Daylight Strategies & Design إستراتيجيات وتصميم ضوء شمس

1. Daylight Strategies & Designإستراتيجيات وتصميم ضوء شمس Daylight strategies & design Sky conditions Design issues Design strategies Design recommendation Calculation tools شروط سماء قضايا تصميم إستراتيجيات تصميم توصية تصميم أدوات حساب Dr Jalal R Elbelazi 09/11/2009

2. Daylight strategies & design . importance of daylight design is very often related to climate characteristic, types of sky and peoples attitude towards daylight designأهمية تصميم ضوء الشمس تتعلّق بخاصية المناخ في أغلب الأحيان، أنواع موقف الناس والسماء نحو تصميم ضوء الشمس • . 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) . إعتبر ضوء الشمس أن يكون عنده ثلاثة مكوّنات التي من الضّروري أن تعتبر في عمليات التصميم (ضوء مستفيض من السماء / ضوء مستفيض من البنايات / ضوء مباشر من الشمس)

3. . The direct light is between 5 to 10 times stronger than diffuse light (So architect should consider this in there design) . إنّ الضوء المباشر بين 5 إلى 10 مرات أقوى من الضوء المستفيض (لذا مصمّم يجب أن يعتبر هذا في هناك تصميم). . In hot climate (Libya) has predominantly sunny skies therefore it has to be taken into account in daylight design by using reflectionelements.. 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 designفي المناخ الحار (ليبيا) له سماء مشمسة بالدرجة الأولى لذا هي يجب أن تؤخذ في الحسبان في تصميم ضوء الشمس بإستعمال عناصر الإنعكاس. . في المناطق الحضرية المزدحمة مثل مدينة طرابلس عكست ضوءا من البنايات الملوّنة الخفيفة قد تزوّد ضوء شمس مفيد ولذا يجب أن تؤخذ بنظر الإعتبار في تصميمنا

4. Sky conditions:شروط سماء 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) يزوّد كمية مساوية لluminance بكلّ الإتجاهات (قمة / أفق) 2- Partly cloudy sky The illuminate level varies depending on the position of the clouds related to the sun (Higher at the horizon) هو النوع الأكثر موحّدة من شرط السماء ويميل إلى التغيير عموما ببطئ أكثر من الأنواع الأخرى. يعرّف بإنه أن يكون a سماء التي فيها على الأقل 80 % من قبة السماء محجوب بالغيوم. تحت يسقي الجزيئات تعكس بشكل مستفيض وإنكسرت كلّ أطوال موجة نور شمس (في القمة 3 مرات ألمع من الأفق)

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 Skyسماء صافية • 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). • إنّ السماء الصافية أقل لامعة من السماء المغيمة. يميل إلى أن يكون إسطبلا في luminance ماعدا المنطقة يحيط الشمس، الذي يتغيّر بينما الشمس تتحرّك. الواضحون معرّفة كما أن تكون a سماء التي فيها لا أكثر من 30 % من قبة السماء محجوب بالغيوم (ألمعه على طول الأفق أقل حادّ في القمة

8. 4 - Cloudy Skyسماء غائمة 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 rapidlyغطاء غيمة الذي قد يتراوح من تماما بشدّة إلى خفيف جدا. إنّ السماء الغائمة معرّفة كما أن تكون a سماء التي فيها 30 % إلى 80 % من قبة السماء محجوب بالغيوم، يتضمّن luminance كبير جدا جدا عادة من منطقة واحدة من السماء إلى أخرى ويمل إلى التغيير تماما بسرعة.

9. Design issues قضايا تصميم 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: المصمّم والمصممون يمكن أن منجز فضاء سارّ جماليا بدون تضحية بكلفة أو إبداع. لكن وعي بعض القضايا الذي يمكن أن يجد متى ضوء شمس يستخدم الذي سيساعد في نجاح تصميم فعّال، هذه يصدر . Quantityالكمية . Thermal comfortالراحة الحراري . 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.

12. 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

13. 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

14. 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 characteristicsمناخ / خصائص الموقع والتوجيه . Size and proportion of window . Distribution of lightتوزيع الضوء . The glazing systemنظام التزجيج . View . Natural ventilation . Controlالتهوية الطبيعية

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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)

19. 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.

20. 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.

21. 7 - Control Control both of daylight , lighting sources can save up to 40% of lighting energy when related to the exterior conditions.

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

23. 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.

24. 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.مل السقوف لتوجيه ضوء أكثر إلى a فضاء. يميل السقف بعيدا عن منطقة التثقّب سيساعد على زيادة السطوع السطحي للسقف أبعد إلى a فضاء. • تجنّب توجيه ضوء شمس الشعاع على المهام البصرية الحرجة. الرؤية الضعيفة والمضايقة ستنتجان إذا تحدث إختلافات السطوع المفرطة على مقربة من المهام البصرية الحرجة. • ضوء شمس مرشح. قسوة الضوء المباشر يمكن أن ترشّح بالنباتات، ستائر، كوّات، أو ما شابه ذلك، وسيساعد على توزيع الضوء.

26. 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. • خلال السنوات الـ50 الماضية الكثير الذين يعملون في النهار أدوات حساب طوّرت. هذه تتضمن طرق يدوية , nomographs، ويشكّل حاسوب لتقليد كلا عمل في النهار التصميم وتأثيره على الأداء الحراري العامّ للبنايات. يصف التسجيل التالي البعض من الأدوات المتوفرة سريعا.

27. 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 • عمل في النهار Nomographs (1984) وصف: A طريقة يدوية التي تساعد المصممين يقرّرون إمكانية التي تعمل في النهار المنافع والكلف؛ أيضا عروض a يدقّق إستراتيجية لحماية الطاقة وإدارة الحمل. التوفر: قسم تقنيات الطاقة البيئي، مختبر لورانس بيركيلي الوطني

28. 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) • كتيب نافذة سقفية AAMA — تعليمات تصميم (1988) وصف: تحليل تصميم نافذة سقفية بالتأكيد على التحسين لكفاءة الطاقة، يدمج كلا a worksheet وبرنامج جدولة لوتس (حاسبة آي بي إم الشخصية أو المتوافقة). التوفر: جمعية المنتجين المعمارية الأمريكية (AAMA)

29. 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 Berkeley National Laboratoryظبية 2.1 وصف: الساعة الشاملة بحلول الساعة محاكاة؛ تكامل حسابات الوهج وعمل في النهار بمحاكاة الطاقة الكل ساعة. آي بي إم أو بانتيوم متوافقة مستحسنة. التوفر: مجموعة بحث محاكاة، مختبر لورانس بيركيلي الوطني

30. 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)بنايات الطاقة المنخفضة الماكرة بالطاقة -10 وصف: ساعة بحلول الساعة برنامج محاكاة صمّم لإعلام المراحل الأسبق لعملية التصميم. مرّات على الأرصفة المتوافقة مع حاسبات آي بي إم الشخصية. أفضل المشتغل بالبانتيوم أو المعالج الأعلى و32 Megs للكبش. التوفر: مجلس صناعة البنايات المستمر

31. 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 • وصف تجويف الدقيق: تحلّل أنظمة إضاءة الداخلية المعقّدة بضمن ذلك ضوء شمس، يوجّه / إضاءة غير مباشرة، خلط ونجوم مهدّفة حتى. محرّر ملف DXF، مساهمة سهلة الإستعمال، حرّك مشيا خلال. المحدودة إلى الفراغات المستطيلة. التوفر: إضاءة التقنيات