραβίδα
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/cfm/weather_data3.cfm/region=6_europe_wmo_region_6/country=GRC/cname=Greece
KΛΙΜΑΤΙΚΑ ΑΡΧΕΙΑ
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΑΥΤΟΝΟΜΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ (DA, Daylight Autonomy)
DA = 48%
To όριο αυτό µπορεί να τροποποιηθεί π.χ. 300 lux
To ποσοστό εξαρτάται απο το ωράριο λειοτυργίας π.χ. 8:00-18:00
Mια παραλλαγή είναι η cDA (continuous DA)
Υπάρχει συζήτηση για το άνω όριο (p.x. 3000 lux)
Σε µερικές περιπτώσεις το κατώτερο όριο µπορεί να αυξηθεί (π.χ. σχολεία σε 300 lux)
Education Funding Agency daylight design guide, Departmental advice Version 2: January 2014
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χρησιµος Φωτισµός (UDI, Useful Daylight Illuminance)
82%> 500 lux
61%> 500 lux
27%> 500 lux
ΠΩΣ ΕΡΜΗΝΕΥΟΝΤΑΙ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ;
%
ΠΩΣ ΕΡΜΗΝΕΥΟΝΤΑΙ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ;
Υπολoγίζεται η έκταση του χώρου στην οποία τα σηµεία έχουν DA > 50%
O χρόνος υπολογισµού έχει µειωθεί
sDA, spatial Daylight Autonomy
ASE, Annual Sunlight Exposure
sDA300, 50% > 55% ή >75%
ΑSE1000, 250 <10%
LM 83-12: Approved Method: IES Spatial Daylight Autonomy (sDA) and Annual Sunlight Exposure (ASE)
300 lux Ποσοστό χρόνου 8:00-18:00
Ποσοστό χώρου (απαιτήσεις LEED v.4)
1000 lux µόνο απο ήλιο Ώρες /έτος
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χωρική Αυτονοµία Φωτισµού (sDA), Ετήσιος ηλιασµός (ASE)
Aπαιτήσεις LEED v.4)
Καθορισµός γεωµετρίας
Προσοµοίωση µόνο µε άµεσο ηλιακό φωτισµό
(χωρίς ουρανό)
Καθορισµός πλέγµατος υπολογισµού
Προσοµοίωση ΧΩΡΙΣ εσωτερική σκίαση
Προσοµοίωση ΜΕ εσωτερική σκίαση
Υπολογισμόςτωνωρώνπουη
σκίασηενεργοποιείται (>2% τωνσημείωνυπολογισμούμεάμεσοηλ.φωτισμό >1000
lux)
Υπολογισµός sDA Υπολογισµός ASE
TΡΟΠΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χωρική Αυτονοµία Φωτισµού (sDA), Ετήσιος ηλιασµός (ASE)
Ειναι > 55% του χώρου; Ειναι < 10% του χώρου;
250
sDA ΑSE
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χωρική Αυτονοµία Φωτισµού (sDA), Ετήσιος ηλιασµός (ASE)
46.53
93.22
56.3747.74
57.27
73.37 56.37
91.19 7.98
11.08
2.59 3.99
5.595.32
7.46
18.33
20
6.23
13.81 4.97
13.81
3.70 4.23
4.04
11.55
40 60 80 Window to Wall Ratio (WWR, %)
sDA300lx, 50%hrs ASE1000lx, 250hrs DFavg.
Day
light
Met
rics
(sD
A-A
SE-D
F, %
) Energy D
emand (kW
h/m2)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10
20
30
40
60
70
90
100
110
120
50
80
DAYLIGHT METRICS vs ENERGY DEMAND
34.38
4.17 2.11
65.63
17.71 4.33
79.17
23.96 6.58
83.33
23.96 6.67
Reference case: Unshaded Office Room (w. 3.4m, l. 5.4m, h. 2.7m) Roller case: Unshaded Office Room + {movable Roller (according to LM-83)}.
ref. case rlr. case
CoolingHea4ngLigh4ng
CoolingHea4ngLigh4ng
SOUTHORIENTATION
38.75
60.42
38.7838.75 40.33 49.03 47.47
61.47
10.20
18.134.34 5.08
9.10
8.09
8.96
22.04
20
8.32
17.57 6.95
15.44
6.55 5.92
5.55
13.79
40 60 80 Window to Wall Ratio (WWR, %)
Day
light
Met
rics
(sD
A-A
SE-D
F, %
) Energy D
emand (kW
h/m2)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10
20
30
40
60
70
90
100
110
120
50
80
32.29
1.25 0.00
58.33
3.15
67.71
5.13
73.96
18.75 5.44
Reference case: Shaded Office Room (w. 3.4m, l. 5.4m, h. 2.7m, Overhang l. 0.5m) Roller case: Shaded Office Room + {movable Roller (according to LM-83)}.
ref. case rlr. case
CoolingHea4ngLigh4ng
CoolingHea4ngLigh4ng
12.50 18.75
SOUTHORIENTATION
sDA300lx, 50%hrs ASE1000lx, 250hrs DFavg.
DAYLIGHT METRICS vs ENERGY DEMAND
prEN DAYLIGHT: 2015
• Επιτρέπει τον υπολογισµό είτε µε ωριαία προσοµοίωση είτε µε την χρήση του ΠΦΦ • Ταξινοµεί σε τρείς κατηγορίες το εσωτερικό περιβάλλον(σε σχέση µε τον φυσικό φωτισµό)
Ελάχιστες απαιτήσεις για Αθήνα
Φωτισµός απο πρόσοψη
Πρέπει να επιτυγχάνονται 300 lux στο 50% του χώρου για το 50% των ωρών
ΚΑΙ
100 lux στο
100% του χώρου για το
50% των ωρών
Οι ΠΦΦ > 1.5% στο 50% του χωρου
ΚΑΙ
Οι ΠΦΦ > 0.5% στο 100% του χώρου
>50%
300 lux 100 lux
100%
>50%
300 lux 100 lux
100%
10% WFR
prEN DAYLIGHT: 2015
Χωρίς σκίαση
Nότιος προσανατολισµός-Ελάχιστες απαιτήσεις
Με σκίαση (πρόβολος)
• Εισάγει ελάχιστες απαιτήσεις για θέα
prEN DAYLIGHT: 2015
Eλάχιστη απαίτηση για το άνοιγµα θέας Διαστάσεις 1x 1.25 m
Αστικό τοπίο
Δρόµος
Oυρανός
Απόσταση (>6 µ)
Γωνιακή ορίζοντια έκταση ανοίγµατος > 140 (στο 75% του χώρου που χρησιµοποιείται)
• Εισάγει ελάχιστες απαιτήσεις για έκθεση στον ήλιο
prEN DAYLIGHT: 2015
Eλάχιστη απαίτηση : 1.5 ώρες ( 21/5)
prEN DAYLIGHT: 2015
• Εισάγει ελάχιστες απαιτήσεις για θάµβωση (Daylight Glare Probability)
Στις ελάχιστες απαιτήσεις πρέπει τιµή του DGPt < 0.45 . Οι ωριαίες τιµές του DGP στο ωράριο λειτουργίας δεν πρέπει να είναι µεγαλύτερς απο την DGPt περισσότερο απο 5%
ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ
• Η επαλήθευση µε µετρήσεις είναι εξαιρετικά δύσκολη (ετήσια κατανοµή)
• Απαιτητικοί υπολογιστικά
• Χρειάζεται περισσότερη ανάλυση σε σχέση µε τα ηλιακά κέρδη • Πως αποφασίζεται µια ρεαλιστική προσέγγιση για τη λειτουργία της σκίασης
• Επίδραση σε επίπεδο µορφολογίας πρόσοψης
ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ