Voorspelling van daglichttoetreding 2011/03.18

Daglicht is onontbeerlijk voor het visuele comfort en het algemene welzijn. Talrijke studies tonen aan dat we zowel fysisch als psychologisch nood hebben aan ‘natuurlijk’ licht. Bovendien kan men heel wat energie besparen door gebruik te maken van de daglichtinval in gebouwen.
In de tertiaire sector kan het energieverbruik voor verlichting met gemiddeld 40 % verminderd worden door een ingenieus ontwerp van de gebouwschil en efficiënte regelsystemen voor de kunstverlichting. Om een beeld te krijgen van het visuele comfort en/of de mogelijke energiebesparing, is het dan ook belangrijk om de daglichttoetreding in het gebouw correct te bepalen of te voorspellen. Men kan hiervoor diverse methodes hanteren.

Vereenvoudigde methodes

Met deze methodes kan men de binnenverlichting inschatten voor eenvoudige geometrische configuraties. Men maakt doorgaans gebruik van grafische methoden of empirische formules die enkel resultaten opleveren voor zeer specifieke omstandigheden : diffuse straling (gestandaardiseerde overtrokken hemel) of directe straling (studie van bezonning of schaduwwerking).

Schaalmodellen

De studie van het daglicht op schaalmodellen vergt op haar beurt een specifieke infrastructuur (bv. kunsthemel en -zon) om de daglichtinval in de gebouwen te kunnen simuleren. Dankzij deze methode kan men zich onmiddellijk een beeld vormen van de lichtverdeling in een ruimte, hetgeen de kwalitatieve aanpak van het ontwerp sterk ten goede komt. Het WTCB-laboratorium ‘Licht en gebouw’ is uitgerust met de nodige toestellen om metingen en studies uit te voeren op schaalmodellen.

Digitale modellen

Computersimulatiebeeld, links, en foto van het gerealiseerde project, rechts (project ‘Sunlighthouse’, Pressbaum, Oostenrijk)

Digitale modellen en computersimulaties zitten momenteel sterk in de lift. Dankzij deze technologie kan men ruimtes en objecten in 3D modelleren en de lichtverdeling berekenen, rekening houdend met zowel daglicht als kunstlichtbronnen. De beste rekenprogramma’s in dit genre bieden bovendien de mogelijkheid om fotorealistische visuele indrukken te genereren (zie afbeelding). Hoewel de meeste softwares goede prestaties leveren voor de simulatie van kunstverlichting en ze het licht dat uitgestraald wordt door de verlichtingstoestellen correct in rekening brengen, leveren ze niet allemaal goede resultaten op voor daglicht.

De fabrikanten van verlichtingsarmaturen geven meestal informatie op over de fotometrische lichtverdeling van hun producten. Hierdoor is het eenvoudig om dit toestel in te voeren in een bepaalde omgeving en de lichtverdeling te bepalen. Indien men daarentegen daglicht bestudeert, moet men weten hoe de lichtbronnen (diffuus licht van de hemel en direct zonlicht) en de verspreiding van licht gemodelleerd worden om de berekening (en haar beperkingen) te begrijpen en de resultaten correct te interpreteren.

Zo is het niet alleen belangrijk dat men de geometrische modellering goed onder de knie heeft, maar ook dat men voldoende kennis heeft over de fotometrische eigenschappen van de verschillende oppervlakken uit de bestudeerde opstelling. Een goede beschrijving van deze fotometrische eigenschappen of - op zijn minst - een precieze inschatting van de reflectie- en transmissiecoëfficiënten, is immers essentieel voor een correcte bepaling van de lichtverdeling in een ruimte. Deze eigenschappen zijn niet alleen afhankelijk van het materiaaltype, maar ook van de textuur van het oppervlak.

Zoals ook in vele andere domeinen het geval is, dient de gebruiker de simulatietoepassing goed te kennen alvorens hij een kwaliteitsvol digitaal model kan maken. Een loutere kennis van de gebruikersinterface zal dan ook geen betrouwbare resultaten opleveren. De kwaliteit van het digitale model voor daglicht zal afhankelijk zijn van de modellering van de hemel, de rekenmethode (algoritme), de instellingen (verfijning van de berekening), de nauwkeurigheid van het geometrische model (precisie van de invoer) en de bekwaamheid van de gebruiker (kennis van het rekenprogramma en correct gebruik).

De gebruiker heeft er bijgevolg alle baat bij om te kiezen voor een rekenprogramma dat aangepast is aan de aard van de studie, de complexiteit van de bestudeerde opstelling en de vereiste nauwkeurigheidsgraad. Het zal in bepaalde complexere gevallen dan ook noodzakelijk zijn om geavanceerde simulatiehulpmiddelen te gebruiken en metingen uit te voeren op schaalmodellen om bijkomende gegevens te vergaren.


Volledig artikel


B. Deroisy, ir., projectleider, laboratorium ‘Licht en gebouw’, WTCB
A. Deneyer, ir., hoofd van het laborato­rium ‘Licht en Gebouw’, WTCB