WIS 3.0 : GRATIS EUROPESE SOFTWARE VOOR DE BEREKENING VAN DE THERMISCHE EN OPTISCHE EIGENSCHAPPEN VAN RAMEN INLEIDING WIS 3.0 is een eenduidig, universeel en Europees computerprogramma om de thermische en zonne-energetische eigenschappen van raamsystemen (beglazing, kozijn, zonwering enz.) en raamcomponenten te bepalen. Het is een gebruikersvriendelijk en krachtig programma, ontwikkeld voor een zeer gevarieerd gebruikerspubliek, waaronder : adviesbureaus, fabrikanten, architecten, onderzoekers en personen die zich bezig houden met normalisatie, bouwregelgeving en onderwijs. Het WIS-programma, in eerste instantie ontwikkeld onder licentie binnen een door de Europese Commissie gesubsidieerd onderzoeksproject, werd in de afgelopen drie jaar geüpgradet tot WIS 3.0. Deze upgrade vond plaats binnen het Europese thematische netwerk WINDAT, waaraan 40 leidende onderzoeks- en onderwijsinstituten, industrieën, adviesbureaus en ontwerpers, met een sterke representatie van de relevante internationale normalisatiecommissies deelnemen. De WIS-algoritmes zijn gebaseerd op internationale normen (CEN, ISO), maar WIS beschikt ook over geavanceerde rekenroutines voor componenten of voorwaarden waarvoor de huidige normen niet van toepassing zijn. Op deze wijze draagt WIS bij tot de toekomstige internationale normalisatie en harmonisatie van raamproducten. WINDAT en WIS werden financieel ondersteund door het Directoraat-Generaal Energie en Vervoer van de Europese Commissie. BESCHRIJVING VAN WIS WIS combineert de meest geavanceerde rekenroutines met een gebruikersvriendelijke interface en draait onder Windows 98, Windows 2000, Windows NT en Windows XP. Afbeelding 1 geeft een idee van de structuur van WIS. Ramen bestaan uit een transparant systeem, een kozijn en een afstandhouder. Alle componenten kunnen geselecteerd worden uit een uitgebreide databank met componentgegevens. Transparante systemen bestaan uit een aantal lagen. Elke laag wordt gekozen uit een databank met reflecterende glaslagen, lichtverstrooiende componenten (zoals diffuus glas en zonweringen) en gasvullingen. Luchtuitwisseling tussen de verschillende lagen en de omgeving en tussen de lagen onderling kan als vrije convectie en geforceerde convectie. Belangrijke nieuwe kenmerken in vergelijking met WIS-versie 1 zijn de volgende : de databanken omvatten een groot aantal componenten (honderden glassoorten en tientallen zonweringen, kozijnen en afstandhouders) de rekenroutines zijn aangepast aan de recentste CEN- en ISO-normen nieuwe gegevens kunnen eenvoudig ingevoerd worden zodra ze beschikbaar zijn. Optische kenmerken van glas in het bijzonder kunnen ingevoerd worden uit andere databanken (oudere WIS-databanken en de International Glazing Database ) de lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt van kozijnen en afstandhouders kan bepaald worden door middel van drie verschillende methodes 31/08/2004 WTCB 1
de optische eigenschappen van zonweringen kunnen ook bepaald worden door middel van een ingebouwd ray-tracing -algoritme als aanvulling op de bestaande viewfactor -methode naast jaloezieën kan WIS nu ook geplisseerde blinden, rolgordijnen, schermen en diffuus glas modelleren. Afb. 1 WIS-structuur. 31/08/2004 WTCB 2
Enkele eigenschappen van WIS-componenten worden hieronder toegelicht. GASVULLING WIS bevat een databank met de fysische eigenschappen van een aantal gassen die vaak gebruikt worden in dubbel glas, zoals lucht, argon, krypton enz. De gebruiker kan elk gewenst mengsel creëren door de namen en de verhoudingen van twee of meer gassoorten te vermelden. WIS berekent automatisch de fysische eigenschappen van het gasmengsel, die nodig zijn om de isolatiewaarde (U-waarde) van het venster te bepalen (zie afbeelding 2). De eigenschappen van standaardgassen worden volgens de norm EN 673 aangeduid. De eigenschappen van het gasmengsel zijn volumegewogen, eveneens zoals voorgeschreven in de norm EN 673. Afb. 2 WIS-scherm : gasvullingen. GLAS In een uitgebreide databank met producten van diverse fabrikanten geeft WIS alle spectrale gegevens van beglazingen. De gegevens, die officieel bij WINDAT ingediend werden en volgens de WINDAT-procedures gecontroleerd werden, worden aangeduid met de letter E en beschermd. De gebruiker kan daarnaast zijn of haar eigen spectrale gegevens invoeren, bijvoorbeeld uit metingen of uit databanken als de International Glazing Database. WIS berekent een aantal optische eigenschappen, zoals de zonnereflectie- en zonnetransmissiewaarden (zichtbaar en UV-licht), volgens de norm EN 410. Hoekafhankelijke eigenschappen kunnen ook berekend worden met behulp van de gepaste algoritmes (zie afbeeldingen 3, 4 en 5). 31/08/2004 WTCB 3
Afb. 3 Selectiescherm voor glas. Afb. 4 Hoekafhankelijke eigenschappen van het geselecteerde glas. 31/08/2004 WTCB 4
Afb. 5 Spectrale eigenschappen van het geselecteerde glas. LICHTVERSTROOIENDE LAGEN Lichtverstrooiende lagen vormen een speciale categorie in WIS. In de nieuwe versie worden vier verschillende types onderscheiden : 1. blinden met lamellen (zoals jaloezieën) 2. geplisseerde blinden 3. rolgordijnen en schermen 4. andere lichtverstrooiende producten zoals diffuus glas. De databank bevat de gemeten spectrale eigenschappen van verschillende producten (voornamelijk zonweringen) en de gebruiker kan zijn of haar eigen gegevens in de databank invoeren. De optische eigenschappen, die door WIS in de berekeningen gebruikt worden, zijn de beam-to-beam reflectie en transmissie en de beam-to-hemisferische reflectie en transmissie bij normale lichtinval. Voor jaloezieën en geplisseerde blinden berekent WIS de zonweringseigenschappen aan de hand van de materiaaleigenschappen, inclusief alle interreflecties tussen de blinden, die deels transparant mogen zijn. De eigenschappen van geplisseerde blinden worden steeds door middel van de ingebouwde ray-tracing -module berekend. Voor jaloezieën biedt WIS de keuze tussen ray-tracing -berekeningen en view-factor -berekeningen. Alhoewel veel sneller, neemt de view-factor -methode aan dat alle reflecties en transmissies van de lamellen diffuus zijn, wat een verkeerde aanname kan zijn voor reflecterende zonweringen. De ray-tracing -mogelijkheid is een veel betere keuze voor sterk spiegelende zonweringen, zoals getoond in afbeelding 6. Hierbij wordt de reflectie weergegeven voor een blind met lamellen onder een hoek van 45 graden. De lamellen worden verondersteld spiegelend te reflecteren. Onder deze omstandigheden zou de reflectie van het systeem precies nul moeten zijn bij normale lichtinval en voor invalshoeken kleiner dan 0, omdat al het licht, dat op de bovenzijde van een lamel valt, gereflecteerd wordt naar de onderzijde van de bovengelegen lamel en daar naar de andere zijde van de zonwering getransporteerd wordt. De view-factor -methode neemt echter aan dat het licht diffuus gereflecteerd wordt en er dus steeds een 31/08/2004 WTCB 5
deel teruggekaatst wordt in de richting van de invallende straling. Opm. : bij een invalshoek van +90 of 90 graden neemt men aan dat al het licht gereflecteerd wordt. Een ander nieuw kenmerk van WIS (alleen met de ray-tracing -methode) is de berekening van de eigenschappen van blinden met gebogen lamellen. Dit type blinden is op dit moment erg populair omdat ze licht heroriënteren. De gebruiker, die blinden met gebogen lamellen modelleert, stelt eenvoudigweg de juiste curvature-waarde van de lamellen in (ook bekend als crown height ) en WIS doet de rest (zie afbeelding 7). Afb. 6 Reflectie van lamellenzonwering (lamelhoek 45 graden, spiegelende reflectie), berekend met de view-factor -methode en ray-tracing -methode. Afb. 7 Geometrische definitie van blinden met gebogen lamellen. 31/08/2004 WTCB 6
KOZIJNEN EN AFSTANDHOUDERS WIS bevat een databank met kozijnen, hun afmetingen en U-waarde als belangrijkste eigenschappen, volgens de norm EN ISO 10077-1. Nieuwe kozijnen met hun eigenschappen kunnen eenvoudig door de gebruiker in de databank toegevoegd worden. Voor een gedetailleerde analyse van kozijnen biedt WIS links naar numerieke rekenprogramma s zoals THERM en KOBRA. Afb. 8 WIS-scherm : geselecteerd kozijn. De WIS-databank bevat ook de eigenschappen van enkele typische afstandhouders. TRANSPARANT SYSTEEM De glaslagen, de gasvulling en de zonwering van een raamsysteem worden samengebracht op het niveau van het transparante systeem. In WIS wordt aangenomen dat alle vaste lagen (glaslagen en zonweringen) gescheiden zijn door een gas(mengsel)laag. Gelaagd glas wordt beschouwd als één vaste laag. De optische en thermische eigenschappen van het transparante systeem worden berekend volgens de normen EN 410 en EN 673 als er geen zonwering inbegrepen is. Wanneer een zonwering of ander lichtverstrooiend element is toegevoegd of wanneer er sprake is van luchtuitwisseling, moeten alle berekeningen uitgevoerd worden in de expert mode. In deze mode gebruikt WIS enkele krachtige rekenalgoritmes die (nog) niet genormaliseerd zijn. Systemen met interne ventilatie (geventileerde systemen) en zonweringslagen worden berekend volgens de norm ISO DIS 15099 en (waar toepasbaar) volgens de ontwerpnorm pren 13363-2. WIS volgt en draagt aldus bij tot de recentste ontwerpnormen. De huidige rekenregels in WIS liggen zo dicht mogelijk bij de fysische werkelijkheid en bij de toepasbare normen. 31/08/2004 WTCB 7
Afb. 9 WIS-scherm : transparant systeem. Afb. 10 WIS-scherm : ventilatiemodellen. 31/08/2004 WTCB 8
Door deze kenmerken is WIS uitermate geschikt om de thermische en zonlichtprestaties van complexe ramen en actieve gevels te bepalen. RAAMSYSTEEM In dit scherm wordt het raamsysteem als geheel beschouwd en bestaat uit transparante systemen, verbonden met kozijnen en afstandhouders die eerder gedefinieerd werden. Deze laatste stap bepaalt het raam in zijn geheel en leidt tot de eindberekeningen en eindresultaten van het volledige raamsysteem. Afb. 11 WIS-scherm : raamsysteem. Voor een volledige weergave van de bekomen resultaten zijn gedetailleerde rapporten vanuit alle schermen beschikbaar. 31/08/2004 WTCB 9
BESLUIT WIS combineert een gebruikersvriendelijke interface met de meest geavanceerde rekenroutines voor de berekening van thermische en optische raameigenschappen. Het bevat bovendien uitgebreide databanken met diverse raamcomponenten en hun kenmerken (vermeld door de fabrikanten). Dit maakt een snelle en eenvoudige samenstelling van een raamsysteem mogelijk. Tevens kunnen eenvoudig nieuwe elementen toegevoegd worden. WIS heeft tenslotte een aantal unieke eigenschappen, zoals de invoer van zonwering en ventilatie, wat het mogelijk maakt complexe ramen op een eenvoudige wijze te berekenen. Voorbeelden van de mogelijke berekeningen met WIS worden hierna omgesomd. Thermische eigenschappen Berekening van de U-waarde van een raam met dubbele beglazing met door de gebruiker gedefinieerde soorten glas, gassen en spouwbreedtes. Bepaling van de U-waarde van meervoudige beglazingsystemen met films of andere lagen, die deels doorlatend voor infraroodstraling kunnen zijn. Berekening van de U-waarde van een raam met zonwering en het effect van thermisch gedreven of geforceerde ventilatie. Optische en energetische eigenschappen Berekening van de transmissie van zonne-energie, licht- en UV-transmissie en kleurweergave-index van een meervoudig beglazingsysteem met of zonder zonwering, voor verschillende invalshoeken van het zonlicht. Weergave, voor een raam met zonwering, van het gedeelte van de zonnestraling dat doorkomt zonder van richting te veranderen, en van het gedeelte dat verstrooid of geheroriënteerd wordt. Voor meer informatie, ondersteuning en gratis downloaden van het programma WIS 3.0 surf naar : www.windat.org WINDAT en WIS werden financieel ondersteund door het Directoraat-Generaal Energie en Vervoer van de Europese Commissie. 31/08/2004 WTCB 10