Scale-model and simulation-based assessments for design alternatives of daylight redirecting systems for side-lighting in an educational design room

Abstract

Daylight has been proven to have positive effects on well-being, comfort and performance of occupants in buildings; it specifically increases learning performance in educational buildings. Side-lighting from one direction leads to unbalanced and insufficient illuminance, especially in large and deep spaces. A design studio at the Izmir Institute of Technology (IZTECH) in Urla, Turkey, has been chosen as an example of a space in such a context. Its geometrical attributes has taken to be the baseline. First, four daylight redirecting systems are applied on its 1/15 scale model to understand and compare their redirection behavior visually. Second, measurements on the scale model are taken to compare the daylight illuminance distributions. Third, to assess the overall performance in the sunny climate, illuminance and luminance maps for photorealistic visualization are calculated in monthly steps over one year. For efficient calculation of the time-steps to be considered, the daylight coefficient method has been applied. Though light ducts are found to be effective for high sun angles, in summer and equinoxes; very low illuminance in entire space make them fail in winter. Light shelves are determined to be the most convenient ones for this space, since they provided sufficient, uniform and high illuminance in equinoxes and winter.

Gün ışığının, bina kullanıcılarının refahı, konforu ve performansı üzerinde pozitif etkisi olduğu kanıtlanmıştır. Günışığı, özellikle, eğitim yapılarında öğrenme performansını da artıran bir etmendir. Tek yönlü yan aydınlatma, özellikle geniş ve derin hacimlerde, aydınlık düzeyinin dengesiz ve yetersiz olmasına yol açar. Bu bağlamda, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü (İYTE)’nde (Urla-Türkiye) bir tasarım stüdyosu, örnek olarak seçilmiştir. Geometrik özellikleri temel alınmıştır. İlk olarak, dört farklı ışık yönlendirme sistemi, ışık yönlendirme davranışlarının görsel olarak anlaşılması ve birbirleriyle karşılaştırılması için, 1/15 ölçekli makette uygulanmıştır. İkinci olarak, günışığı aydınlık düzeyi dağılımlarını karşılaştırabilmek için makette ölçümler yapılmıştır. Üçüncü olarak, performansın güneşli bir iklimde değerlendirilmesi amacıyla, aydınlık düzeyi ve fotogerçekçi görselleştirme adına parıltı dağılımları, tüm yıl boyunca aylık olarak hesaplanmıştır. Verimliliklerin istenilen zamanlarda hesaplanabilmesi için günışığı katsayısı yöntemi uygulanmıştır. Güneş açılarının yüksek olduğu durumlar için ışık bacalarının daha etkin olduğu bulunmuş; buna karşın, kışın tüm hacimdeki aydınlık düzeyi çok düşük olduğundan bu sistemler başarısız olmuştur. Işık rafları ise bu hacim için en uygun sistem olarak belirlenmiştir; çünkü bu sistemler, ekinoks ve yaz dönemlerinde aydınlık düzeyini yeterli bir şekilde, düzgün dağılımlı ve yüksek olarak sağlamıştır.