Kurs i prosjektering og bygging av passivhus. Tema: Dagslys i passivhus

Transkript

1 Kurs i prosjektering og bygging av passivhus Tema: Dagslys i passivhus

2 Dagslys i passivhus Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 2

3 Innhold: Hensikten med å utnytte dagslys Dagslysflate Planlegge for dagslys og utsyn Dagslysfaktoren Beregningsmetoder for dagslysfaktoren Bruk av overlys Fasader og solavskjerming Glass som lagrer varme Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 3

4 Passivhus, Tornesch, Tyskland Foto: M. Våge Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 4

5 Hensikten med å utnytte dagslys? I passivhus ønsker vi å utnytte dagslyset best mulig, blant annet for å redusere behovet for kunstig lys. Dagslys betyr mye for menneskers helse og trivsel. Det påvirker vår produktivitet og regulerer den biologiske klokken. Derfor er det viktig å ha tilstrekkelig tilgang på dagslys i rom og områder hvor mennesker oppholder seg over lengre tid. Teknisk forskrift har krav til dagslys i rom for varig opphold. Veiledningen til TEK beskriver preaksepterte løsninger for hvordan vi kan dokumentere at dagslyskravene er tilfredsstilt. Vi kan gjøre dette alternativt ved beregning som dokumenterer gjennomsnittlig dagslysfaktor på minst 2 %, eller ved å sørge for at rommets dagslysflate utgjør minst 10 % av bruksarealet Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 5

6 Figuren viser skjerming av dagslys på grunn av terreng, andre bygninger o.l Kilde: DiBK. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 6

7 Dagslysflate Beregning av dagslysflate gjøres i henhold til svensk standard SS I et passivhus ønsker vi å utnytte dagslyset best mulig, slik at behovet for kunstig lys reduseres. Vi bør derfor sikre oss god margin mot minstekravene til dagslys Dagslysflaten er det samlede, uskjermede glassareal som formidler dagslys til rommet. I tillegg til bruksarealet må en ta med arealet av eventuelle balkonger eller andre lignende utkragede bygningsdeler i rommets bredde på overliggende plan utenfor vindusfasaden.. Dersom skjerming utgjør mer enn 20 i høyde, målt fra horisontalplanet gjennom vinduets midthøyde, må dagslysflaten økes. I slike tilfeller er ikke verifisering ved 10 %-regelen særlig godt egnet Kilde: Direktoratet for Byggkvalitet(DiBK) Vi må gjennomføre inneklimasimuleringer for å validere at vi ikke overskrider kravene til innetemperatur, gitt i TEK Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 7

8 Planlagt for dagslys og utsyn Bildene viser Villa Stoknes, som er det første passivhuset i Oslo. Vi ser her at formen er enkel og kompakt og at vindusarealene er nøye planlagt i forhold til behov for dagslys, utsyn og visuell kontakt mellom inne og ute. De store vinduene er vendt mot sør og mot en privat hage. Huset har ikke utvendig solavskjerming, men er tilrettelagt for det. Løvtrær gir en del skygge om sommeren, og dette har vist seg at dette er tilstrekkelig solavskjerming. Vinduene mot nord og et offentlig areal er sparsomme, både fordi nordvendte vinduer ikke får varmetilskudd fra sola, og for å begrense utsikt og innsyn. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 8

9 Villa Stoknes: Bildene er hentet fra: Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 9

10 Dagslysfaktoren Dagslysfaktoren DF er definert som forholdet mellom belysningsstyrke innendørs mot et horisontalt plan og samtidig belysningsstyrke mot en horisontal flate ute, med fri horisont og jevnt overskyet himmel Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 10

11 Dagslysfaktoren gjelder bare for diffust lys utendørs, det vil si i overskyet vær. Med skyfri himmel kan mengden dagslys bli både større og mindre, avhengig av hvor mye været avviker fra dagslysfaktorens forutsetninger. Dagslysfaktoren består av: Diffus stråling fra himmelen, som er lyset som kommer direkte fra uskjermet himmel. Utereflektert komponent som er reflektert lys fra omgivelsene. Innereflektert komponent som er reflektert lys fra tak, vegger og gulv. Gjennomsnittlig dagslysfaktor er gjennomsnittet av dagslysfaktoren i et rom. I boliger skal kravet til dagslys verifiseres enten ved beregning som bekrefter at gjennomsnittlig dagslysfaktor i rommet er minimum 2 %, eller ved at rommets dagslysflate utgjør minimum 10 % av bruksarealet. SINTEF Byggforsk anbefaler imidlertid en nedre grense på 2,5 %, som er nærmere 10 - prosentregelens nivå som gir høyere dagslysfaktor enn 2 %. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 11

12 Dagslysfaktoren Arbeidsplasser som bare skal belyses med dagslys, bør ha en gjennomsnittlig dagslysfaktor på 5 % på arbeidsplanet for å få en alminnelig god belysning. Ifølge teknisk forskrift (TEK) skal rom for varig opphold ha vinduer, utsyn og tilfredsstillende tilgang på dagslys. TEK åpner for at enkelte rom kan få tilfredsstillende dagslystilgang og utsyn fra åpninger mot andre rom eller ved overlys. Veiledningen til TEK presiserer at stue, kjøkken, soverom og arbeidsrom, samt arbeidsrom og spiserom i arbeidslokaler, er rom for varig opphold. Andre rom kan også komme inn under betegnelsen rom for varig opphold, for eksempel undervisningslokaler og oppholdsrom i barnehager. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 12

13 Beregningsmetoder for dagslysfaktoren Vi har fire aksepterte metoder for å beregne dagslysforholdene i et rom: beregne gjennomsnittlig dagslysfaktor i bygninger ved hjelp av kurver, utviklet av Byggforsk. bruk av dataprogram for å beregne gjennomsnittlig dagslysfaktor. beregne glassarealet etter svensk standard SS dokumentere minst 10 % glassareal i forhold til gulvarealet, forutsatt begrenset horisont avskjerming. Balkonger teller med i gulvarealet. Her vil vi så vidt komme innom den første metoden, som går ut på å beregne dagslysfaktoren ved hjelp av kurver, og hvordan denne metoden kan korrigeres for ulike glasstyper og lystransmisjon. SINTEF Byggforsk har utviklet en kurve som viser sammenhengen mellom forholdet glassareal/gulvareal i et rom og gjennomsnittlig dagslysfaktor i rommet. Kurven forutsetter at man har fri sikt fra vinduet til himmelen. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 13

14 Beregningsmetoder for dagslysfaktoren Når noe skygger for himmelen, betyr det at vinduet gir utsyn til en mindre del av himmelen, og mindre av himmelens lys faller inn gjennom vinduet. SINTEF har derfor utviklet korreksjonsfaktorer til dagslysfaktoren for ulike typer skygge, det vil si for skyggeeffekter fra balkong over vinduene, lysgraver med forskjellig størrelse, støttemur foran vinduene og avskjermet horisont. Som vi ser fra kurven, gir 10 % glassareal i forhold til gulvareal en DF på omtrent 2,8. Dette er litt høyere enn minimumskravene i TEK. SINTEF Byggforsk anbefalinger på en nedre grense på 2,5 % er nærmere 10- prosentregelens nivå. Verdiene baserer seg på bruk av tolags energiglass med en lystransmisjonsfaktor på 80 %. Har glasset en annen lystransmisjon, må vi korrigere for dette. Gjennomsnittlig dagslysfaktor er proporsjonal med lystransmisjonen. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 14

15 Beregningsmetoder for dagslysfaktoren Hvis vi bruker et trelags glass med 70 % lystransmisjon, må vi korrigere verdiene for gjennomsnittlig dagslysfaktor vi kan lese av fra kurven. Hvis forholdet mellom glassarealet og gulvarealet for eksempel er 10 % og vi bruker trelags glass i stedet for tolags glass, må gjennomsnittlig dagslysfaktor korrigeres med 70/80 = 0,875 * 10 % = 8,75 %. Fra å ha en dagslysfaktor på rundt 2,8 er den nå redusert til 2,5. REFERANSE Byggdetaljer Beregning av gjennomsnittlig dagslysfaktor og glassareal Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 15

16 Gjennomsnittlig dagslysfaktor som funksjon av forholdet mellom glassareal og gulvareal. Kurven er beregnet for tolags glass med lystransmisjon 80 %. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 16

17 Vindustype og veggtykkelse påvirker dagslysfaktor KILDE: Barbara Matusiak ved Institutt for byggekunst, form og farge, NTNU "Dagslys: finnes det et optimalt nivå?", Norsk bygningsfysikkdag 2011 Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 17

18 Beregningsmetoder for dagslysfaktoren Dagslysfaktoren reduseres med antall glass og andre tiltak for å redusere U- verdien. En viktig faktor i beregning av dagslysfaktoren er glassarealets lystransmisjon. Denne henter vi fra datablad for angitt glasstype. Tonet glass kan ha lystransmisjon helt ned mot 50 %, mens klart glass kan ha lystransmisjon over 80 %. Glassets lystransmisjon vil variere med graden av overskyethet. Til praktiske formål er det vanlig å bruke 80 % lystransmisjon for tolags glass og 70 % lystransmisjon for trelags glass. Tallene gjelder for overskyet vær. Det er derfor viktig at vi etterspør data for lystransmisjonen når vi planlegger bygninger, og spesielt hvis det planlagte bygget ligger på grensen av hva som gir tilstrekkelig dagslys. Det samme gjelder dersom vi planlegger aktiv bruk av dagslys som en av strategiene for å redusere behovet for kunstig belysning. Beregninger viser at dagslysfaktoren påvirkes av veggens tykkelse: desto tykkere vegg, desto lavere dagslysfaktor. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 18

19 Hvordan man forenklet kan vurdere dette, er foreløpig ikke utredet. Foreløpig bør vi derfor sørge for at vi er på den sikre siden når det gjelder tilstrekkelig vindusareal i forhold til dagslysforholdene. Simulert dagslysfaktor i forhold til veggtykkelse og glasstype for rom på 4 m 4 m 3 m, vegger med 15 cm mineralull, vindu på 1,5 m 2,5 m med tolags klart glass og lystransmisjon 80 %. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 19

20 Bruk av overlys Strinda administrasjonsbygg Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 20

21 Å montere overlys vil være effektivt for å bedre dagslysforholdene. Dette er gjerne aktuelt i dype bygninger, der vinduer i yttervegg ikke gir tilfredsstillende dagslysforhold alene. Overlys er først og fremst aktuelt i de øvre etasjene av en bygning. Vi kan med fordel bruke det i forbindelse med atrier og gjerne i kombinasjon med vinduer i yttervegg og innervegger i glass. Overlys har ofte fri tilgang på dagslys, siden det er færre skjermende elementer over en bygning enn ved siden av Overlys fordeler dagslys i rommet bedre. Statnetts administrasjonsbygg på Strinda har overlyselementer over et åpent, sentralt plassert atrium. Funksjoner som kontorlandskap og kantine forsynes med dagslys fra disse. I tillegg har cellekontorer langs bygningens yttervegger vinduer i fasadene og innervegger i glass. Da får også cellekontorene dagslysbidrag fra overlyset, og dagslys når kjernen av bygget via cellekontorer. Helning og orientering er valgt for å utnytte dagslyset best mulig samtidig som man ønsker å unngå direkte solinnstråling. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 21

22 Overlys Glassflatene er orientert mot nord med en helning på ca. 30 grader. Innbyrdes avstand og høyde er optimalisert for å hindre skyggevirkninger, opphoping av snø og annet. Overlysene er orientert mot nord for å få maks lys uten fare for overoppheting. Den sentrale delen av bygget blir opplyst via overlyset. Kunstig belysning blir regulert og tilpasset etter dagslysinnstrålingen, noe som senker behovet for kunstig belysning og dermed også energibehovet til belysning. Beregninger viser at arbeidsplassene bak de røde hyllene på bildet kan oppnå over 7 % dagslysfaktor. Åpne kontorløsninger og glass i skillevegger bidrar til økt dagslys og bedre arbeidsforhold for de ansatte. Dette har redusert behovet for energibruk til belysning. Styring av lys via tilstedeværelsessensor og lux-måler regulerer behovet for kunstig lys langt mer fornuftig. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 22

23 Takvinduer gir overlys til korridor og innvendige vinduer i klasserom og kontorer. UiA, Kampus Grimstad. Foto: M.Våge Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 23

24 Takvinduer og høytsittende veggvinduer gir overlys til atrium innvendige klasseromsvinduer ved UiA, Kampus Grimstad. Foto: M.Våge Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 24

25 Statsbyggs administrasjonsbygg på Strinda har overlys over det sentralt plasserte atriet. Foto: Rambøll Norge. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 25

26 Fasader og solskjerming Skissene viser forskjellige simuleringer som er utført for utforming av fasader og solavskjerming for det nye kontorbygget for Norsk Institutt for Naturforskning (NINA) i Trondheim, et kontorbygg på passivnivå. Øverst ser vi hvordan dagslys kan bevares når vi har behov for solavskjerming. En reflekterende lyshylle reflekterer lyset innover i lokalet samtidig som en utvendig skjerm beskytter mot direkte solinnstråling/blending. For å oppnå en høyere gjennomsnittlig dagslysfaktor må dagslyset komme lenger inn i rommet. Dette kan vi oppnå via reflektorer sammen med refleksjon i taket. Slik får vi bedre dagslysfordeling selv når solavskjermingen er nede. Til venstre ser vi beregnet dagslysfaktor for et plan. Skissen viser tydelig økt dagslys ved fasader (rød farge), og blå farge indikerer lavere dagslysfaktor lenger inn. Figuren nederst til høyre viser solbelastning på omgrensende flater. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 26

27 Foto: NINA Denne analysen utført med Ecotect viser fordeling av solbelastning og utnyttelse av utstikk som kan bidra til solavskjermingen. Modellen er brukt for å vurdere hvilke fasader som har størst behov for solavskjerming. Ved å bruke vertikale finner kan man ha solskjermingen nede litt kortere perioder fordi slik finner skaper en forsinkelse. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 27

28 Glass som lagrer varme Glass som lagrer varme Marché International i Zürich er Sveits' første nullenergi kontorbygg. Det har 50 arbeidsplasser og var ferdigstilt i Taket er dekket med solceller som i løpet av året produserer nok strøm til å dekke byggets behov. Strømnettet fungerer som batteri ved at bygget leverer overskuddsstrøm om sommeren, og tilsvarende mengde tas ut igjen om vinteren eller når sola ikke skinner. Delvis gjennomsiktige (translucent) materialer er plassert i deler av vindusfeltene. Disse såkalte faseendringsmaterialene (phase change materials, PCM) lagrer varme ved høye temperaturer fordi de smelter, og frigjør denne energien når temperaturen synker til et visst nivå og materialene størkner. De delvis gjennomsiktige materialene fra GlassX gir diffust dagslys og dekkes ikke av persienner ved direkte sollys som de andre vinduene Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 28

29 Glass som lagrer varme Beregninger viser at slike materialer bidrar til å holde innetemperaturen jevnere enn uten slike. De tilsvarer omtrent det å bruke tunge materialer, men har den fordelen at de slipper inn en del dagslys. Erfaringene så langt er gode, spesielt for dagslys og solavskjerming. Det store, norske forskningsprosjektet ZEB testet i 2012 et tilsvarende produkt fra GlassX, et vindu med integrert faseendringsmateriale (PCM) og solskjerming. Testløsningen er bygd opp, og forsøkene er nå godt i gang. Målingene er planlagt og utføres som en del av ZEBs "WP-2: Climate adapted; Low energy envelope technologies", hvis hovedformål er å undersøke termiske og optiske egenskaper sammenlignet med konvensjonelle vinduer. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 29

30 Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 30

31 Todelt løsning ved passivhus-skole i Østerrike Skolens fasade har todelt vindu hvor den nederste delen er trukket inn og får overheng.fasaden ligger her i skyggen. Både øst- og vestfasade har denne løsningen. Ved at løsningen er todelt kan den øverste delen skjermes for sola når det er behov, mens den inntrukne delen ikke trenger solskjerming siden den blir skjermet av den øverste delen. Dette sikrer dagslys på arbeidsplassene mot vinduene samtidig som de er skjermet fra direkte sollys. Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 31

32 Litteratur SINTEF/Rambøll på oppdrag fra Lavenergiprogrammet (2013). Prosjektering av passivhus. Kompendium Michael Klinski et. Al (2012) Systematisering av erfaringer med passivhus SINTEF Prosjektrapport 90 NS 3700: 2013 Kriterier for passivhus og lavenergihus, Boligbygninger NS 3701: 2012 Kriterier for passivhus og lavenergihus, Yrkesbygninger Kurs i prosjektering og bygging av passivhus 32