natuurlijke en kunstmatige verlichting ()

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
Doelstellingen van de presentatie
●
Wat is licht?
●
Hoe zien we?
●
Fotometrische grootheden
●
Risico’s van ongemak
●
Prestatie-indicatoren voor daglicht
2
Plan van de uiteenzetting
1.
Straling, licht en kleur
2.
Oog en zicht
3.
Fotometrie
4.
Comfort
5.
Daglicht – prestatie-indicatoren
3
1. Straling, licht en kleur
●
Elektromagnetische straling
►
Dualiteit golf/deeltje
› Elektromagnetische golf
› Foton (energiekwantum)
(Bron: Study.com)
4
1. Straling, licht en kleur
●
Elektromagnetisch spectrum
(Bron: Energie+)
●
Licht
►
Elektromagnetische straling zichtbaar met het menselijk oog
› Golflengte tussen ≈ 380 en 780 nm
5
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
1. Straling, licht en kleur
●
Refractie
(Bron: mdcn)
7
(Bron: mdcn)
(Bron: Zátonyi Sándor)
1. Straling, licht en kleur
●
Diffractie en interferentie
(Bron: Ubern00b)
(Bron: Jeff Kubina)
(Bron: Alex Duarte)
8
1. Straling, licht en kleur
●
Absorptie en emissie
Subtractie
(aftrekking)
optelling
9
(Bron: Edward Adelson)
1. Straling, licht en kleur
●
Absorptie en emissie
(Bron: mdcn)
(Bron: Stephen Ausmus)
(Bron: Splarka)
(Bron: mdcn)
10
1. Straling, licht en kleur
●
Emissie
(Bron: Architecture et climat)
11
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
1. Straling, licht en kleur
●
Kleurtemperatuur
►
Oorsprong: gloeiing
►
Schaal: zwart lichaam
►
Zon ≈ zwart lichaam van 5.778 K
(Bron: Poke2001)
Temperatuur in Kelvin
Zon aan de horizon
Fluorescentielamp daglicht
Zon aan de zenit
Natriumlamp
Gloeilamp
Genormeerd natuurlijk licht
Warme witte fluorescentielamp
Halogeenlamp
Neutrale witte fluorescentielamp
Metaalhalogenidelamp
(Bron: Architecture et climat)
13
1. Straling, licht en kleur
●
Spectrum: beïnvloedt de kleurweergave
Zon op zenit
Fluorescentielamp 5.500 K
Gloeilamp 2.700 K
Ledlamp 2.700 K
Fluorescentielamp 2.700 K
Ledlamp 2.700 K
Fluorescentielamp 5.500 K
Ledlamp 3.300 K
(Bron: lesnumeriques)
14
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, … ?
Dichtheid
●
Staafjes
afstand van het midden van de fovea
in graden
(Bron: Pancrat)
(Bron: Corie Lok)
15
2. Oog en zicht
Zicht
►
Fotopisch: dag – sterke verlichting – kegeltjes
►
Mesopisch: schemer – matige verlichting – kegeltjes en staafjes
►
Scotopisch: nacht – zwakke verlichting – staafjes
Spectrale gevoeligheid
●
Nachtzicht
Dagzicht
Golflengte (nm)
(Bron: Architecture et climat)
Illustratie van fotopisch zicht (bovenaan)
en scotopisch zicht (onderaan)
16
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
2. Oog en zicht
●
Invloed van daglicht op het gedrag
►
De schoolprestaties van leerlingen verbeteren
< 20.000 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
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 2.700 werknemers hun intrek
in een zeer licht nieuw gebouw:
- productiviteit ↗ 15% op 1 jaar tijd
- absenteïsme ↘ 15% op 1 jaar tijd
- $ 500.000 energiewinst op 1 jaar tijd
(Boubekri, 2008)
19
3. Fotometrie
●
Lichtstroom
►
●
Lichtsterkte
►
●
Lichtstroom die per vaste hoekeenheid wordt
uitgestraald in een gegeven richting; wordt uitgedrukt in
candela (1 cd = 1 lm/sr)
Verlichtingssterkte
►
●
Hoeveelheid licht (zichtbaar spectrum) afgegeven per
tijdseenheid; wordt uitgedrukt in lumen (lm)
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
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
10°  10.680 cd
Halogeenspot
50 W  775 lm
24°  37.00 cd
Halogeenspot
50 W  775 lm
36°  2.050 cd
Halogeenspot
50 W  775 lm
60°  1.065 cd
21
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
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: 5.000 – 20.000 lx
 Een dag met heldere hemel: 7.000 – 24.000 lx
 Een zomerdag met volle zon: 100.000 lx
Norm NBN EN 12464-1 – 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: 1.000 lx
23
(Bron: Energie+)
4. Comfort
●
Voldoende verlichtingssterkte
►
Voldoende verlichting = minder vermoeidheid, minder risico
Relatieve daling van het
aantal fouten in %
Aantal vermoeide
werknemers in %
Visueel
belastend werk
Visueel nietbelastend werk
Relatieve daling van het
aantal ongevallen in %
Visueel belastend
werk
Visueel nietbelastend werk
24
(Bron: Energie+)
4. Comfort
●
Voldoende verlichtingssterkte
Tabel 1 – Relatie tussen de verlichting van de directe omgeving en de verlichting van het
taakgebied
Verlichtingssterkte op het
taakgebied
Etaak
Verlichtingssterkte in de directe
omgeving
Etaak
Etaak
Etaak
(Bron: IBE-BIV)
25
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 12464-1 – IRC of Ra:

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: 80 – 90
26
4. Comfort
●
Goede lichtverdeling
►
Gelijkmatigheid: verhouding tussen de minimale en de
gemiddelde verlichtingssterkte op het oppervlak
Norm NBN EN 12464-1 – Gelijkmatigheid:
Slechte gelijkmatigheid
Goede gelijkmatigheid
(Bron:
Energie+)

Verkeersruimten, trappen, gangen: 0,40

Trappen van schoolgebouwen: 0,40

Zelfbedieningsrestaurant: 0,40

Klaslokalen van lagere en middelbare scholen: 0,60

Andere klaslokalen: 0,60

Kantoor – schrijven, lezen,… : 0,60

Gezondheidszorg – onderzoekzalen: 0,70
27
4. Comfort
●
Voldoende grote, maar niet te grote
luminantieverhouding
►
Bij identieke verlichtingssterkte, verschillende luminantie
►
Contrast
Onvoldoende contrast
Aangepast contrast
Te veel contrast
28
(Bron: mdcn)
4. Comfort
●
Geen storende schaduwen
►
Vermijd obstakels tussen de visuele taak en de lichtbron
(Bron: Energie+)
29
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
Verlichtingssterkte (Lux)
●
B: Comfort – voelt natuurlijk aan
C: Gebrek aan comfort – voelt te koud aan,
donker
Kleurtemperatuur (°K)
30
4. Comfort
●
Geen verblinding
►
Te hoog lichtcontrast
►
Te hoge lichtsterkte of helderheid
› De maximaal aanvaarde luminantie hangt af
van de gezichtshoek
Verblinding
Vermoeidheid
Hinder
Ongemak
Kijkrichting
Lichtbron met hoge luminantie
› Bron van verblinding:
(Bron: Architecture et climat)
– Direct zicht op de zon of de lucht door de vensters.
– 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
4. Comfort
●
Norm NBN EN 12464-1 – UGR:
(Bron: M.L. Eble-Hankins, C.E. Waters)
(Bron: Licht.de)

Verkeersruimten, trappen, gangen: 28

Trappen van schoolgebouwen: 25

Zelfbedieningsrestaurant: 22

Klaslokalen van lagere en middelbare scholen: 19

Andere klaslokalen: 19

Kantoor – schrijven, lezen,…: 19

Gezondheidszorg – onderzoekzalen: 19
32
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
►
(Bron: Architecture et climat)
Alleen representatief bij overtrokken hemel
› 57% van de tijd in België met een gemiddelde verlichtingssterkte van
10.000 lx
33
› 30% van de tijd in Montpellier  weinig representatief!
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
≈ 1% in de slaapkamers
≈ 1,5% in de woonkamer
≈ 2% in de keuken
►
Beperking:
› 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
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
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
5. Daglicht – prestatie-indicatoren
●
Useful daylight illuminance (UDI) – Nuttige
daglichttoetreding (NDT)
►
UDI 100-2.000: 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 100 lux en lager
dan een drempel vastgelegd op 2.000 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 2.000 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
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
5. Daglicht – prestatie-indicatoren
Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor
●
Daylight factor (DF) –Daglichtfactor (DF)
Zenitale verlichting door glasramen in het dak
Verlichting door een shed
DFgem. = 6,3%
DFgem. = 5,9%
39
5. Daglicht – prestatie-indicatoren
Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor
●
Daylight autonomy (DA) –Daglichtautonomie (DA)
Zenitale verlichting door glasramen in het dak
Verlichting door een shed
DFgem. = 56,9%
DFgem. = 61,3%
40
5. Daglicht – prestatie-indicatoren
Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor
●
Continuous daylight autonomy (cDA) – continue
Daglichtautonomie (cDA)
Zenitale verlichting door glasramen in het dak
Verlichting door een shed
DFgem. = 74,4%
DFgem. = 77,8%
41
5. Daglicht – prestatie-indicatoren
Voorbeeld: verlichting van een diep landschapskantoor
●
Useful daylight illuminance (UDI) – Nuttige
daglichttoetreding (NDT) – 100-2.000
Zenitale verlichting door glasramen in het dak
Verlichting door een shed
DFgem. = 67,8%
DFgem. = 75,7%
42
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
Verlichting door een shed
DFgem. = 18,1%
DFgem. = 12,0%
43
Interessante tools, websites, enz.:
●
Energie+ - www.energieplus-lesite.be
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
Interessante tools, websites, enz.:
●
●
De natuurlijke verlichting van gebouwen
►
http://www-energie.arch.ucl.ac.be/eclairage/accueil.htm
►
Gerealiseerd door de onderzoekscel Architecture et Climat, Faculté
d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), Université
catholique de Louvain (Belgique)
NBN EN 12464-1
►
●
●
Licht en verlichting – Werkplekverlichting – Deel 1: Binnenwerkplekken
Code van goede praktijk voor binnenverlichting
►
http://www.ibe-biv.be/media/pdf/IBEBIV_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
►
http://www.leefmilieu.brussels/themas/gebouwen/goede-praktijken-om-tebouwen-en-te-renoveren/om-u-te-helpen/seminariecyclus-9
45
Referenties Gids Duurzame Gebouwen en
andere bronnen:
●
Gids Duurzame Gebouwen:
http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be
Fiches WEL03 en ENE01
46
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
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
Te onthouden uit de uiteenzetting
●
Synthese van de comfortindicatoren:
Circulatie
Kleurtemperatuur
Verlichtingssterkte
Kantoor
Gezondheids
zorg
2.500 à 6.500 K
100 lx
500 lx
1000 lx
Gelijkmatigheid
0,4
0,6
0,7
Verblinding UGR
28
19
19
DF
2%
5%
5%
DA
60%
cDA
75 tot 80%
NDT
49
Contact
Manuel da CONCEIÇÃO NUNES
MATRIciel
Place de l’Université, 25 - Louvain-la-Neuve

: 010 24 15 70
E-mail: [email protected]
50