Solare Fassaden Simulationswerkzeuge zur Tageslichtnutzung

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Heidi Weiner
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1 Solare Fassaden Simulationswerkzeuge zur Tageslichtnutzung Dipl.-Ing. Lars O. Grobe Hochschule Luzern, Senior Wissenschaftlicher Mitarbeiter Izmir Institute of Technology (Türkei), Doktorand 12. Januar 2016, Basel

2 Simulationswerkzeuge zur Tageslichtlenkung - Geometrische Modellierung - Retroreflektierende Systeme - Transport über Mehrfachreflexion - Datenbasierte Modelle - Sonnenschutzraster - Tageslichtlenkender Film Kuppel des Reichstagsgebäudes, Berlin, Foster+Partners, Foto: Nigel Young 2,

Quelle: Köster Lichtplanung. aussen innen Retroreflektierende Lamelle Retrolux. Ansichten Innenraum.

3 Retroreflektierende Systeme: Retrolux - Reduktion von direkter Sonneneinstrahlung - Flaches Profil erhält Sichtbezüge - Oberflächenstruktur mit Fresnel-Optik (Mobimo-,Bluewin-) Swisscom-Tower, Zürich. Architektur: HZDS AG Generalplaner. Quelle: Köster Lichtplanung. aussen innen Retroreflektierende Lamelle Retrolux. Ansichten Innenraum. Quelle: Website Köster Lichtplanung. Mikrostrukturierte, retroreflektierende Lamelle Retrolux, Patent Köster Lichtplanung. 3,

(Mobimo-,Bluewin-) Swisscom-Tower, Zürich. Architektur: HZDS AG Generalplaner. Quelle: Köster Lichtplanung.

4 Modellierung Retrolux: Radiance Photon Map - Erweiterung der Simulationssoftware Radiance - Progressive Photon Mapping - Reduziert Rauschen, ohne Bias zu erhöhen - Out-of-Core Photon Map - Höhere Photonenzahl reduziert Rauschen (Mobimo-,Bluewin-) Swisscom-Tower, Zürich. Architektur: HZDS AG Generalplaner. Quelle: Köster Lichtplanung. Rauschen Niedrige Bandbreite Konventionelles Photon Mapping Bias Hohe Bandbreite Progressive Photon Mapping NEU: Out-of-Core Photon Mapping 4,

5 2,00m Retroreflektierende Systeme: Luxtherm - Reduktion von direkter Sonneneinstrahlung - Flaches Profil erhält Sichtbezüge - Umlenkung von Licht in den Raum oberhalb 2m - Ausblendung direktes Sonnenlicht unterhalb 2m Sonnenschutz aussen innen aussen innen Retroreflektierende Lamelle Luxtherm in Doppelverglasung. Links: Orientierung zur Umlenkung, rechts als Sonnenschutz. 5, Handwerkskammer Köln. Architektur: Schürmann Spannel SSP. Tageslicht: Köster Lichtplanung, Lieferant Retrosolar.

6 Simulation Messung Modellierung Luxtherm: Photon Map - Generator erzeugt Beschreibung für Radiance - Vergleich Simulation und Messung, Altitude 35 - Richtungsaufgelöste Verteilung des Lichts - Direkt-hemisphärische Transmission T= Retroreflektierende Lamelle Luxtherm in Doppelverglasung. Links: Orientierung zur Umlenkung, rechts als Sonnenschutz. 6, T= Handwerkskammer Köln. Architektur: Schürmann Spannel SSP. Tageslicht: Köster Lichtplanung, Lieferant Retrosolar.

7 Transport über Mehrfachreflexion - Umlenkung von Licht über mehrfache Reflexion - Transport von Tageslicht in Räume ohne Fenster - z.b. Spiegelschacht, Light-Pipe, Lichttrompete Light-Pipe und Heliostaten, Tag- und Nachtansichten. Quelle: Website Firma Heliobus, Sankt Gallen Neue Stadtbibliothek, Augsburg. Schrammel Architekten. Lichtplanung: Bartenbach GmbH. Quelle: Firma Bartenbach, Fotos: Peter Bartenbach. 7, Spiegelschacht, Beispielansicht. Quelle: Website Firma Heliobus, Sankt Gallen

Transport über Mehrfachreflexion - Umlenkung von Licht über mehrfache Reflexion - Transport von Tageslicht in Räume ohne Fenster - z.b. Spiegelschacht, Light-Pipe, Lichttrompete Raytracing zur Optimierung von Spiegelsystemen.

8 Transport über Mehrfachreflexion - Umlenkung von Licht über mehrfache Reflexion - Transport von Tageslicht in Räume ohne Fenster - z.b. Spiegelschacht, Light-Pipe, Lichttrompete Raytracing zur Optimierung von Spiegelsystemen. Entwicklung Hochschule Luzern, CC EASE. 8, Spiegelschacht, Beispielansicht und Schemaschnitt. Quelle: Website Firma Heliobus, Sankt Gallen

Sonnenschutzraster, Transmission. Rechts: Burda Media-Park, Offenburg.

9 Retroreflektierende Systeme: Mikroraster - Ausblenden direkter Sonneneinstrahlung - Gleichmässig verteilte Beleuchtungsstärke - Integration in Überkopfverglasung Oben: Siteco Sonnenschutzraster, Transmission. Rechts: Burda Media-Park, Offenburg. Ingenhoven Architects. In: Daylight systems for glare-free light and pleasant room athmospheres. Siteco. 9,

10 Mikroraster: Messung Bidirectional Scattering Distribution Function - Hochaufgelöste Messung am Goniophotometer Hochschule Luzern CC EASE - Messung von Proben bis 900mm x 1000mm (Reflexion, Transmission) Detektor Probe Lichtquelle 10,

reduziert Daten Messung BSDF. φ i =0, θ i =40.

11 Mikroraster: Datenbasiertes BSDF-Modell - Beispiel: Transmission für eine Einfallsrichtung - Variable Auflösung erhält Details, reduziert Daten Messung BSDF. φ i =0, θ i =40. Niedrige Auflösung Einfallsrichtung Hohe Auflösung Screenshot LBNL BSDF-Viewer. 11,

2016 Daytime Daylight Autonomy Daytime daylight autonomy [%] >100 >100 92 9283 8375 75 67 67 58 58 50 50 42 42 33 33 25 25 17 17 8

12 Mikroraster: Datenbasierte Modellierung - Anwendung des datenbasierten Modells Erweiterung Flughafen Calgary (Transsolar) - BSDF-Modell statt komplexer Geometrie - Klimabasierte Jahressimulation 12, Daytime Daylight Autonomy Daytime daylight autonomy [%] >100 > Oben: Daytime Daylight Autonomy Calgary Airport Expansion. Rechts: Bauzustand Flughafenerweiterung 2015, mit dem Sonnenschutz-Mikroraster versehene Skylights. Quelle: Transsolar (beide).

13 Zusammenfassung - Tageslichttechnik für Energieeffizienz und Komfort - Sonnenschutz: Komfort, reduzierte Blendung, Energiebedarf Kühlung - Lichtlenkung: Tageslichtverfügbarkeit, reduzierter Energiebedarf Licht - Simulation als notwendiges Planungswerkzeug - Klimabasierte Simulationen sind international Standard (LEED etc.) - Zwei Wege zur Modellierung innovativer Tageslichtsysteme - BSDF basierend auf Messdaten: berücksichtigt auch unbekannte Effekte - Geometrie und Photon Map: Erlaubt Optimierung, sichtbare Strukturen 13,

14 Vielen Dank für Ihr Interesse! Weitere Informationen zu laufender Forschung und Entwicklung: Unterstützt durch den SNF. 14,

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