Opleiding Duurzaam Gebouw:

Transcriptie

1 Opleiding Duurzaam Gebouw: Verlichting: ontwerp en regeling Leefmilieu Brussel Verlichting: theoretische begrippen en meeteenheden Visueel comfort natuurlijke en kunstmatige verlichting Manuel da CONCEIÇÃO NUNES MATRIciel

2 Doelstellingen van de presentatie Wat is licht? Hoe zien we? Fotometrische grootheden Risico s van ongemak Prestatie-indicatoren voor daglicht 2

3 Plan van de uiteenzetting 1. Straling, licht en kleur 2. Oog en zicht 3. Fotometrie 4. Comfort 5. Daglicht prestatie-indicatoren 3

4 1. Straling, licht en kleur Elektromagnetische straling Dualiteit golf/deeltje Elektromagnetische golf Foton (energiekwantum) (Bron: Study.com) 4

5 1. Straling, licht en kleur Elektromagnetisch spectrum (Bron: Energie + ) Licht Elektromagnetische straling zichtbaar met het menselijk oog Golflengte tussen 380 en 780 nm 5

6 1. Straling, licht en kleur Kleur materie Kleur = spectrum + materie Golf Refractie (breking) Diffractie (buiging) en interferentie Deeltje Absorptie Emissie (diffuse reflectie, speculaire reflectie (of spiegeling)) 6

7 1. Straling, licht en kleur Refractie (Bron: mdcn) (Bron: mdcn) (Bron: Zátonyi Sándor) 7

8 1. Straling, licht en kleur Diffractie en interferentie (Bron: Ubern00b) (Bron: Jeff Kubina) (Bron: Alex Duarte) 8

9 1. Straling, licht en kleur Absorptie en emissie Subtractie (aftrekking) optelling (Bron: Edward Adelson) 9

10 1. Straling, licht en kleur Absorptie en emissie (Bron: mdcn) (Bron: Stephen Ausmus) (Bron: Splarka) (Bron: mdcn) 10

11 1. Straling, licht en kleur Emissie (Bron: Architecture et climat) 11

12 1. Straling, licht en kleur Lichtemissie Gloeiing Emissie van warm licht door een lichaam met hoge temperatuur Zon, gloeilamp, verwarmd metaal, vlam, Luminescentie (lichtuitstraling) Emissie van koud licht dat niet van warmte voortkomt Elektroluminescentie: led, Fotoluminescentie (waaronder fluorescentie en fosforescentie): TL, FCL, ontladingslamp, Chemieluminescentie (waaronder bioluminescentie): luciole, cathodoluminescentie: CFR, Radioluminescentie: digitale beeldvorming, 12

13 1. Straling, licht en kleur Kleurtemperatuur Oorsprong: gloeiing Schaal: zwart lichaam Zon zwart lichaam van K (Bron: Poke2001) Temperatuur in Kelvin Zon aan de horizon Fluorescentielamp daglicht Natriumlamp Zon aan de zenit Gloeilamp Genormeerd natuurlijk licht Warme witte fluorescentielamp Halogeenlamp Neutrale witte fluorescentielamp Metaalhalogenidelamp 13 (Bron: Architecture et climat)

14 1. Straling, licht en kleur Spectrum: beïnvloedt de kleurweergave Zon op zenit Gloeilamp K Fluorescentielamp K Fluorescentielamp K Fluorescentielamp K Ledlamp K Ledlamp K Ledlamp K (Bron: lesnumeriques) 14

15 Dichtheid 2. Oog en zicht Oog Fotoreceptoren (lichtreceptoren) Kegels: snel, kleuren, gezichtsscherpte, dagzicht Staafjes: traag, grijstinten, perifeer zicht en nachtzicht iprgc (intrinsiek fotosensitieve retinale ganglioncellen): circadiaan ritme (24-uurritme), omgevingslichtniveau, gedrag bij licht,? Staafjes afstand van het midden van de fovea in graden (Bron: Pancrat) (Bron: Corie Lok) 15

16 Spectrale gevoeligheid 2. Oog en zicht Zicht Fotopisch: dag sterke verlichting kegeltjes Mesopisch: schemer matige verlichting kegeltjes en staafjes Scotopisch: nacht zwakke verlichting staafjes Nachtzicht Dagzicht Golflengte (nm) (Bron: Architecture et climat) Illustratie van fotopisch zicht (bovenaan) en scotopisch zicht (onderaan) 16

17 2. Oog en zicht Gezichtsveld Fovea: waarneming van zeer kleine details Ergorama: waarneming van alleen de vormen Panorama: waarneming van alleen de bewegingen Voorwerp Horizontaal veld (Bron: Architecture et climat) 17

18 2. Oog en zicht Invloed van daglicht op het gedrag De schoolprestaties van leerlingen verbeteren < leerlingen, 3 Amerikaanse districten - De aanwezigheid van natuurlijk licht doet de leerlingen sneller vooruitgaan (~20%) - Grote muuropeningen doen de leerlingen sneller vooruitgaan (~20%) - Er mag geen verblinding zijn (belangrijkste bron van visueel ongemak). (Heschong Mahone Group, 1999) 18

19 2. Oog en zicht Invloed van daglicht op het gedrag De productiviteit van de werknemers stijgt bouw onderhoud loon van werknemers Een aangename en natuurlijk verlichte omgeving: - productiviteit van de werknemers - absenteïsme - hoofdpijn - seizoensdepressies - oogvermoeidheid (Edwards and Torcellini, 2002) Bv.: Lockheed Martin Building 157, USA In 1983 namen werknemers hun intrek in een zeer licht nieuw gebouw: - productiviteit 15% op 1 jaar tijd - absenteïsme 15% op 1 jaar tijd - $ energiewinst op 1 jaar tijd (Boubekri, 2008) 19

20 3. Fotometrie Lichtstroom Hoeveelheid licht (zichtbaar spectrum) afgegeven per tijdseenheid; wordt uitgedrukt in lumen (lm) Lichtsterkte Lichtstroom die per vaste hoekeenheid wordt uitgestraald in een gegeven richting; wordt uitgedrukt in candela (1 cd = 1 lm/sr) Verlichtingssterkte Dichtheid van de lichtstroom op het te verlichten oppervlak; wordt uitgedrukt in lux (1 lx = 1 lm/m²) Luminantie Verhouding tussen de lichtsterkte uitgestraald in een gegeven richting en het zichtbare oppervlak van de lichtbron in deze richting; wordt uitgedrukt in candela per vierkante meter (cd/m²) 20

21 3. Fotometrie Lichtstroom in lumen Gloeilamp 60 W 710 lm Halogeengloeilamp 53 W 850 lm Gloeilamp 15 W 810 lm Ledlamp 7,5 W 806 lm Lichtsterkte in candela of lumen per steradian Halogeenspot 50 W 775 lm cd Halogeenspot 50 W 775 lm cd Halogeenspot 50 W 775 lm cd Halogeenspot 50 W 775 lm cd 21

22 4. Comfort Comfort: scherp, gekleurd beeld van onze omgeving, zonder oogvermoeidheid. Voldoende verlichtingsniveau Correcte kleurweergave Goede lichtverdeling Voldoende grote, maar niet te grote luminantieverhouding Geen storende schaduwen Weergave van het reliëf Zicht naar buiten toe Aangename lichtkleur die is aangepast aan de verlichtingssterkte Geen verblinding 22

23 4. Comfort Voldoende verlichtingssterkte Luminantie is moeilijk te meten meting verlichtingssterkte Buiten horizontale verlichting: Een nacht met volle maan: 0,2 lx Een dag met bewolkte hemel: lx Een dag met heldere hemel: lx Een zomerdag met volle zon: lx Norm NBN EN gemiddelde verlichting: Verkeersruimten, trappen, gangen: 100 lx Trappen van schoolgebouwen: 150 lx Zelfbedieningsrestaurant: 200 lx Klaslokalen van lagere en middelbare school: 300 lx Andere klaslokalen: 500 lx Kantoor schrijven, lezen, : 500 lx Gezondheidszorg onderzoekzalen: lx 23 (Bron: Energie + )

24 4. Comfort Voldoende verlichtingssterkte Voldoende verlichting = minder vermoeidheid, minder risico Aantal vermoeide werknemers in % Relatieve daling van het aantal fouten in % Visueel belastend werk Visueel nietbelastend werk Relatieve daling van het aantal ongevallen in % Visueel belastend werk Visueel nietbelastend werk 24 (Bron: Energie + )

25 4. Comfort Voldoende verlichtingssterkte Tabel 1 Relatie tussen de verlichting van de directe omgeving en de verlichting van het taakgebied Verlichtingssterkte op het taakgebied Verlichtingssterkte in de directe omgeving Etaak Etaak Etaak Etaak (Bron: IBE-BIV) 25

26 4. Comfort Correcte kleurweergave Vermogen van een lamp om ons alle kleuren van het voorwerp dat ze verlicht, te doen onderscheiden Hangt af van het uitgestraalde spectrum Norm NBN EN IRC of R a : Verkeersruimten, trappen, gangen: 40 Trappen van schoolgebouwen: 80 Zelfbedieningsrestaurant: 80 Klaslokalen van lagere en middelbare scholen: 80 Andere klaslokalen: 80 Kantoor schrijven, lezen, : 80 Gezondheidszorg onderzoekzalen:

27 4. Comfort Goede lichtverdeling Gelijkmatigheid: verhouding tussen de minimale en de gemiddelde verlichtingssterkte op het oppervlak Norm NBN EN Gelijkmatigheid: Verkeersruimten, trappen, gangen: 0,40 Slechte gelijkmatigheid Trappen van schoolgebouwen: 0,40 Zelfbedieningsrestaurant: 0,40 Klaslokalen van lagere en middelbare scholen: 0,60 Andere klaslokalen: 0,60 Goede gelijkmatigheid (Bron: Energie + ) Kantoor schrijven, lezen, : 0,60 Gezondheidszorg onderzoekzalen: 0,70 27

28 4. Comfort Voldoende grote, maar niet te grote luminantieverhouding Bij identieke verlichtingssterkte, verschillende luminantie Contrast Onvoldoende contrast Aangepast contrast Te veel contrast (Bron: mdcn) 28

29 4. Comfort Geen storende schaduwen Vermijd obstakels tussen de visuele taak en de lichtbron (Bron: Energie + ) 29

30 Verlichtingssterkte (Lux) 4. Comfort Aangename lichtkleur aangepast aan de verlichtingssterkte Vermijd vermenging van licht met koude en warme kleur De kleurtemperatuur van het kunstlicht moet overeenkomen met de kleurtemperatuur van het natuurlijk licht Kies een kleurtemperatuur die is afgestemd op de verlichtingssterkte Diagram van Kruithof A: Gebrek aan comfort voelt te warm aan, vervorming van kleuren B: Comfort voelt natuurlijk aan C: Gebrek aan comfort voelt te koud aan, donker Kleurtemperatuur ( K) 30

31 4. Comfort Geen verblinding Te hoog lichtcontrast Verblinding Vermoeidheid Hinder Ongemak Te hoge lichtsterkte of helderheid De maximaal aanvaarde luminantie hangt af van de gezichtshoek Kijkrichting Bron van verblinding: Direct zicht op de zon of de lucht door de vensters. Lichtbron met hoge luminantie (Bron: Architecture et climat) Weerspiegeling van de zon of de hemel op belendende gebouwen. Te groot luminantiecontrast tussen een venster en het raam ervan of met de muur waarin het zit. Een te grote luminantieoppervlakte vergeleken met de belendende oppervlakten. 31

32 4. Comfort (Bron: M.L. Eble-Hankins, C.E. Waters) (Bron: Licht.de) Norm NBN EN UGR: Verkeersruimten, trappen, gangen: 28 Trappen van schoolgebouwen: 25 Zelfbedieningsrestaurant: 22 Klaslokalen van lagere en middelbare scholen: 19 Andere klaslokalen: 19 Kantoor schrijven, lezen, : Gezondheidszorg onderzoekzalen: 19

33 5. Daglicht prestatie-indicatoren Daylight factor (DF) Daglichtfactor (DF) Gebruikt in het VK voordat er computermodellen waren (~ 1900 ) Verhouding tussen verlichtingssterkte binnenshuis op het werkvlak en horizontale verlichtingssterkte buiten onder bewolkte hemel (CIE) bewolking Statisch Onafhankelijk van de ligging Onafhankelijk van het klimaat Onafhankelijk van de oriëntatie Alleen representatief bij overtrokken hemel (Bron: Architecture et climat) 57% van de tijd in België met een gemiddelde verlichtingssterkte van lx 30% van de tijd in Montpellier weinig representatief! 33

34 5. Daglicht prestatie-indicatoren Daylight factor (DF) Daglichtfactor (DF) Welke waarde moet worden bereikt? Werkruimte < 1%: te donker 2%: aanvaardbaar minimum > 5%: lijkt op natuurlijke wijze verlicht Woning Beperking: 1% in de slaapkamers 1,5% in de woonkamer 2% in de keuken Risico dat alle vensteropeningen even groot worden gemaakt, ongeacht de oriëntatie. Risico van overdimensionering van de vensters omdat een bewolkte hemel ongunstig is vergeleken met een heldere of gemiddelde hemel. 34

35 5. Daglicht prestatie-indicatoren Daylight autonomy (DA) Daglichtautonomie (DA) Percentage van de tijd waarin het lokaal bezet is waarbij de verlichtingssterkte binnenshuis op het werkvlak hoger is dan een welbepaalde drempel. Dynamisch want afhankelijk van de ligging, het klimaat en de oriëntatie van het gebouw. Geeft dus de tijd weer waarin de gebruiker volledig zonder kunstlicht kan. Vertegenwoordigt dus de hoeveelheid kunstlicht die kan worden bespaard door een eenvoudig systeem met ON/OFF-schakelaar. Welke waarde moet worden bereikt? 60% voor een kantoor (500 lux) dat van 8 tot 18 uur wordt gebruikt. 35

36 5. Daglicht prestatie-indicatoren Continuous daylight autonomy (cda) Continue Daglichtautonomie (cda) Verhouding tussen de hoeveelheid verlichtingssterkte die in de periode waarin het lokaal bezet is binnenshuis wordt ontvangen op het werkvlak en een vastgestelde drempel. Dynamisch want afhankelijk van de plaats, het klimaat en de oriëntatie van het gebouw. Vertegenwoordigt dus de hoeveelheid kunstlicht die kan worden bespaard door een dimmingsysteem. Welke waarde moet worden bereikt? 75% tot 80% voor een kantoor (500 lux) bezet van 8 tot 18 uur 36

37 5. Daglicht prestatie-indicatoren Useful daylight illuminance (UDI) Nuttige daglichttoetreding (NDT) UDI : Percentage van de tijd waarin het lokaal bezet is waarbij de verlichtingssterkte binnenshuis op het werkvlak hoger is dan een drempel die is vastgelegd op 100 lux en lager dan een drempel vastgelegd op lux. UDI >2.000: Percentage van de tijd waarin het lokaal bezet is waarbij de verlichtingssterkte binnenshuis op het werkvlak hoger is dan een drempel die is vastgelegd op lux. Dynamisch want afhankelijk van de ligging, het klimaat en de oriëntatie van het gebouw. Hierbij kan het percentage van de tijd worden bepaald waarin de verlichtingssterkte binnenshuis op het werkvlak te hoog en mogelijk hinderlijk is. 37

38 5. Daglicht prestatie-indicatoren Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor Renovatie van een landschapskantoor van 13,50 m diep met slechts één beglaasde gevel op het noorden. Zenitale verlichting door glasramen in het dak Verlichting door een shed 38

39 5. Daglicht prestatie-indicatoren Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor Daylight factor (DF) Daglichtfactor (DF) Zenitale verlichting door glasramen in het dak DF gem. = 6,3% Verlichting door een shed DF gem. = 5,9% 39

40 5. Daglicht prestatie-indicatoren Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor Daylight autonomy (DA) Daglichtautonomie (DA) Zenitale verlichting door glasramen in het dak DF gem. = 56,9% Verlichting door een shed DF gem. = 61,3% 40

41 5. Daglicht prestatie-indicatoren Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor Continuous daylight autonomy (cda) continue Daglichtautonomie (cda) Zenitale verlichting door glasramen in het dak DF gem. = 74,4% Verlichting door een shed DF gem. = 77,8% 41

42 5. Daglicht prestatie-indicatoren Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor Useful daylight illuminance (UDI) Nuttige daglichttoetreding (NDT) Zenitale verlichting door glasramen in het dak DF gem. = 67,8% Verlichting door een shed DF gem. = 75,7% 42

43 5. Daglicht prestatie-indicatoren Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor Useful daylight illuminance (UDI) Nuttige daglichttoetreding (NDT) >2.000 Zenitale verlichting door glasramen in het dak DF gem. = 18,1% Verlichting door een shed DF gem. = 12,0% 43

44 Interessante tools, websites, enz.: Energie Gerealiseerd door de onderzoekscel Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), Université catholique de Louvain (Belgique), met de steun van Wallonië - DGO4: Theorie, beoordeling/verbetering, ontwerp, rekentools, 44

45 Interessante tools, websites, enz.: De natuurlijke verlichting van gebouwen Gerealiseerd door de onderzoekscel Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), Université catholique de Louvain (Belgique) NBN EN Licht en verlichting Werkplekverlichting Deel 1: Binnenwerkplekken Code van goede praktijk voor binnenverlichting BIV_Code_van_goede_praktijk_12464_1 NL 2007.pdf Opgesteld door het Belgisch Instituut voor de Verlichtingskunde (IBE-BIV) De seminarieverslagen Duurzaam Gebouw van 5/03/2015: Lux op energiezuinige stand 45

46 Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen: Gids Duurzame Gebouwen: Fiches WEL03 en ENE01 46

47 Te onthouden uit de uiteenzetting Daglicht is belangrijk, want het kan niet volledig worden vervangen door kunstlicht Verschillende termen van de fotometrie: de lichtstroom in lm, de lichtsterkte in cd, de verlichtingssterkte in lx en de luminantie in cd/m². Comfort is afhankelijk van de verlichtingssterkte, de luminanties, de kleurweergave, de gelijkmatigheid, de kleurtemperatuur, het risico van verblinding. Verschillende daglichtindicatoren: DF, DA, cda, NDT 47

48 Te onthouden uit de uiteenzetting Kunstlicht kan daglicht niet volledig vervangen Verschillende termen van de fotometrie: lichtstroom: lumen (lm) lichtsterkte: candela (cd) verlichtingssterkte: lux (lx) luminantie: candela/m² (cd/m²) 48

49 Te onthouden uit de uiteenzetting Synthese van de comfortindicatoren: Kleurtemperatuur Circulatie Kantoor Gezondheids zorg à K Verlichtingssterkte 100 lx 500 lx 1000 lx Gelijkmatigheid 0,4 0,6 0,7 Verblinding UGR DF 2% 5% 5% DA 60% cda 75 tot 80% NDT - 49

50 Contact Manuel da CONCEIÇÃO NUNES MATRIciel Place de l Université, 25 - Louvain-la-Neuve : [email protected] 50