DALEC - Ermittlung des Tageslichteintrages bei Berücksichtigung des Nutzerverhaltens

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1 DALEC - Ermittlung des Tageslichteintrages bei Berücksichtigung des Nutzerverhaltens Calculation of the daylight input including the influence of occupant behavior Matthias Werner BauZ! Wiener Kongress für zukünftiges Bauen BauZ! Matthias Werner 1

2 Motivation Unbekannte Wesen? Unknown behavior? Automatisierung Komfort? Control Comfort? NUTZERINNEN Occupants Tageslichteintrag? Energiebedarf? Daylight Input? Energy Demand? Planung Ausführung? Design Realisation? Berücksichtigung in der Planung Consideration in the design phase BauZ! Matthias Werner 2

3 Motivation Verhalten der NutzerInnen und deren Einfluss Behavoir of occupants and the influence BauZ! Matthias Werner 3

4 Sommer Motivation Tageslicht-Autonomie Kunstlichtbedarf Daylight Autonomy Artificial Light Demand BauZ! Matthias Werner 4

5 Sommer Motivation Blendung Glare Überhitzung Overheating BauZ! Matthias Werner 5

6 Motivation Blendung Glare Überhitzung Overheating Veränderung des: Change of: Tageslichteintrages Daylight Input Kunstlichtbedarfs Artificial Light Demand Heiz- und Kühlbedarfs Heating & Cooling Demand BauZ! Matthias Werner 6

7 Tool-Entwicklung Darstellung der Wechselwirkung Solarer Eintrag <-> Tageslicht <-> Kunstlichtlichtzuschaltung <-> NutzerInnen Solare heat gain <-> Daylight <-> Artificial Light <-> Occupant Eigenschaften: Ohne großes Expertenwissen Geringer Eingabeaufwand Schnelle Berechnungszeiten Properties: No Know-How necessary Less input effort Fast calculation time Aussagen in der frühen Planungsphase zu: Energiebedarf: Komfort: Energy Demand: Comfort: Kunstlicht Tageslichtautonomie Artificial Light Daylight Autonomy Heizung Überhitzungshäufigkeit Heating Overheating Kühlung Blendung Cooling Glare BauZ! Matthias Werner 7

8 Forschungsprojekt DALEC Day- & Artificial Light and Energy Calculation Forschungsprojekt: Integrated Day- and Artficial Light Ansprechpartner: David Geisler-Moroder Ansprechpartner: Matthias Werner Ansprechpartner: Bert Junghans Oliver Ebert BauZ! Matthias Werner 8

9 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Außenbeleuchtungsstärke Ext. Illuminance Klima Climate Tageslichteintrag Daylight Input Strahlung Außentemperatur Radiation Temperature Kunstlichtmodul Artificial Light Module Kunstlichtzuschaltung Artificial Light Demand Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 9

10 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Außenbeleuchtungsstärke Ext. Illuminance Klima Climate Tageslichteintrag Daylight Input Strahlung Außentemperatur Radiation Temperature Kunstlichtmodul Artificial Light Module Kunstlichtzuschaltung Artificial Light Demand Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 10

11 Tageslicht Modul Diffus Methode Method Pre-Simulation (Radiance) von typischen: Raumgeometrien Rooms Fassadensystemen Facades Für verschiedene Sonnenpositionen & diffuse Himmelsbedingungen -> Abspeichern in Datenbanken Save in database sun Vorteile Advantages: Sehr schnell very fast Keine Kenntnisse notwendig No Know-How necessary BauZ! Matthias Werner 11

12 E [lx] BauZ! Matthias Werner 12 Validierung der DALEC -Methode : : : :36 Simulation (Simplified Tool) Messung Messung (measurement) vs. DALEC (Simulation)

13 E [lx] BauZ! Matthias Werner 13 Validierung der DALEC -Methode : : : :36 Simulation (Simplified Tool) Messung Messung (measurement) vs. DALEC (Simulation)

14 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Außenbeleuchtungsstärke Ext. Illuminance Klima - Standort Climate Tageslichteintrag Daylight Input Strahlung Außentemperatur Radiation Temperature Kunstlichtmodul Artificial Light Module Kunstlichtzuschaltung Artificial Light Demand Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 14

15 Kunstlicht Modul Eingabe: Sollbeleuchtungsstärke (Illuminance) Büro: 500lx Wohnen: 300lx Lichtstärkeverteilungskurven Light Distribution Curve: Direktanteil Breitstrahlend diffus engstrahlend Lichtstrom pro Leuchte (Luminous flux ) [lm] Anschlussleistung (power)[w] Indirektanteil breitstrahlend diffus BauZ! Matthias Werner 15

16 Kunstlichtlösungen - Examples Indirektanteil über die Decke breitstrahlend diffus Direktanteil Bildquelle: Zumtobel BauZ! Matthias Werner 16

17 Kunstlichtlösungen - Examples Indirektanteil über die Decke keinen engstrahlend Direktanteil Bildquelle: wohnideen.minimalisti.com BauZ! Matthias Werner 17

18 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Außenbeleuchtungsstärke Ext. Illuminance Klima - Standort Climate Tageslichteintrag Daylight Input Strahlung Außentemperatur Radiation Temperature Kunstlichtmodul Artificial Light Module Kunstlichtzuschaltung Artificial Light Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 18

19 Thermisches Modul Dynamisches Gebäudemodell (Dynamic Building Model) Kapazität EN ISO Input: Kunstlichtzuschaltung (Artificial Light) Solaren Einträge (Solar heat gain) Klimaanlage Interne Lasten (Kunstlicht, Pc, etc.) Output: Heiz- bzw. Kühlbedarf (Energy Demand) Innenraumtemperatur (Internal Temp.) Überhitzungshäufigkeit (Overheating) Lüftungsverluste Transmissionsverluste Solare Einträge BauZ! Matthias Werner 19

20 Thermische Charakterisierung des Fassadensystems Winkelabhängigkeit bei Lamellensystemen nicht zu vernachlässigen. Angle dependence of SHGC is not negligible Methode: 145 winkelabhängige g-werte 145 different SHGC BauZ! Matthias Werner 20

21 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Klima - Standort Climate Kunstlichtmodul Artificial Light Module Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 21

22 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Klima - Standort Climate Blendung glare On/Off gedimmt Kunstlichtmodul Artificial Light Module Steuerung / NutzerInnen Control / Occupant Sonnenschutz Sun protection Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 22

23 NutzerInnen- Steuerungsmodul NutzerInnen Occupant Steuerung Control Auswirkung Effect Blendung Glare Leuchtdichte an der Innenseite der Fassade Limit of the inner facade (L > Grenzwert [cd/m²]) - Geschlossenes Fassadensystem wird gewählt Closed facade system is chosen Überhitzung Overheating - Strahlungswert an der Fassade Radiation limit (I > Grenzwert [W/m²]) Geschlossenes Fassadensystem wird gewählt Closed facade system is chosen Kunstlicht Artificial Light % on 2. On/off Tageslichtabhängig gedimmt Daylight Dimmable Bestimmung des Kunstlichtbedarfes Articial Light Demand BauZ! Matthias Werner 23

24 Raumhöhe Geometrie Überstand Horizontale Verbauung Raumtiefe BauZ! Matthias Werner 24

25 Screens Bildquelle: BauZ! Matthias Werner 25

26 Raffstore Venetian Blind Bildquelle: BauZ! Matthias Werner 26

27 Umlenklamelle Daylight System LOLAMELL - Lamelle LAM-GEL - Lamelle Geniolux - Lamelle Bildquelle: Bartenbach BauZ! Matthias Werner 27

28 Prinzipieller Simulationsablauf Tageslichtmodul Daylight Module Klima - Standort Climate Blendung Tageslicht glare Steuerung / Autonomie - NutzerInnen Daylight Control / Autonomy[%] Occupant Sonnenschutz Überhitzung - On/Off Sun protection Overheating Kunstlichtmodul Artificial Light Module Thermisches Modul Thermal Module Gesamtenergiebedarf Energy Demand Heizen + Kühlen + Kunstlicht Heating + Cooling + Artificial Light [W] BauZ! Matthias Werner 28

29 DALEC Online Tool Kostenlose Nutzung free Sprache Deutsch language: Englisch BauZ! Matthias Werner 29

30 Monatliche Auswertung: Monthly results: Output DALEC BauZ! Matthias Werner 30

31 Stündliche Auswertung Hourly results: Output - DALEC BauZ! Matthias Werner 31

32 Fallbeispiele - DALEC Passive-House-Standard Fassade - facade: Brüstung opak, parapet opaque Blend- Sonnenschutz: Raffstore (45 - Stellung, außenliegend) glare/sun protection: 45 venetian blind Beleuchtung - Artificial Lighting: Durchschnittliche Effizienz 10W/m² Standort - Location: Innsbruck (Süd-orientiert, south oriented) Fensternah fensterfern BauZ! Matthias Werner 32

33 Einfluss von Blendschutzmaßnahmen Bei Blendung fährt ein außenliegender Raffstore herunter Case of glare external venetian blind Blendung / glare Blendungstoleranz? Bildschirmarbeitsplatz, Besprechung? Wohnen? BauZ! Matthias Werner 33

34 Daylight Autonomy Tageslichtautonomie [%] Tageslichtautonomie Kein Blendschutz No glare protection Leuchdichtebegrenzung [cd/m²] fensternaher Bereich Near window fensterferner Bereich Far from window BauZ! Matthias Werner 34

35 Blendungstoleranz 3000 cd/m² 5000 cd/m² BauZ! Matthias Werner 35

36 Energy demand Nutzenergiebedarf [kwh/(m²*a)] Blendungstoleranz Leuchdichtebegrenzung [cd/m²] Kühlung Heizung Kunstlicht cooling heating Artificial light BauZ! Matthias Werner 36

37 Energy demand Nutzenergiebedarf [kwh/(m²*a)] Blendungstoleranz Leuchdichtebegrenzung [cd/m²] Kühlung Heizung Kunstlicht cooling heating Artificial light Mit Sonnenschutz-Steuerung (200W/m²) BauZ! Matthias Werner 37

38 Umnutzung conversion E =? Einfluss der Sollbeleuchtungsstärke? Influence of required illuminance? BauZ! Matthias Werner 38

39 Energy demand Energiebedarf [kwh/(m²*a)] Kunstlicht - Sollbeleuchtungsstärke Nutzenergie [kwh/(m²a)] Wohnen Büro Handwerk Kühlung Heizung Kunstlicht cooling heating artificial light Sollbeleuchtungsstärke [lx] Required illuminance BauZ! Matthias Werner 39

40 Effizienz der Kunstlichtanlage Efficiency of the artificial light system BauZ! Matthias Werner 40

41 Effizienz der Kunstlichtanlage Spiegelrasterleuchte Leuchtstoffröhre T16 Fluorescent tube T16 LED Leuchte mit Linsenoptik LED Luminiare Zukunft future? Lichtausbeute: Luminous efficacy: 59 lm/w 112 lm/w lm/w Bildquelle: Zumtobel BauZ! Matthias Werner 41

42 Energy demand Energiebedarf [kwh/(m²*a)] Effizienz der Kunstlichtanlage Nutzenergie [kwh/(m²a)] 30 Spiegelrasterleuchte Leuchtstoffröhre T16 25 LED Leuchte mit Linsenoptik ca. 50% Einsparung savings Lichtausbeute [lm/w] Kunstlicht Bildquelle: Zumtobel BauZ! Matthias Werner 42

43 Zusammenfassung DALEC = Online-Tool für eine ganzheitliche Planung DALEC = Online-Tool for a holistic design Lichttechnisch und thermisch gekoppelte Simulation Coupled light and thermal simulation Kein Simulation- Know How notwendig no simulation Know-How necessary Schnelle Berechnungszeiten Fast calculation time BauZ! Matthias Werner 43

44 Zusammenfassung NutzerInnenverhalten wird imitiert und in Simulation berücksichtigt Fassaden- und Kunstlichtsteuerstrategien umsetzbar Aussaugen über Komfortbewertung (Überhitzung, Blendungshäufigkeit) Optimierung von Automatisierungsstrategien (z.b.: Strahlungsmesskopf) Einfluss bei Umnutzung (Interne Lasten, NutzerInnenverhalten, Blendung, etc.) Behavior of occupant is considered Facade and artificial light controls Comfort evaluation (Overheating, Glare frequency) Optimization of control strategies (e.g.: Radiation Sensor) Influence in case of conversion (internal load, glare, etc.) BauZ! Matthias Werner 44

45 Vielen Dank! Thank you! Matthias Werner Universität Innsbruck Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen Diese Arbeit wird unterstützt durch das österreichische K-Projekt "K-Licht", welches im Rahmen von COMET - Competence Centers for Excellent Technologies durch BMVIT, BMWFJ und die österreichischen Bundesländer Vorarlberg, Tirol und Burgenland gefördert wird. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt BauZ! Matthias Werner 45