Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése

Átírás

1

2

3 Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése Filetóth Levente doktorandusz hallgató III. év Pályázat január PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 1.

4 Tartalomjegyzék : I. Bevezetés II. Új módszer szükségessége - fényátereszt felületek tulajdonságai - fényt át nem ereszt felületek jellemz i - fényterel felületek sajátosságai III. A probléma elemzése IV. Kutatási stratégia V. Modellmérések VI. Mérni kívánt jellemz k VII. Mérési eredmények VIII. Számítógépes feldolgozás IX. További tervek X. Irodalomjegyzék XI. Mérési jegyz köny (minta) XII. Fóliás kivonat ábrákkal PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 2.

5 I. Bevezetés: A bels téri komfort, és ezen belül a vizuális komfortra vonatkozó ismeretek nagymértékben b vültek az elmúlt évtizedekben, és az alapvet kérdéseket tisztázták. Amíg a mesterséges világításra vonatkozóan a követelmények, és azok kielégítésének lehet sége együtt fejl dött a vizuális komfort problémáinak tisztázásával, addig a természetes világítással kapcsolatos ismereteink nagyon sok tekintetben évtizedekkel ezel tti helyzetet tükröznek. Ismereteink e téren nem egyen-szilárdságúak a mesterséges világításra vonatkozó jelenlegi tudásunkkal. Összességében a természetes világítás létesítésére az a jellemz, hogy a viszonylag részletesen ismert igények kielégítése nagyvonalúan történik els sorban azért, mert az ismereteink csak ezt teszik lehet vé. A természetes fényhasznosítás a megújuló energia hasznosítás egyik talán legkézenfekv bb formája. A hatásos és gazdaságos természetes fényhasznosítás igen összetett építészeti és világítástechnikai feladat, annál is inkább, mert a lehetséges építészeti és világítástechnikai megoldások száma igen nagy. Ahhoz, hogy a feladat esetenként egzakt módon kezelhet legyen, szükséges a szóba jöhet megoldási lehet ségek rendszerezett, építészeti és világítástechnikai szempontból egyaránt elemzett értékelése. A természetes világítás felülvilágítás módjánál a felülvilágító játssza a lámpatest szerepét, módosítja, irányítja a küls fényhatást. Ilyenformán a kialakuló világításban meghatározó szerepe van. A felülvilágítás mellett kialakuló világítás mennyiségi és min ségi meghatározásának alapfeltétele ennek megfelel en annak ismerete, hogy a felülvilágító milyen szerepet játszik a világítás kialakításában, milyen módon csökkenti, irányítja és osztja a küls tér fényét a bels térbe. A felülvilágítóknak erre vonatkozó tulajdonságai a szükséges mértékben nem ismertek. E nélkül pedig a felülvilágítás mellett kialakuló megvilágítás és megvilágítás-eloszlás szükséges pontossággal nem határozható meg. A gyakorlatban pedig adott bels téri igényhez nem tervezhet megfelel felülvilágító. A bevilágítók világítástechnikai m ködése (a fényátereszt és reflektáló felületek hatása a felfogott fény bels téri elosztásában) a szerkezetek összetettsége miatt nagyon bonyolult, egyszer eszközökkel nem követhet. Kutatásom során el ször azt vizsgálom, hogy a megfogalmazott igények kielégítése milyen mértékben lehetséges a meglev ismert módszerekkel, majd miután bizonyosságot nyertem, hogy ezek alkalmatlanok a problémák megfelel kezelésére, kerestem a probléma megoldásának lehet ségét. Arra a bizonyítható meggy z désre jutottam, hogy a felülvilágítók hatásának megfelel tisztázására csak modell kísérletek segítségével történhet. Ennek megfelel en terveztem meg a kutatást, és valósítottam meg kutatási elképzeléseimet a gyakorlatban. A megoldandó feladat tehát annak tisztázása, hogy a bevilágító, mint komplex szerkezeti egység, geometriai és világítástechnikai jellemz it l függ en hogyan alakítja a bels téri megvilágítást. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 3.

6 II. Új módszer szükségessége A felülvilágítók világítástechnikai hatásait a fényátereszt szerkezete, a fényt át nem ereszt szerkezeti takarás és fény egy részét a bels térbe reflektáló felületek alakítják. Ezek anyag jellemz i és a geometriai kialakítása együttesen határozzák meg tulajdonságait. Az els kérdés, amire a választ keresem: Milyen határok között mozognak felülvilágítóknál a szokásosan alkalmazott anyagok fénytechnikai jellemz i. A fényátereszt felület befolyása kett s: - egyrészt transzmissziós tényez jét l függ mértékben engedi át a fényt, - másrészt az áthaladó fény irányát módosíthatja, amennyiben transzlucens. fényátereszt szerkezet transzmissziója τ egyréteg táblaüveg fényáteresztése : 90% kétréteg táblaüveg fényáteresztése : 80% mintás üveg fényáteresztése : 60% homok-fúvott üveg fényáteresztése : 60% üvegbeton blokkok fényáteresztése : 60% Az fényátereszt szerkezet hatásfoka tehát kb % között változik. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 4.

7 A fényt át nem ereszt felületek csökkentik a bevilágító hatásos szerkezetét, a bevilágító hatásfokát az alábbi mértékben csökkentik. takaró, fényt át nem ereszt felület, relatív keresztmetszet csökkent hatása egyréteg fémkeret árnyékolása: 20% kétréteg fémkeret árnyékolása: 35% egyréteg fakeret árnyékolása: 25% kétréteg fakeret árnyékolása: 50% egyesített szárnyú szerkezet árnyékolása: 20% vasbeton szerkezet árnyékolása : 40% A felülvilágító obstrukciójának hatásfoka tehát 60-80% között változhat. A fényterel felület hatása ugyancsak kett s: - egyrészt reflexiós tényez jét l függ mértékben veri vissza a ráes fényt, - másrészt a felület min ségét l (matt vagy fényes) függ en irányítja a fényt. Fényterel felületek reflexiója ρ fehér matt falfelület : 66% sötét matt falfelület : 50% matt alumínium : 50% fényes alumínium : 67% sima matt üveg : 5% szemcsés matt üveg : 7% opál (tej) üveg : 40% Az, hogy a matt és fényes felületek eltér módon irányítják a reflektált fényt, nagymértékben befolyásolhatja a bels térbe jutó, hasznosítható fény mennyiségét is. Az el z jellemz k a geometriai kialakítás révén eredményeznek ered hatást. A hatás els sorban a fényáteresztés és reflektálás módjától, valamint attól függ, hogy milyen a fény bevilágítón belüli útjának a bevilágító átereszt keresztmetszetéhez viszonyított aránya. Az el z ek szerint tehát a felülvilágítók világítástechnikai tulajdonságai legkevesebb hat jellemz vel írhatók le. A jellemz k ered hatása els közelítésben szorzat jelleg. Ebb l következik, hogy a jellemz k igen tág határok között alakíthatják a felülvilágító ered tulajdonságait, a hatásfokát és a fényeloszlását. Ami minden esetben valamilyen felülettel szemléltethet. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 5.

8 A második kérdés, amire a választ kerestem: Milyen mértékben veszik figyelembe az el z hatásokat az ismert számítási eljárások. meglev számítási eljárás száma fényátereszt felületek transzmiszsziója fényátereszt felület átlátszó v. áttetsz fényt át nem ereszt felület takarása fényterel felület reflexiója fényterel felület min sége fényes v. matt felülvilágító geometriai kialakítása I. igen nem nem nem nem részben II. igen nem igen igen nem részben III. igen nem nem nem nem részben IV. igen nem nem nem nem részben V. igen nem nem nem nem részben VI. igen igen nem nem nem részben VII. igen nem nem igen nem részben VIII. igen nem igen nem nem részben IX. igen nem nem nem nem részben X. igen nem nem nem nem részben Méretezési, számítási eljárások elnevezése : I. Grünn módszer II. Daniluk módszer III. C. I. E. 6. Publikáció, Skylights méretezés IV. C. I. E. 6. Publikáció, Monitor méretezés V. C. I. E. 6. Publikáció, Shéd méretezés VI. Lumen Micro V6.0. számítógépes szoftver VII. TTI TS-A5 Kupolafelülvilágító méretezéseh VIII. TTI TS-A5 Felületvilágítók hatásszámítása IX. S. Birch, I. Frame, Daylight, (Anglia Polytechnic University) X. B. R. S. módszer A fenti táblázat tanúsága szerint a vázolt célból elemzett módszerek egyike sem veszi figyelembe valamennyi, a bevilágító világítástechnikai hatását befolyásoló jellemz t. Egyik sem tudja követni a felület fényirány módosításait (átlátszó vagy áttetsz fényátereszt felület, fényes vagy matt reflektáló felület), és e mellett a geometria hatását az elemzett módszerek csak nagyon hozzávet legesen, csak egyszer geometriai formák esetén követik. Az el z eken túlmen en a szórt sugárzásra vonatkozó transzmisszió értékek figyelembe vétele is csak els közelítésben fogadható el, ugyanis a számítási módszerek figyelmen kívül hagyják ezen felületek hajlásszögét, aminek hatása csak korlátozott körben elhanyagolható. Összefoglalva: az el z ek bizonyítják, hogy a közkézen forgó ismert eljárások a felülvilágító tulajdonságainak csak egy - egy kiragadott részét veszik számításba, más részüket, amelyek hatása pont olyan fontos, indokolatlanul elhanyagolják. Mindez alátámasztja feltevésemet, mely szerint a felülvilágítók hatásainak követésére - speciális esetekt l eltekintve - a jelenlegi eljárások alkalmatlanok, a probléma megoldása új megközelítést igényel. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 6.

9 III. A probléma elemzése Amikor egy bels tér természetes világítását felülvilágítók szolgáltatják, akkor a felülvilágító és a munkasík távolsága valamint a felületeik aránya olyan, hogy lényegében felület hatása felületre esetként fogható fel. A problémát bonyolítja, hogy amennyiben a felülvilágító fényátereszt része átlátszó akkor egy a helyiség méreteihez képest végtelen távoli felület - az égbolt - hatása amit követni kell. Azokban az esetekben, amikor a fényátereszt felület áttetsz, az égbolt hatása közvetett módon, a transzlucens felületr l hat a bels térre. A valóságos eseteknél sokkal egyszer bb sík hatása vele párhuzamos síkra - ha a sugárzó Lambert törvény szerint szórja a fényt. Zijl - Larg Diffusor: felületelem megvilágítása vele párhuzamos négyszögletes felület által. Jelen módszer akkor alkalmazható, ha a megvilágított felületelem a világító felület vetületén kívül van. Ha a felületelem, amelynek a megvilágítását akarjuk kiszámítani, a világító felület vízszintes vetületén kívül esik, akkor a következ, meglehet sen bonyolult és hosszadalmas számítást kell elvégeznünk: Látható, hogy a vizsgálni kívánt problémát meg sem közelít, ahhoz képest összehasonlíthatatlanul egyszer bb eset matematikai követése milyen bonyolult. Ezért indokolt, hogy az általam tisztázni kívánt problémákat megoldására modell vizsgálat útat választom. A felülvilágító szerepe összetett és bonyolult, fényátereszt, fényt át nem ereszt és reflektáló részei geometriai kialakításával együtt alakítják tulajdonságait. Ezek a tulajdonságok egyszer úton nem határozhatók meg, egyszer matematikai összefüggésekkel nem követhet k. Amint a felsorolt példákból is látszik egyik számítási eljárás sem veszi figyelembe a felülvilágító bonyolultabb geometriájának kialakítási lehet ségiet, sem pedig az alkalmazott szerkezetek obstrukcióját vagy a felületek fényes illetve matt voltát, reflexióját. A felülvilágítók hagyományos vizsgálata mögött egyszer hatásfokvizsgálat áll. Ez tulajdonképpen azt jelenti, hogy a különféle módszerek csupán a felülvilágítók f bb méreteit, az üvegezés típusát és számát veszik csupán figyelembe. Például szimpla üvegezést kb. 0%-os hatásfokcsökkenéssel, két réteg üvegezést 20%-os hatásfokcsökkenéssel vesznek figyelembe. Nem veszik tehát figyelembe sem a födém méreteit és geometriáját, sem pedig a bevilágító akna bels felületének tulajdonságait - így nem tesznek különbséget matt illetve fényes felületek között. Az itt felsorolt tényez k pedig legalább olyan mértékben befolyásolják a bevilágító hatásfokát, mint az üvegezés mikéntje. A modell vizsgálatok lehet séget nyújtanak a felülvilágítók világítástechnikai tulajdonságát alakító, valamennyi jellemz figyelembe vételére. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 7.

10 IV. Kutatási stratégia Ez el bbiekb l látható, hogy az eddigi számítási eljárások nem képesek megfelel részletességgel és mélységig követni a problémát. Új, pontosabb módszer kifejlesztésére van szükség. Az el z ek alapján könnyen belátható, hogy a probléma analitikus matematikai módszerekkel igen nehezen követhet. Jelen esetben ugyanis a probléma azon túl, hogy sík hatását vizsgáljuk egy másik síkra, még egyéb bonyolító tényez k figyelembe vételét: pl. a bevilágító szerkezeti felépítését, szerkezetének geometriáját, használt anyagok tulajdonságait, stb. Bár léteznek olyan számítógépes szoftverek, melyek képesek fényeloszlás és fénys r ség értékeket számítani. Ezek a programok csak egyszer, els sorban négyszöglet bels -tereket, valamint síkokat képesek kezelni. A nyílásokat még a legfejlettebb programok is csak egyszer lyuknak tekintik, amit nem tudnak kezelni részleteiben (pl. Lumen Micro). Tekintettel arra, hogy a felülvilágító, mint összetett, több különböz fénytechnikai tulajdonságú részb l álló, viszonylag nagykiterjedés szerkezet hat a bels tér felületeire és arányaik összemérhet k, a probléma "sík hatása síkra" jelleg, adott felülvilágító, adott geometriai elrendezés melletti hatásmez vel jellemezhet. A hatásmez ket pontosan kialakított felülvilágító modellek segítségével mesterséges égboltban, méréssel határozom meg. Minthogy a probléma zárt matematikai formulákkal nem követhet, eddig nem alkalmazott teljesen új elképzelés alapján, a következ k szerint oldom meg: a különböz típusú, formájú és fénytechnikai jellemz j bevilágítók kérdéses tulajdonságát mesterséges égboltban, modell vizsgálatokkal tisztázom. V. Modellmérések Erre a célra egy olyan modell modul-rendszert építettem meg, amely alkalmas egységesített alapméret bevilágítók hatásainak vizsgálatára. A mesterséges égbolt egy olyan hat méter átmér j félgömb, aminek bels felületén kívánt, szabványosított fénys r ség eloszlást nevezetesen fedett égboltot (I.E.C. Overcast Sky) lehet beállítani és a félgömb közepén lév mér asztalon kb. 70 cm legnagyobb alaprajzi méret bels tér modellbe épített bevilágító hatását lehet mér m szerekkel feltérképezni. Az égbolt közepén, süllyesztve helyezkedik el egy un. x - y író, melynek elmozduló részéhez egy mér fej van er sítve. E fölött helyezkedik el az általam épített modell, melynek lenyitható fels lapján van az a bizonyos 6x6cm-es nyílás (akna), melyre kívülr l tetsz leges kialakítású és felépítés bevilágító modellek illeszthet ek. A modell magassága keretek hozzáadásával változtatható. A kint található m szerek segítségével lehet ség van az égboltban lev fényviszonyok megváltoztatására, az x - y író kívánt pozícióba történ beállítására, valamint a modellben mért értékek leolvasására is. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 8.

11 A követni kívánt eljárásom, kihasználva a modellezés által nyújtott lehet séget és a korszer mér berendezést, szakít a bevilágítók méretezésének eddigi nagyvonalú gyakorlatával. A bevilágító hatását, jellemz egységeinek az adott geometriára vonatkozó részhatásaiból, szuperpozícióval állapítja meg. Ez méréseket és számítógépes program kidolgozását teszi szükségessé. Az egyes felülvilágítókra meghatározott hatásmez k felhasználásával, adott felülvilágító rendszer által eredményezett megvilágítás eloszlás meghatározására számítógépes programot dolgoztam ki. VI. Mérni kívánt jellemz k: - megvilágítás eloszlás a vonatkoztatási síkon, - hatásfok A modellmérés során az volt a célom, hogy minél több paraméter függvényében legyen követhet a fényeloszlás, hatásfok. A különböz cégek által gyártott felülvilágítók méretei változóak. Ez alatt az értend, hogy a közel azonos geometriájú és anyagú termékek alaprajzi méretei eltér ek, különböz gyártók eltér modulrendszert használnak, stb. Kutatási vizsgálataimat ilyen alapon nem tudom elvégezni. A rendszeren nem csak egy - relatíve kicsi - méretváltozást kell figyelembe vennünk, hanem a különböz szerkezeti egységek méreteit és egyéb tulajdonságit is változtatnom kell ahhoz, hogy átfogó képet nyújthassak a kérdésr l. Ez jelenti : az akna mélységének és felületi kialakításának figyelembe vételét, stb. Az arányváltozások kezeléséhez szükséges az egyik meghatározó méretet egységnyinek tekinteni. Esetemben a bevilágító akna fels (tehát küls négyzetét) tekintem egységnyinek, és ehhez viszonyítom a belmagasság változását, az eltér bevilágítók geometriai kialakítását, stb. A modellezésnél mindazonáltal fontos az, hogy valóságh méreteket tükrözzenek, ezáltal az is szükséges, hogy a bevilágító méretei össze legyenek hangolva a bels tér méreteivel és viszont. Az egységként kezelt bevilágító akna fels négyzetének kisebbik mérete 6cm, mely a egységnek felel meg. A modell minden egyéb mérete, valamint a hatásmez vizsgálatok is ennek az a egységnek többszörösei. A belmagasságot például a egységnyi magasságú keretekkel tudom növelni 2 x a nagyságtól. A mesterséges égbolt geometriájából adódóan nem lehetséges túl magas modellt építeni, ugyanis a megvilágítás modellezése egy bizonyos magasság után már nem tükrözi a valóságot, azaz a modell nem lehet magasabb, mint 8 x a, azaz kb. 50cm. Az általam létrehozott modellen tehát a következ aránypárokat tudom kezelni : PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 9.

12 Ha a 6cm-es fels akna oldalt m-es valóságos méret modelljének tekintem, akkor a belmagasságot 2.00m-t l tudom növelni 8.00m-ig,.00m-es ugrásokkal. Ez esetben a födémvastagság alapértéke 26.67cm. Természetesen az akna méretének csökkentésére is van mód, ami azt is jelentheti akár, hogy a lehet pl. 4 cm is. Ez esetben a meglév helyiség modell segítségével nagyobb bels tér méretek vizsgálata válik lehet vé. Az egyéb lehetséges vonatkoztatásokat a következ táblázat szemlélteti : Akna fels Belmagasság h alakulása Födém vtg. szélessége 2cm-t l 48cm-ig 6cm-es.6cm (min.) 6cm ugrás 0.50m.00m 4.00m 0.50m 3.33cm Valóságos.00m 2.00m 8.00m.00m 26.67cm méreteknek.50m 3.00m 2.00m.50m 40.00cm történ 2.00m 4.00m 6.00m 2.00m 53.33cm megfeleltetés 2.50m 5.00m 20.00m 2.50m 66.67cm 3.00m 6.00m 24.00m 3.00m 80.00cm Az itt ismertetett értékek természetesen a modell geometriájából adódó olyan széls értékek és tartományok, amelyeket vizsgálni lehet. Természetesen az itt ismertetett értékek közül azokat veszem csak figyelembe, melyeknek van valóságalapjuk. A fentit l eltér, egyéb megfeleltetések is szóba jöhetnek, a fenti értékek mindössze néhány számításba vehet lehet séget sorakoztatnak fel. Mint tudjuk, minden modellelemzés adott értékhalmazra igaz. A léptékek változtathatóak a valóság tükrében. A mért értékek között aztán majd interpolálni kell, és ezáltal tetsz leges köztes változóra adhatunk adatot. Erre program készül. VII. Mérési eredmények A mellékelt fényképek mutatják - a vizsgálataimhoz átalakított mesterséges égbolt mér berendezést, - a vizsgálathoz kifejlesztett alap-modellt, - néhány felülvilágító egységet, amelyekkel a mérési sorozatot indítottam. Az eddigi mérések igazolták, hogy a mérési elképzelés jó, az összeállított mér berendezés m ködik. Már az els néhány mérés után, amelyek során különböz hajlásszöggel kialakított gúla felülvilágító hatásmezejét mértem - meger sítették azt a kiindulási feltevést, hogy az eddig nem vizsgált jellemz k hatása a felülvilágító fényt továbbító szerepében számottev ek lehetnek. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 10.

13 VIII. Számítógépes feldolgozás A számítógép lehet séget ad arra, hogy nagy mennyiség adatot gyorsan és hatékonyan lehessen kezelni. Írtam egy olyan programot, mely tömbökben tárolja a mért hatásmez értékeket. Ez nemcsak a kés bbi összehasonlításra ad lehet séget, de már e kezdeti fázisban is mód van a különböz hatásmez értékek gyors lekérdezésére illetve összehasonlítására. IX. További tervek A továbbiakban a pontszer felülvilágítók körének b vítésével kívánok foglalkozni, és ezekre meghatározni a hatásmez értékeket. Ezek után a módszert kiterjesztem vonalszer felülvilágítókra is, amelyeket szintén hasonlóképpen szándékozom elemezni. A hatásmez értékeket feldolgozó számítógépes programot a mérés kiterjesztésével párhuzamosan fejlesztem. Terveim között szerepel a mért konfigurációk számának olyan mérték kiterjesztése, hogy az lehet séget nyújtson felülvilágítók tervezésére alkalmas program készítésére. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 11.

14 X. Irodalomjegyzék:. TERMÉSZETES VILÁGÍTÁS jegyzet, Dr. Majoros András, A természetes fény építészeti hasznosítása - Kandidátusi értekezés, Dr. Majoros András, PLEA DAYLIGHTING, Dr. Majoros András, DAYLIGHTING - Design and Analysis, Claude L. Robbins 4. DAYLIGHTING IN ARCHITECTURE, A European Reference Book N. Baker, A. Fanchiotti, K. Steemers 5. SUNLIGHTING, as formgiver for architecture, William M. C. Lam 7. PERCEPTION AND LIGHTING, as formgivers for architecture, William M. C. Lam 8. SOLAR GEOMETRY by Steven V. Szokolay PLEA Notes (Passive and Low Energy Architecture International) 9. CONCEPTS AND PRACTICE OF ARCHITECTURAL DAYLIGHTING, Fuller Moore 0. THE BEAUTY OF LIGHT, Ben Nova CONCEPTS IN ARCHITECTURAL LIGHTING, M. David Egan ENERGY CONSCIOUS DESIGN - A Primer for Architects John R.Goulding, J. Owen Lewis, Theo C.Steempers BUILDING DESIGN AND HUMAN PERFORMANCE, Nancy C.Ruck DAYLIGHTING, R. G. Hopkinson, P. Petherbridge, J. Longemore, UCL DAYLIGHTING as a passive solar energy option V. H. C. Crisp, P. J. Littlefair, I. Cooper, G. McKennan GLASS IN BUILDING, David Button, Brian Pye DAYLIGHTING - International Recommendations for the Calculation of Natural Daylight, Bureau Central 4, Ave du Recteur Poincaré, 75 - Paris 6, CIE No. 6 (E-3.2) 970. THE LIGHTING OF BUILDINGS, R. G. Hopkinson, J. D. Kay DIALOGUE IN DEVELOPMENT - NATURAL AND HUMAN RESOURCES, LICHT IN DE ARCHITECTUR, Christa Van Santen, Ir. A. J. Hansen PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése 12.

15 Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése Comparative Analysis of Daylighting Systems - Investigating the Illumination and Structure Mérési jegyz könyv Measurement record: 98 dec 2 Kontrol megvilágítás Control Illuminance: 257 lx Üvegezés: Szimpla Típus: Pontszer File: Glazing: Simple Type: Point-like Gula_45.xls Felülvilágító: Top-light: GULA 45 fok PYRAMID 45 degrees Bevilágító akna: d =.6 cm MATT FEHÉR Lapszám: Light Well: d =.6 cm MAT WHITE Sheet No.: Gula_45_d 6MW_S_P_x 300 E [lx] Series Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series x [4cm] Gula_45_d 6MW_S_P_y E [lx] y [4cm] Series Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése M-

16 Eh = 287 lx h = 2 cm Eh = 290 lx h = 8 cm Eh = 290 lx h = 24 cm Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése M-2

17 Eh = 293 lx h = 30 cm Eh = 294 lx h = 36 cm Eh = 300 lx h = 42 cm Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése M-3

18 Eh = 30 lx h = 48 cm Gula_45_d 6_MW_S_P_x hx Gula_45_d 6_MW_S_P_y hy aa bf Természetes világítási rendszerek szerkezeti és világítástechnikai összehasonlító elemzése M-4

19 Budapesti M szaki Egyetem Építészmérnöki Kar Épületenergetikai Tanszék TERMÉSZETES VILÁGÍTÁSI RENDSZEREK SZERKEZETI ÉS VILÁGÍTÁSTECHNIKAI ÖSSZEHASONLÍTÓ ELEMZÉSE FILETÓTH LEVENTE PhD hallgató Témavezet : MAJOROS ANDRÁS PhD. Dr. Habil január PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-1.

20 Probléma: relatíve nagy küls tér, kicsi bels tér Mi a felülvilágító hatása?? ~ ~ 000 Jellemz k : exterior. Geometria 2. Átlátszó felület 3. Takarás 4. Reflektáló felület interior Milyen hatással vannak ezek a tulajdonságok a megvilágítás eloszlásra és a világítás hatásfokára? Mindeddig csak durva közelít számítások léteztek. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-2.

21 a.) Pont b.) Vonal P V E = I r 2 E = Lab 2 h P (d,h,l) c.) Sík (Zijl-Larg Diffusor) z a y h b = y j x M x E F M B x x + h arctg y + y 1 x 2 + h 2 arctg y x - a y + y 1 arctg x + h b b y arctg 1 b y + y 1 x a - x arctg arctg h 2 + ( y + y 2) h 2 + ( y + y 2) h 2 + ( y + y ) y 1 h + y 2 1 arctg a - x h + y 1 2 arctg x h + y 2 1 PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-3.

22 d.) Felülvilágító Az el bbieknél sokkal bonyolultabb matematikai képletek szükségesek, mivel a felülvilágítók nagy kiterjedés felületekb l épülnek fel. Ez esetben pedig: sík hatását egy másik síkra kell megvizsgálni. Megoldás: modell mérések a mesterséges égboltban. "a" és "b" értékek nem összemérhet ek b a Ezek a változók már összemérhet ek. munkasík h b PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-4.

23 Modell mérések a mesterséges égboltban Modell alaprajza: 700 y A 700 m m x A A - A metszet: h m x 27 PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-5.

24 Felülvilágítók szerkezeti összetev i : a t d r m (unit) h Változók értékeit összefoglaló táblázat: a α r ρ t τ matt fehér szimpla üvegezés fényes fehér dupla üvegezés matt szürke fényes szürke matt fekete fényes fekete m [cm] egység d [cm] akna mélysé g h [cm] belmagasság PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-6.

25 Modell perspektívikus metszetei PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-7.

26 A mesterséges égbolt fényképei PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-8.

27 A megépített modell fényképei PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-9.

28 A megépített modell fényképei PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-10.

29 A megépített modell-eszköztár fényképei PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-11.

30 A megépített modell-eszköztár fényképei PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-12.

31 Világítás eloszlási diagramm Date of Measurement : lx X [cm] S6 S S 6 S2 S26 S3 S36 S4 S S46 S5 S56 Y [cm] E h = 4 4 lx, E control = 354 lx, α = 45, d =.6 cm ρ = matt fekete, τ = szimpla üvegezés, h = 2 M ( 2cm) IEC FEDETT ÉGBOLT Hosszmetszet [lx] X [cm] PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-13.

32 PROBLÉMA : ÖSSZEGZÉS A felülvilágítók természetes világításának vizsgálatakor figyelembe kell vennünk, hogy azok szerkezeti felépítése négy alapvet tényez t l függ:. Geometria 2. Átlátszó felületek 3. Szerkezeti takarás 4. Reflektáló felületek A megvilágítás eloszlást és hatásfokot matematikai összefüggésekkel követni túlságosan összetett és bonyolult lenne. MEGOLDÁS : A fenti tényez k összetett hatásának követésére és vizsgálatára a legpontosabb, valamint legkézenfekv bb módszere a mesterséges égboltban végzett modellmérések elemzése. A mérések felhasználásával fényeloszlási görbéket lehet megrajzolni, melyek magukban foglalják az aktuális felülvilágító összes tulajdonságát és jellemz jét. Több mérési görbe felhasználásával, az adatok közötti interpolálással egyszer en számítható a fényeloszlás, mely a felülvilágítók minden egyes tényez jének figyelembevételével került meghatározásra. EREDMÉNY : A fényeloszlási görbék felhasználásával a világítás hatásfoka - bármely eddigi matematikai formulákat alkalmazó módszernél sokkal pontosabban - meghatározható. Kutatási eredmények hasznosítása: olyan számítógépes tervez program megalkotása a célom, mely az építészetben, illetve tudományos kutatásokban egyaránt hasznosítható. PhD Konferencia, BME február 23. Természetes világítási rendszerek összehasonlító elemzése P-14.