Climate-based daylight modelling in the Danish building industry

Iversen, Adam Stoltenberg

4. Term

Building Energy Design

2019

2019-06-11

84

Specialet undersøger, hvordan dagslys i bygninger hurtigt og pålideligt kan vurderes i den tidlige designfase ved hjælp af klimabaseret dagslysmodellering (CBDM) – en metode, der bruger lokale vejrdata til at simulere dagslys over et år – og hvordan den danske byggebranche kan få en mere ensartet praksis for årlig dagslysberegning. For at besvare dette gennemgik vi branchens behov, CBDM‑litteraturen og sammenlignede 45 dagslysværktøjer. Værktøjerne blev grupperet i fem kategorier ud fra funktioner, der er vigtige for årlige dagslysevalueringer. Gennemgangen viser, at der i dag ikke findes ét program, der både er hurtigt og præcist i den tidlige designfase i Danmark. I stedet passer forskellige kombinationer af software bedre til forskellige designfaser og kompleksiteter. Til kontrol af overholdelse af de danske bygningsregler anbefales en kombination af Accelerad, Daysim og DIVA for Rhino. Denne opsætning blev verificeret mod SBi’s praksis for dagslysberegning. Vi testede også tre typiske rum; to opfyldte 300‑lux‑reglen. Til CBDM i tidlig design i en dansk kontekst peger specialet på en opsætning med GPU‑parallelisering og Accelerad som beregning på Radiance‑motoren med tovejs mapping‑muligheder. Den understøtter 2‑ til 6‑fase CBDM‑teknikker og har en grafisk brugerflade i stil med VELUX Daylight Visualizer. Integration er mulig via Honeybee+, en DIVA for Rhino‑grænseflade og en visuel algoritmeeditor i Dynamo som direkte plug‑in til Revit. En anden vigtig observation er, at der mangler en fælles benchmark for state‑of‑the‑art CBDM‑teknikker til årlig dagslysvurdering. Forskellige teknikker kan afvige med op til 39% i ASE‑beregninger, mens direkte og diffuse belysningsmetrikker er mere robuste inden for ±15% i forhold til benchmark. Afslutningsvis beskriver specialet, hvornår de forskellige CBDM‑teknikker bør bruges med hensyn til forenkling, nøjagtighed og inputparametre, og viser hvilke teknikker de forskellige programmer anvender. Baseret på rummene og litteraturen fremlægges en praktisk guide til CBDM‑evaluering. Konklusionen er, at der endnu ikke findes en enkel, samlet løsning til hurtig og præcis CBDM i den tidlige designfase i dansk praksis. Den mest lovende tilgang er at kombinere Accelerad, Radiance, Daysim og DIVA for Rhino, mens man afventer bedre værktøjer.

This thesis investigates how to quickly and reliably estimate daylight in buildings at the early design stage using climate-based daylight modelling (CBDM)—a method that uses local weather data to simulate daylight over a year—and how to create a more uniform way of calculating annual daylight in the Danish construction industry. To address these questions, we reviewed industry needs, surveyed the CBDM literature, and compared 45 daylight design tools, grouping them into five categories based on features important for annual daylight evaluation. The review shows that no single program currently delivers both speed and accuracy for early-stage use in Denmark. Instead, different combinations of software are better suited to different design phases and levels of complexity. For compliance checks with Danish building regulations, the recommended combination is Accelerad, Daysim, and DIVA for Rhino. This setup was verified against SBi daylight calculation practice. We then evaluated three typical rooms; two met the Danish 300 lux rule. For early design CBDM in a Danish context, a promising configuration uses GPU parallelism with Accelerad for computation on the Radiance engine, with bidirectional mapping capabilities. It supports 2‑ to 6‑phase CBDM techniques and offers a graphical user interface similar to the VELUX Daylight Visualizer. Integration is possible via Honeybee+, a DIVA for Rhino interface, and a visual algorithm editor in Dynamo as a direct plug‑in to Revit. Another key finding is the lack of a benchmark for state‑of‑the‑art CBDM techniques used for annual daylight evaluation. Different techniques can deviate by up to 39% in ASE calculations, while direct and diffuse illuminance metrics were more robust within ±15% of the benchmark. Finally, the thesis outlines when to use various CBDM techniques, balancing simplification, accuracy, and input parameters, and maps which techniques different software adopt. Based on the three‑room tests and the literature, it proposes a practical guide for CBDM evaluation. In conclusion, there is no simple, single solution for fast and accurate CBDM in early design in Denmark. The most promising available approach is to combine Accelerad, Radiance, Daysim, and DIVA for Rhino while awaiting further tool development.

[This abstract was generated with the help of AI]

Daylight ; Daylight provision ; Daylight availability ; Climate Based Daylight Modelling ; state-of-the-art Radiance CBDM techniques ; Legislation ; Parametric design

Download
View record in AAU Student Projects