1

Daylight Strategies & Design إستراتيجيات

شمس ضوء وتصميم

Daylight strategies & designSky conditionsDesign issues

Design strategiesDesign recommendation

Calculation tools

سماء شروط

تصميم قضايا

تصميم إستراتيجيات

تصميم توصية

حساب أدوات

Dr Jalal R Elbelazi09/11/2009

2

Daylight strategies & design

. importance of daylight design is very often related to climate characteristic, types of sky and peoples attitude towards daylight design ضوء تصميم أهميةأنواع األحيان، أغلب في المناخ بخاصية تتعل/ق الشمس

الشمس ضوء تصميم نحو والسماء الناس موقف . Daylight considered to have three components

which need to be considered in the design processes (Diffuse light from sky/ diffuse light from buildings/ Direct light from the sun) . يكون أن الشمس ضوء إعتبرعمليات في تعتبر أن الض/روري من التي مكو/نات ثالثة عندهمن ( / مستفيض ضوء السماء من مستفيض ضوء التصميم

الشمس / من مباشر ضوء )البنايات

3

. The direct light is between 5 to 10 times

stronger than diffuse light (So architect should

consider this in there design) . الضوء إّن�

بين من 10إلى 5المباشر أقوى مرات

أّن ) يجب مصم�م لذا المستفيض الضوء

) تصميم هناك في هذا .يعتبر

. In hot climate (Libya) has predominantly sunny

skies therefore it has to be taken into account

in daylight design by using reflection elements.

. In crowded urban areas such as Tripoli city

reflected light from light coloured buildings may

provided useful daylight and therefore should

be considered in our design الحار المناخ في

) األولى) بالدرجة مشمسة سماء له ليبيا

في الحسباّن في تؤخذ أّن يجب هي لذا

عناصر بإستعمال الشمس ضوء تصميم

الحضرية. . المناطق في اإلنعكاس

طرابلسعكست مدينة مثل المزدحمة

قد الخفيفة الملو�نة البنايات من ضوءا

تؤخذ أّن يجب ولذا شمسمفيد ضوء تزو�د

تصميمنا في اإلعتبار بنظر

4

Sky conditions: شروطسماء

The type of sky conditions which will exist at the site should be understood. There are four types of sky conditions which are:

. Uniform sky

. Overcast sky

. Clear sky

. Cloudy sky

5

1- Uniform sky It provides an equal amount of luminance

in all directions (Zenith/ horizon) كمية يزو/دل / luminanceمساوية ) قمة اإلتجاهات بكّل/

)أفق

2- Partly cloudy sky

The illuminate level varies depending on the position of the clouds related to the sun (Higher at the horizon)

إلى ويميّل السماء شرط من موح/دة األكثر النوع هو . أن بإنه يعر/ف األخرى األنواع من أكثر ببطئ عموما التغييراألقّل a يكون على فيها التي السماء % 80سماء قبة من

. بشكّل تعكس الجزيئات يسقي تحت بالغيوم محجوبفي ( شمس نور موجة أطوال كّل/ وإنكسرت مستفيض

األفق 3القمة من ألمع )مرات

6

2- Over cast sky

It is the most uniform type of sky condition and generally tends to change more slowly than the other types. It is defined as being a sky in which at least 80% of the sky dome is obscured by clouds. Under it water particles diffusely reflect and refracted all of sunlight wavelengths (at the zenith 3times brighter than the horizon)

7

3 - Clear Sky صافية سماء

The clear sky is less bright than the overcast sky. It tends to be stable in luminance except for the area surrounding the sun, which changes as the sun moves. the clear is defined as being a sky in which no more than 30% of the sky dome is obscured by clouds (its brighter along the horizon less intense at the zenith).

. إلى يميّل المغيمة السماء من المعة أقّل الصافية السماء إن/في إسطبال يكون يحيط luminance أن المنطقة ماعدا

. فة معر/ الواضحون ك تتحر/ الشمس بينما /ر يتغي الذي الشمس،تكون أن من a كما أكثر ال فيها التي قبة % 30سماء من

في ( حاد/ أقّل األفق طول على ألمعه بالغيوم محجوب السماءالقمة

8

4 - Cloudy Sky سماءغائمة

It has a cloud cover that may range from quite heavily to very light. The Cloudy sky is defined as being a sky in which 30% to 80% of the sky dome is obscured by clouds, It usually includes widely very big luminance from one area of the sky to another and tends to change quite rapidly بشد/ة تماما من يتراوح قد الذي غيمة غطاء

. أن كما فة معر/ الغائمة السماء إن/ جدا خفيف إلىفيها a تكون التي قبة % 80إلى % 30سماء من

يتضم/ن بالغيوم، محجوب كبير luminance السماءإلى السماء من واحدة منطقة من عادة جدا جدا

بسرعة تماما التغيير إلى ويمّل .أخرى

9

Design issues قضاياتصميم

Architect and designers can achieved an aesthetically pleasing space without sacrificing cost or creativity. But an awareness of certain issues that can occur when daylight is employed which will assist in the success of an effective design, these issue are: والمصممون المصم/م

أو بكلفة تضحية بدون جماليا سار/ فضاء منجز أن يمكنمتى. يجد أن يمكن الذي القضايا بعض وعي لكن إبداعتصميم نجاح في سيساعد الذي يستخدم شمس ضوء

يصدر هذه فع/ال، . Quantityالكمية . Thermal comfort الحراري الراحة . Glareالوهج . structureالتركيب

10

1- Quantity

Introduce as much controlled daylight as possible and as deeply as possible into the building interior. In fact the more light available the better people can see, veiling reflections and excessive brightness difference are often problematic and should be addressed.

11

2- Thermal comfort

The heat gain from the entry of sun light through south facing facades can cause a problem of over heating, but in the winter it can be very useful. Therefore architecture or designer should be aware of the energy consideration for the different facades of the building at different time of the year.

3- Glare

Glare or excessive brightness contrast within the field of view is one aspect of lighting that can cause discomfort to the occupants of a space. It is not a major design issues most of the time but it is critical only when certain viewing conditions occur. So understanding the conditions that might case glare is the first step towards finding a design solution to deal with it or avoid the problem altogether

12

4- Structure

On certain elevations the window may require protection from solar radiations either through the selection of the glass used or by external shading or both. For example the using of external shading because a structural element and is both visually and structurally important it has an impact on the external appearance of the buildings

13

The daylight design strategies It is very useful to list the factors the architect mast

consider when making a decision on the strategy to be adopted for daylighting design these factors are;

.Climate/ orientation & site characteristics / مناخ والتوجيه الموقع خصائص

. Size and proportion of window

. Distribution of light الضوء توزيع . The glazing system التزجيج نظام . View

. Natural ventilation

. Control الطبيعية التهوية14

1- Climate, orientation and site characteristics :

Where to build related to the climate and possible orientation may not be in the context of the architects and may already been made. But the optimum use of daylight should be taken into account at the earliest possible design stage to answer that there is sufficient daylight entering the building. The cause of sun path should be assessed in terms of the necessity to use control sunlight. Different locations demand different solutions to the question of daylight design.

15

2- Size and proportion of window:

Architects and designer should calculate the necessary size and proportion of a window to give an adequate daylight factor. An empirical judgment suggest that the amount of glazing should be in the region of 40 % of the total area.

16

3- Distribution of light:`

Consider the distribution of light, windows on adjacent walls can assist in providing light to corner rooms. Light distribution is critical for a satisfactory interior environment, and it is therefore crucial to consider the aesthetic requirements of modelling the interior.

17

4 - The glazing system The types of glazing should be

considered earlier as each one have characteristic qualities. It is important to take into account not only the visual environment created within a space but the impact the glazing system will have on neighbouring buildings should be considered ( reflected glass)

18

5 – View The importance of view has been

emphasized earlier. The view can be thought of in three layers the upper (sky),

middle (tree/ buildings), ground (ground near the building).The most satisfactory

views are those containing all these elements.

19

6 – Natural ventilation Consider the needs of ventilation and

whether this can be handed at the perimeter stage, either by opening

windows or by mechanical methods.

20

7 - Control Control both of daylight , lighting sources

can save up to 40% of lighting energy when related to the exterior conditions.

21

Design Recommendations توصياتتصميم

A number of design strategies should be understood and explored during the design process. These strategies are briefly described below:

22

Increase perimeter daylight zones—extend the perimeter footprint to maximize the usable daylighting area.

Allow daylight penetration high in a space. Windows located high in a wall or in roof monitors and clerestories will result in deeper light penetration and reduce the likelihood of excessive brightness.

Reflect daylight within a space to increase room brightness. A light shelf, if properly designed, has the potential to increase room brightness and decrease window brightness.

Understand that different building orientations will benefit from different daylighting strategies; for example light shelves which are effective on south façades are often ineffective on the east or west elevations of buildings.

23

Slope ceilings to direct more light into a space. Sloping the ceiling away from the fenestration area will help increase the surface brightness of the ceiling further into a space.

Avoid direct beam daylight on critical visual tasks. Poor visibility and discomfort will result if excessive brightness differences occur in the vicinity of critical visual tasks.

Filter daylight. The harshness of direct light can be filtered with vegetation, curtains, louvers, or the like, and will help distribute

light. إلى أكثر ضوء لتوجيه السقوف يميّل. a مّل فضاءزيادة على سيساعد التثق/ب منطقة عن بعيدا السقف

إلى أبعد للسقف السطحي .فضاء a السطوع

البصرية المهام على الشعاع شمس ضوء توجيه /ب تجنتحدث. إذا ستنتجان والمضايقة الضعيفة الرؤية الحرجةالبصرية المهام من مقربة على المفرطة السطوع إختالفات.الحرجة

. ح ترش/ أن يمكن المباشر الضوء قسوة مرشح شمس ضوءعلى وسيساعد ذلك، شابه ما أو كو/ات، ستائر، بالنباتات،

الضوء .توزيع24

25

CALCULATION TOOLS

Over the past 50 years many daylighting calculation tools have been developed. These include hand methods, nomographs, and computer models to simulate both daylighting design and its impact on the overall thermal performance of buildings. The following listing briefly describes some of the available tools.

الـ السنوات النهار 50خالل في يعملون الذين الكثير الماضية . يدوية طرق تتضمن هذه طو/رت حساب nomographs , أدوات ،

وتأثيره التصميم النهار في عمّل كال لتقليد حاسوب ويشك/ّل . التالي التسجيّل يصف للبنايات العام/ الحراري األداء على

سريعا المتوفرة األدوات من .البعض

26

Daylighting Nomographs (1984)Description: A hand-method that assists designers determine potential daylighting benefits and costs; also offers a checking strategy for energy conservation and load management.Availability: Environmental Energy Technologies Division, Lawrence Berkeley National Laboratory

النهار في تساعد A :وصف Nomographs (1984) عمّل التي يدوية طريقةأيضا والكلف؛ المنافع النهار في تعمّل التي إمكانية رون يقر/ المصممين: a عروض . قسم التوفر الحمّل وإدارة الطاقة لحماية إستراتيجية يدق/ق

الوطني بيركيلي لورانس مختبر البيئي، الطاقة تقنيات

27

AAMA Skylight Handbook—Design Guidelines (1988)Description: Skylight design analysis with emphasis on optimizing for energy efficiency, incorporating both a worksheet and Lotus spreadsheet (IBM PC or compatible).Availability: American Architectural Manufacturers Association (AAMA)

سقفية نافذة تصميم ( — AAMA كتيب : 1988تعليمات تحليّل) وصفيدمج الطاقة، لكفاءة التحسين على بالتأكيد سقفية نافذة تصميمالشخصية ( a worksheet كال إم بي آي حاسبة لوتس جدولة وبرنامج

: .( األمريكية المعمارية المنتجين جمعية التوفر المتوافقة (AAMA) أو

28

DOE 2.1Description: Comprehensive hour-by-hour simulation; Daylighting and glare calculations integrate with hourly energy simulation. IBM or compatible Pentium is advisable.Availability:

, Simulation Research Group Lawrence B erkeley National Laboratory

: 2.1ظبية الساعة بحلول الشاملة الساعة وصفالنهار في وعمّل الوهج حسابات تكامّل محاكاة؛ . بانتيوم أو إم بي آي ساعة الكّل الطاقة بمحاكاة : . محاكاة، بحث مجموعة التوفر مستحسنة متوافقة

الوطني بيركيلي لورانس مختبر29

Designing Low Energy Buildings with Energy-10Description: An hour-by-hour simulation program designed to inform the earliest phases of the design process. Runs on IBM-compatible platforms. Best operated with Pentium or higher processor and 32 Megs of RAM.Availability: Sustainable Buildings Industry Council (SBIC)

بالطاقة - الماكرة المنخفضة الطاقة : 10بنايات وصف المراحّل إلعالم صم/م محاكاة برنامج الساعة بحلول ساعة . المتوافقة األرصفة على ات مر/ التصميم لعملية األسبق . المشتغّل أفضّل الشخصية إم بي آي حاسبات مع

و األعلى المعالج أو 32بالبانتيوم Megs : التوفر. للكبشالمستمر البنايات صناعة مجلس

30

Lumen-MicroDescription: Analyzes complex interior lighting systems including daylight, direct/ indirect lighting, mixed- and even-aimed luminaries. DXF file editor, user-friendly input, animated walk-through. Limited to rectangular spaces.Availability: Lighting Technologies

: الداخلية إضاءة أنظمة تحل/ّل الدقيق تجويف وصفغير / إضاءة يوج/ه شمس، ضوء ذلك بضمن المعق/دة

. ملف ر محر/ حتى مهد/فة ونجوم خلط DXF مباشرة، ، . المحدودة خالل مشيا حر/ك اإلستعمال، سهلة مساهمة

: . التقنيات إضاءة التوفر المستطيلة الفراغات إلى

31