Title: Implementing model-based building systems control methods in the lighting and shading domain
Language: English
Authors: Dervishi, Sokol 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Simulationen; Beleuchtung; Beschattung; simulations-basierte Steuerung; Himmelstrahlungsmodell; Kalibrierung; Lichtausbeute; Messungen
simulation; lighting; shading; simulation-based control; sky luminance mapping; calibration; luminous efficacy; measurements
Advisor: Mahdavi, Ardeshir
Assisting Advisor: Kabele, Karel
Issue Date: 2010
Number of Pages: 122
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Tageslicht als effiziente natürliche und nachhaltige Energiequelle hat seit jeher eine besondere Bedeutung für das tägliche Leben. Ein effizientes tageslichtorientiertes Design und die lichttechnische Gebäudesteuerung können durch lichttechnische Simulationsprogramme unterstützt und verbessert werden. Die vorliegende Arbeit präsentiert neue Entwicklungen im Bereich simulationsbasierter Gebäudelichtsteuerungssysteme für Beleuchtung und Beschattung.
Essentieller Bestandteil der simulationsbasierten Lichtsteuerung ist das benötigte Himmelsstrahlungsmodel. Unterschiedliche Methoden zur Generierung von Himmelsstrahlungsmodellen werden gezeigt. Diese Modelle können für Simulationen zur Bestimmung von Beleuchtungsstärke und Strahlungsdichte unterschiedlich ausgerichteter Flächen benutzt werden.
In dieser Arbeit werden vier Strahlungsdichten von vertikalen Flächen berechnet und mit den zugehörigen Messungen verglichen. Zur Bestimmung der möglichen Tageslichtnutzung in Räumen benötigen die Simulationen Leuchtdichtedaten des Himmels. Da diese Daten üblicherweise nicht für alle Standorte zur Verfügung stehen, sind Methoden auf Basis von Globalstrahlung unter Verwendung von "Lichtausbeute-Modells" nötig.
Vier dieser Modelle werden verglichen und anhand von Messdaten validiert.
Ein detailliertes Himmelsstrahlungsmodel unter Verwendung eines "Lichtausbeute-Modells" wird in einer prototypischen Implementierung einer simulationsbasierten Lichtsteuerung integriert. Diese Steuerung verfügt über die Möglichkeit Verschattung und Leuchten auf Basis von Echtzeit-Messungen und numerischen Simulationen des Raummodels zu steuern. Das Raummodel beinhaltet eine detaillierte Beschreibung der Geometrie, Einrichtung, Fenster, Leuchten und der entsprechenden Reflexions- und Transmissionsgrade der Oberflächen, sowie die Lage virtueller Sensoren. Diese virtuellen Sensoren werden zur Aufzeichnung der unterschiedlichen Leistungsindikatoren wie Beleuchtungsstärke, Lichtverteilung und Blendung benötigt.

Daylight has always played a dominant role in human life. It is an efficient, natural, renewable source of energy. Advanced lighting simulation tools can provide active support in daylight design and systems control in buildings. The present thesis presents advances in simulation-assisted lighting systems control in the lighting and shading domain. For the implementation of simulation-assisted lighting systems control detailed sky luminance models are needed. Given this context, alternative methods to derive sky model generation are presented. These sky models can be used in simulation applications to compute illuminance and irradiance values on arbitrarily oriented surfaces. In the present contribution, computed irradiance values on four vertical surfaces with corresponding measurements were compared based on availability of the monitoring data. On the other side, for the daylight availability inside the space, the simulation tools need illuminance data as an input for the generation of the sky luminance models. This data is not commonly measured for most locations. However, the illuminance data can be derived based on more widely available global irradiance data using proper luminous efficacy models. The present thesis compares four global luminous efficacy models for the derivation of illuminance data. The detailed sky luminance mapping and the luminous efficacy models are applied in a prototypical implementation of a simulation-assisted lighting system control. The control application can control the position of movable window blinds and the dimming level of the luminaires using real-time sensing and numeric simulation. The room model contains detailed description of the geometry, furniture, location and size of windows, reflectance and transmittance properties of surfaces, as well as the position of virtual sensors which monitor different performance indicators such as illuminance levels, light distribution uniformity, or glare indices.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-40351
http://hdl.handle.net/20.500.12708/11973
Library ID: AC07808677
Organisation: E259 - Institut für Architekturwissenschaften 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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