Academic literature on the topic 'Daylight metric'

Evaluation metrics using climate-based daylight modelling paradigms have become the de-facto standard in work environments but have only limited applicability in residential architecture. Qualities of daylight cited in the architectural design literature, such as daily and seasonal availability of daylight as well as access to direct sunlight, are simulated in detail but are usually overlooked in the commonly used evaluation metrics. In a recent paper, a new climate-based, annual daylight evaluation framework called the residential daylight score has been proposed for cold and temperate climates. It assesses daylight autonomy and access to direct light in 12 daily and seasonal bins and proposes targets for seasonal and diurnal daylight autonomy and duration of direct sunlight exposure. While the metric aims to capture essential characteristics of residential daylight, only a few reference cases exist in the literature to adequately judge its achievability and applicability. This paper aims to thoroughly test the residential daylight score and provide reference cases for 2444 apartments from a set of 18 multifamily buildings that compare the new metric with currently used climate-based metrics.

Daylight in buildings can be evaluated using dynamic and static daylight metrics. The daylight factor is a static daylight metric which evaluates daylight conditions under the overcast sky model according to the International Commission on Illumination. However, the dynamic daylight metrics (e.g. daylight autonomy, spatial daylight autonomy, useful daylight illuminance) can be more complex evaluation criteria because they are based on annual daylight illuminance data for a building site. While the daylight factor value depends only on a room geometry, optical properties of surfaces and positioning of daylight obstructions, the dynamic daylight metrics also include an effect of a building location, window orientation or building occupancy pattern. The article deals with a comparison of a daylight evaluation using dynamic and static daylight metrics in the case of buildings whose daylight is obstructed by external barriers.

ABSTRACT This study investigates the applicability of a new daylighting metric based on human health, an emerging framework for evaluating the effect of daylight on building occupants. Procedures based on modeling annual daylight availability are used to determine the mapping of daylight distribution on a daily, seasonal, and yearly basis. Literature review and experimental studies were performed to propose the new day-lighting metrics for health and wellbeing. The proposed metrics have two broad criteria, including daylighting level, timing, and duration. The two details are as follows: (1) 400 lux for 5 hours (2K lux·h) in the daytime; and (2) 500 lux for 1 hour (0.5K lux·h) in the early morning, 8AM–9AM. To verify the applicability of the proposed daylighting metrics to current buildings, sample buildings were selected and daily, spatial and seasonal differences were simulated through computer visualization techniques. Moreover, we evaluated the application of the daylighting metric on the building layout and compared the new daylighting metric for health and wellbeing with conventional daylighting metrics.

ABSTRACT This study investigates the applicability of a new daylighting metric based on human health, an emerging framework for evaluating the effect of daylight on building occupants. Procedures based on modeling annual daylight availability are used to determine the mapping of daylight distribution on a daily, seasonal, and yearly basis. Literature review and experimental studies were performed to propose the new day-lighting metrics for health and wellbeing. The proposed metrics have two broad criteria, including daylighting level, timing, and duration. The two details are as follows: (1) 400 lux for 5 hours (2K lux·h) in the daytime; and (2) 500 lux for 1 hour (0.5K lux·h) in the early morning, 8AM–9AM. To verify the applicability of the proposed daylighting metrics to current buildings, sample buildings were selected and daily, spatial and seasonal differences were simulated through computer visualization techniques. Moreover, we evaluated the application of the daylighting metric on the building layout and compared the new daylighting metric for health and wellbeing with conventional daylighting metrics.

Daylight factor has long been the predominant metric to evaluate daylight performance. Recently, the profession has moved toward annual dynamic daylight metrics such as useful daylight illuminance and daylight autonomy, which are based on absolute values of time varying daylight illuminance for a period of full year. As opposed to static daylight metrics that only concentrate on individual sky conditions, such as the widely used daylight factor, these metrics provide a more comprehensive way to measure illuminance for a wide range of sun positions and sky conditions. Although there is a growing consensus assigning importance to dynamic daylight metrics, there is no common understanding of how to integrate the preference and behaviour of building occupants in assessing the applicability of these metrics. In fact, it is when these occupancy observations and quantitative measurements are taken together that the importance of daylight performance metrics is fully realized. This study seeks to investigate the extent to which the influence of daylight on behaviour can be predicted, and for this the behaviour investigated is seating preferences of occupants in open plan, hot-desking spaces in two university libraries in Sheffield: Western Bank Library and the Information Commons. The results suggest that the association between daylight and seat choice may not be strong, and that any effect is better associated with daylight factor than with useful daylight illuminance or daylight autonomy.

The assessment of the daylighting performance of a design solution is a complex task due to the changing nature of daylight. A few quantitative metrics are available to designers to assess such a performance, among them are the mean hourly illuminance (MHI), the daylight factor (DF), the daylight autonomy (DA) and the useful daylight illuminance (UDI). Each of these metrics has a purpose, a set of criteria and limitations that affect the outcome of the evaluation. When to use one metric instead of another depends largely on the design goals to be achieved. Using Design Iterate Validate Adapt (DIVA) daylighting simulation program, we set out to examine the performance behavior of these four metrics with the changing dimensions of three shading devices: a horizontal overhang, a horizontal louver system, and a vertical fin system, and compare their performance behavior as the orientation changes of the window to which these devices are attached. The context is a typical classroom of a prototypical elementary school. Our results indicate that not all four metrics behave similarly as we vary the size of each shading device and as orientation changes. The lesson learned is that not all daylighting metrics lead to the same conclusions and that it is important to use the metric that corresponds to the specific goals and objectives of the design and of the daylighting solution. The UDI is the metric that leads to outcomes most different than the other three metrics investigated in this paper.

Nowadays, daylight dynamic metrics are the most useful indicators to quantify the use of natural light, with daylight autonomy (DA) being one of the most widespread among all of them. This metric represents the percentage of the occupied time throughout the year in an indoor space when daylight reaches the minimum illuminance level to develop a specific task. Accordingly, the higher the percentage of DA, the shorter the switching on time of electric lighting. However, this metric considers for its calculations all business days of a whole standard year, and is thus not an accurate indicator for seasonal use spaces such as school classrooms. In this context, a variant of this metric is proposed, namely partial daylight autonomy (DAp), which is a non-lineal derivation of DA that considers those seasonal use spaces, helping to define the real percentage of indoor daylight use in order to properly quantify the accurate switching on time of electric lighting and therefore its energy consumption. As deduced from the analysis, the more precise results provided by DAp reach divergences close to 10% in comparison with the original conception of DA. Thus, this metric serves to estimate more accurately the impact on energy consumption if an electric lighting control system is implemented through lux meters. This new proposal has been monitored under real sky conditions in a test cell, providing converging results with those observed in the simulation process.

This study evaluates the performance and robustness of 22 established and newly proposed glare prediction metrics. Experimental datasets of daylight-dominated workplaces in office-like test rooms were collected from studies by seven research groups in six different locations (Argentina, Denmark, Germany, Israel, Japan and the United States). The variability in experimental setups, locations and research teams allowed reliable evaluation of the performance and robustness of glare metrics for daylight-dominated workplaces. Independent statistical methods were applied to individual datasets and also to one combined dataset to evaluate the performance and robustness of the 22 glare metrics. As performance and robustness are not established in literature, we defined performance as: (1) the ability of the metric value to describe the glare scale (evaluated by Spearman rank correlation), and (2) the ability of the metric to distinguish between disturbing and non-disturbing situations (evaluated by diagnostic receiver operating characteristic curve analysis tests). Furthermore, we defined robustness as the ability of a metric to deliver meaningful results when applied to different datasets and to fail as few as possible statistical tests. Average Spearman rank correlation coefficients in the range of 0.55–0.60 as well as average prediction rates to distinguish between disturbing and non-disturbing glare of 70–75% for several of the metrics indicate their reliability. The results also show that metrics considering the saturation effect as a main input in their equation perform better and are more robust in daylight-dominated workplaces than purely contrast-based metrics or purely empirical metrics. In this study, the daylight glare probability (DGP) delivered the highest performance amongst the tested metrics and was also found to be the most robust. Future research should aim to optimise the terms of glare equations which combine contrast and saturation effects, such as DGP, PGSV or UGRexp, to achieve metrics that also perform reliably in dimmer lighting conditions than the ones explored in this study.

Residential architecture constitutes one of the largest market segments in the construction sector. However, the attention that it is given in the field of daylight performance simulation is surprisingly low. This poses the question of whether existing daylighting metrics are well suited for residential design. Findings from 79 references are summarized, and a critical review of current climate-based daylighting metrics in the context of residential architecture is provided. It is found that existing workflows often overlook relevant aspects of daylight in residential spaces, such as diurnal and seasonal availability of daylight and access to direct sunlight. Hence, a concept for a new climate-based, annual evaluation framework that overcomes these shortcomings, called the residential daylight score, is introduced.

Abstract This paper investigates melanopic equivalent daylight vertical and horizontal illuminances within an indoor space as a metric for the nonvisual effects of its lighting. The article is based on the findings of photobiological research and the recommendations of several institutions for the threshold values of melanopic illuminance at the eyes of users of indoor spaces, which is sufficient for the proper functioning of the circadian system. This study uses a computer workplace as an environment to investigate experimentally the applicability of melanopic daylight metrics for the practical evaluation of the circadian potential of the indoor daylight environment. The article points out a number of problems associated with the practical evaluation of vertical melanopic daylight illuminance in a specific space. The paper also outlines practical guidelines for designing facades and color treatment of building surfaces in terms of their circadian potential.

The master’s thesis investigates daylight qualities and visitors’ perception in the central atriumof Medelhavsmuseet in Stockholm, Sweden. The investigation started from personal observationof the space where a feeling of darkness was experienced despite the existing skylight.The visitors’ perception of daylight and space were examined through a survey, and it wascompared to daylight simulations where it was proven that the museum’s daylight quality couldbe classified as a minimum. It is suspected that visitor perception of the space was consideredto be bright due to the use of artificial light, and the brightness of the prevailing weather conditionsduring the time of the survey (mid-April). The daylight conditions as per the survey andsimulations are considered to be sufficient if not a little muted during the lighter half of the year,but during the darker seasons, they are likely to be insufficient. Furthermore, it is proposed thatre-designing the skylight, changing the way the artwork is displayed or changing the materialof the skylight could drastically improve daylight quality, in turn benefiting visitor experience.

This PhD thesis evaluated the applicability of Climate-Based Daylight Modelling (CBDM) as it is presently done. The objectives stated in this thesis aimed at broadly assessing applicability by looking at multiple aspects: (i) the way CBDM is used by expert researchers and practitioners; (ii) how state-of-the-art simulation techniques compare to each other and how they are affected by uncertainty in input factors; (iii) how the simulated results compare with data measured in real occupied spaces. The answers obtained from a web-based questionnaire portrayed a variety of workflows used by different people to perform similar, if not the same, evaluations. At the same time, the inter-model comparison performed to compare the existing simulation techniques revealed significant differences in the way the sky and the sun are recreated by each technique. The results also demonstrated that some of the annual daylight metrics commonly required in building guidelines are sensitive to the choice of simulation tool, as well as other input parameters, such as climate data, orientation and material optical properties. All the analyses were carried out on four case study spaces, remodelled from existing classrooms that were the subject of a concurrent research study that monitored their interior luminous conditions. A large database of High Dynamic Range images was collected for that study, and the luminance data derived from these images could be used in this work to explore a new methodology to calibrate climate-based daylight models. The results collected and presented in this dissertation illustrate how, at the time of writing, there is not a single established common framework to follow when performing CBDM evaluations. Several different techniques coexist but each of them is characterised by a specific domain of applicability.

The purpose of this research is to assess daylight performance of buildings with climatic responsive envelopes with complex geometry that integrates shading devices in the façade. To this end two case studies are chosen due to their complex geometries and integrated daylight devices. The effect of different parameters of the daylight devices is analysed through Climate base daylight metrics.

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Architecture, 2006.
Includes bibliographical references (leaves 75-78).
New methods for quantifying daylight are increasingly accessible to designers and planners. While these methods have enabled new building facades to better balance the admission of daylight with the maintenance of thermal control, they have generally not been applied to the existing building stock. This project uses these new methods of quantifying daylight to inform the renewal of aging facades on the MIT campus. The goal is to demonstrate how daylight analysis can inform the retrofitting process of prevalent modern-era facade types in need of renewal. The work shows how using these metrics in evaluating light access, facade type, and an array of retrofit measures in campus planning is helpful in understanding how intervention might enhance the use of daylight.
by Edward O. Rice.
S.M.

Thesis: Ph. D. in Architecture: Building Technology, Massachusetts Institute of Technology, Department of Architecture, 2014.
This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.
Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 137-144).
It is desirable to design buildings with natural daylight and views to the outside, which can maximize passive solar heating, minimize electric lighting use and contribute to feelings of wellbeing and awareness. Unfortunately, the presence of daylight is not always a positive one. Excessive brightness, strong contrast or intense reflections from daylight can cause visual discomfort or the inability to perform tasks. Typically, the total amount of luminous flux incident upon a surface per unit area - illuminance - present is used to predict visual discomfort due to questions about the benefit and validity of luminance-based analysis measures that are more related to the way the human visual system perceives light. This thesis aims to advance the understanding and usefulness of visual comfort prediction to the point that it can become commonly used in architectural design processes. One method through which this is achieved is by testing the ability of visual comfort analysis to resolve subjective occupant comfort. It was found that of existing discomfort glare metrics, daylight glare probability (DGP) was the most likely to perform well in a variety of daylight conditions and space types. Furthermore, a long-term simulation and survey study found that between 53.7% and 70.1% of an occupant's visual satisfaction could be resolved by analyzing DGP, the presence of direct sunlight and predicted monitor contrast ratio. This choice of metrics was reinforced by a separate laboratory study, which found that 74.4% of subjective comfort could be resolved and identified new subjective luminance thresholds that identify likely discomfort. A new adaptive visual comfort model, the 'adaptive zone,' is proposed in this thesis to deal with spatiality and view in visual discomfort analysis. Finally, ways of applying these verified and new measures in design processes are tackled in this work by producing new temporal maps, spatial discomfort analysis, and plan-based mappings of visual satisfaction.
by John Alstan Jakubiec.
Ph. D. in Architecture: Building Technology

This Master thesis was aimed at investigating common daylight evaluation methods related to Swedish building codes versus human perception of daylight in residential spaces. Field (interview) and simulation-based study were conducted in one of the typical 20thcentury residential, closed courtyard buildings in Stockholm.   12 residents of Kv. Väktaren 16 were interviewed and simulation models were prepared for the apartments occupied by the participants.   Resident perception of light was mostly contrary to daylight assessing values and methods of daylight factor – DF in a point (CIE overcast sky) and alternative method of window to floor area ratio – AF that are stated in Swedish standard (Boverkets byggregler BFS 2016:6).    Attractive and interesting view, access to direct sunlight and visual comfort played important role in overall occupant satisfaction level, this suggests that daylight metrics should include perception-based factors, which positively impact our health and well-being.

This thesis investigates performance-based regulation in Sweden and its consequences for architectural design. In the last 50 years, there has been a transition from prescriptive to performance-based regulation, propelled by the drive to further innovation, productivity and competitiveness by expressing the functions expected of the buildings as performances. This thesis examines the promise of freedom in design and solution that this regulatory construction offers, considering two specific performance aspects of the Swedish building code: the requirements regarding energy performance in relation to user-comfort, and the requirement in terms of daylight in relation to health and hygiene. Each case investigates the implications of the performance-based system of regulation for the synesthetic and multidisciplinary process of design, focussing on how it affects the work of architects.This thesis also addresses the disciplinary knowledge necessary for assessing performance requirements, which in turn connects to the entry into building regulation of abstract natural science models quantifying societal goals in legislation, and to the disciplinary histories of the engineering and architectural professions.Speculating on ways forward that address the concerns that emerge from this analysis, the thesis turns to a historical example that dealt with a similar problem to evaluate its potential for developing current architectural practice. The dual nature of design, reaching into both expressional and technical concerns, has been the subject of research and eloquent discussion within the architectural concept of tectonics. The concluding section of this thesis raises questions about the architectural discourse in relation to tectonics. It suggests that there is work to be done to reconcile the division between architectural design and technical characteristics connected to building physics that permeates systems of building regulation in Sweden and more generally. The thesis suggests that if performance-based regulation is to offer freedom in architectural design, the architecture community needs to be much more involved in both the research and critique of performance requirements and of their formulation and assessment methods when addressing this.
Licentiatavhandlingen undersöker hur funktionsbaserade byggregler påverkar arkitekturförutsättningar i Sverige. Ett av målen med funktionskrav i byggregler är att uppmuntra till innovation och frihet i valet av byggnadsutformning (design), lösningar och metoder (Foliente 2000; Sigge 2017, 181-187; prop. 1985, 100). De tvådelade syftet med avhandlingen är dels att undersöka om gällande svenska byggregler är formulerade så att det frihetsutrymme som funktionsregler är avsedda att skapa i praktiken även omfattar arkitekturutformning med hänsyn till byggnadsvolym, form, program (planlösningar), fasader och andra arkitekturaspekter, dels att undersöka av vilka professioner och hur funktionskrav utvärderas under designprocessen. De funktionskrav som undersöks har en bas i byggnadsfysiska förklaringsmodeller. Analysen sker utifrån perspektivet att frihet i arkitekturlösningar ska möjliggöras. Undersökningen görs genom två fallstudier i två artiklar och efterföljande diskussioner i avhandlingens kappa. I den första artikeln analyseras funktionskravet på energiprestanda i Boverkets byggregler (BBR) utifrån hur kravformuleringen påverkar arkitektur och energianvändning. Energiprestandakravet i BBR är en nationell tolkning av EU-direktivet om energiprestanda (EU 2010; 2018). Den andra artikeln studerar hur  funktionskrav kan utvärderas disciplinärt. Den har jag skrivit tillsammans med Malin Alenius, min doktorand- och Whitekollega.      Avhandlingen består av två artiklar och en kappa. Kappan är indelad i fem huvudsakliga delar, där den inledande delen redogör för syfte, forskningsfrågor och metod. Den innehåller även en forskningsöversikt som behandlar internationell forskning om funktionsbaserade byggregler, forskning om relationen mellan energi och arkitektur samt arkitekturforskning om byggnadsfysik och arkitektur. Därefter följer de båda artiklarna med tillhörande diskussioner. I den fjärde och avslutande diskussionsdelen i kappan, ”Juxtaposition”, sammanförs de teman som tagits upp i artiklarna i en övergripande diskussion.  Därefter följer konklusion på engelska och denna svenska sammanfattning.      De båda artiklarna relaterar till den övergång som under de senaste femtio åren i Sverige har skett från byggregler som föreskriver på vilket sätt samhällets krav i planering- och byggande ska uppfyllas till byggregler som föreskriver den funktion som den slutliga byggnaden ska uppvisa. Drivkrafterna i denna transformation har sedan sent 1960-tal varit att rationalisera byggandet, ekonomisera fastighetsutveckling och att stödja en snabbare teknisk utveckling (Sigge 2017, 71; SOU 1974, 202-203). I propositionen till plan- och bygglagen 1987 uttryckte regeringen att de föreskrifter som styr byggande så långt som möjligt bör formuleras som funktionskrav (prop. 1985, 100). Friheten att utforma lösningar nämns ofta som en grundläggande egenskap i funktionskravsbyggregler (Foliente 2000; Meacham et al 2005). I den första artikeln är syftet att undersöka huruvida de funktionskrav i Boverkets byggregler (BBR) som är utformade efter byggnadsfysiska förklaringsmodeller styr eller inte styr arkitekturlösningar. Detta görs i den första artikeln genom analysen av energiprestandakravet i BBR. Artikeln utgår ifrån tre frågeställningar av vilka den första tar sin utgångspunkt i att Boverket 2004 definierade funktionskrav som krav på en egenskap hos byggnad eller del därav och som ska uttryckas i termer som inte begränsar valet av utformning, material och metoder (Boverket 2004, 42). Den andra två frågeställningarna handlar dels om hur den svenska tolkningen styr energianvändning och dels om hur BBR skulle skrivas för att uppfylla direktivet utan att begränsa valet av utformning eller påverka arkitekturkvalitet och inomhusmiljö negativt. I artikeln konstateras att formuleringen av systemgränserna för energiprestanda i BBR, som beskriver vad som ska beräknas och mätas, omfattar byggnadens energianvändning, inklusive fastighetsel och driftsbelysning (med driftsbelysning avses här belysning till trapphus och driftsutrymmen), men inte verksamhetens el- och belysningsbehov. Den svenska tolkningen styr byggnadsutformning och energianvändning på ett sätt som jag menar skiljer sig från energiprestandadirektivets inriktning (EU 2010).  Diskussionen som följer på artikeln i avhandlingen visar att energiprestandadirektivet efter dess uppdatering 2018 lägger en ännu tyngre emfas på dagsljus i lokaler än i det tidigare direktivet från 2010 (EU 2010; 2018), varför den kritik som riktades i artikel I med avseende på att energiprestandakravet i BBR inte omfattar dagsljus och belysning för verksamheten är fortsatt aktuell. Artikeln illustrerar hur delikat uppgiften är att formulera funktionskrav utifrån ambitionen att funktionskrav ska ge frihet att utforma lösningar (Boverket 2004, 42). Artikeln och den efterföljande diskussionen visar även att formuleringarna av funktionskraven för energi respektive dagsljus i BBR skapar motstridiga grundförutsättningar för att uppnå kraven, vilket innebär att kraven konkurrerar med varandra. Risken med sådana konkurrerande funktionskrav i BBR är att de skapar hinder i projekt att uppnå de samhällskrav som plan- och bygglag och plan- och byggförordning anger. Artikel I och efterföljande diskussion visar på behovet av analyser av funktionskrav inför regelskrivning utifrån dess formkonsekvenser med avseende på utformning av volymer, fasader, planer, sektioner om inte friheten att utforma arkitekturlösningar ska begränsas eller leda till att konkurrerande funktionskrav.      Utifrån frågeställningen om frihet i avseende på arkitekturlösningar i funktionskravsbaserade byggregler analyseras därtill i diskussionen som följer på artikel I formuleringarna av energikraven i BBR med motsvarande avsnitt i komparation med danska och tyska byggregler så som de såg ut 2016. I jämförelsen mellan tre länders olika tolkningar av energiprestandakravet framgår att de styr utformning olika. Med grund i den jämförelsens analys diskuterar jag att tidigare forskningsrön, om att abstrakt funktionskrav ger större lösningsfrihet (Foliente 2000), inte nödvändigtvis gäller i avseende på frihet för arkitekturlösningar. I avhandlingens forskningsöversikt och diskussionen som följer på artikel I framgår att funktionskravs konsekvenser för arkitekturutformning är ett underutforskat område.      Den övergång från mer lösningsföreskrivande till funktionskravsbaserade byggregler som skett i Sverige under det senaste halvseklet har även skett i ett många andra länder internationellt (Meacham 2016, 477). I EU introducerades 1989 ett EU-direktiv om byggprodukter och deras fria rörlighet, där ett antal av byggnaders väsentliga egenskaper som byggprodukter ska uppfylla definierades (EU 1989), vilket är i linje med funktionskrav. Dessa definitioner har sedan införlivats i svensk lagstiftning (Sveriges riksdag 1994; 2010).      I avhandlingen analyseras och diskuteras hur den historiska övergången till funktionskravsbaserade byggregler har påverkats inte endast av politiska beslut, utan även av utvecklingen inom ingenjörs- och arkitekturprofessionerna. Tidigare byggregler bestod vanligtvis av geometriska regler eller beskrivna lösningar, som i sin tur byggde på den samlade kunskapen från många discipliner inom projektering och byggande, medan funktionskraven innebar en övergång från rumsliga till abstrakta naturvetenskapliga, ofta matematiska och byggnadsfysiska, modeller som preciserade samhällskraven. I diskussionen till artikel I fördjupas den historiska beskrivningen av hur principerna för regelutformning av funktionskrav har utvecklats från 1967 till 2018 och hur denna utveckling i allt högre grad lett till att arkitekturteknik allt mer delats in i arkitektur respektive teknik. I de första metodbeskrivningarna 1970 i Sverige av hur funktionskravsbaserade byggregler kan formuleras, angav forskaren Jens Knocke som utvecklade principer för en funktionsanalytisk byggnorm, att dessa endast gällde för den ”tekniska” funktionsanalysen. Därmed avsågs krav som styrde materialval och konstruktiv utformning medan så kallade icke tekniska frågor som arkitektur, som konstnärliga och programaspekter, inte behandlades (Knocke 1970, 15, sammanfattning). I den proposition som föregick lagen 1994 (där de väsentliga egenskaperna för byggnadsverk införlivades från EU-direktivet om byggprodukter) skilde regeringen mellan generella krav, som går att kontrollera objektivt och placerades i lagen om tekniska egenskapskrav, och krav som behöver värderas och bedömas lokalt med hänsyn till omgivningen och lokala politiska krav (prop. 1993). Diskussionen utifrån artikel I påvisar att funktionskravsbyggregler kan och har av regeringen uppfattats som objektiva, utan behov av tolkning i de fall dessa kan beräknas och är uttryckta kvantitativt. Artikeln och diskussionen visar samtidigt att bestämningen av ramarna för funktionskraven, exempelvis systemgränser för energiberäkningen och formuleringar av respektive funktionskrav, innehåller avvägningar som i sig omfattar och påverkar utformningsbeslut och det lösningsutrymme som följer. I artikeln visas att formuleringarna av funktionskravet för energiprestanda leder till negativa konsekvenser för friheten i utformning av arkitekturlösningar. Jag argumenterar för att konsekvensanalyser behöver genomföras vid regelgivning av funktionskrav i BBR av flera skäl, bland annat för att undvika att onödiga restriktioner i utformning skapas och för att enskilda funktionskrav inte ska krocka i BBR eller leda till konflikter mellan olika krav i de olika regelhierarkierna BBR och PBL. Detta gäller särskilt mellan funktionskrav i BBR och krav där i PBL där hänsyn i arkitekturutformningen krävs till plats och omgivning (2 kap. 6 § 1 och 8 kap. 1 § 2). Jag argumenterar även för att Boverkets egen definition från 2004, om att funktionskrav ska formuleras så att de inte begränsar valet av utformning, material och metoder, är relevant för byggregelverket och för att nå formuleringar av funktionskrav som uppfyller denna behövs formanalyser av funktionskrav tillämpas inför Boverkets regelgivning.       I artikel II och dess efterföljande diskussion behandlas hur kvantitativa funktionskrav utvärderas och utvärderingsformens relation till de professioner som är involverade i designprocessen. Artikeln, som är skriven tillsammans med Malin Alenius som är doktorand vid KTH och kollega vid White, är genomförd i form av aktionsforskning där ett utställningsrum om dagsljus och en konferensartikel om dagsljus analyseras och diskuteras ur ett kunskapsperspektiv med fokus på arkitekturdisciplinen och arkitekturprofessionen. Artikeln innehåller dels en analys av en tidigare genomförd utställning, som Alenius och jag ansvarade för och som vi genomförde tillsammans med kollegor vid White, dels en jämförande analys av valda representationstekniker och av dagsljusfaktorresultaten i utställningen med en större numerisk studie av funktionskravet för dagsljus. Den numeriska studien har genomförts av forskaren och docenten Marie-Claude Dubois och doktoranden Iason Bournas vid institutionen för arkitektur och byggd miljö vid Lunds Universitet. Resultaten har publicerats i en gemensam konferensartikel som återfinns i Appendix I (Bournas et al 2017). Metoden för urvalet av byggnader utvecklades av mig och Alenius.      Både utställningen och den numeriska studien undersökte hur hur hög grad dagens funktionskrav, som i ett allmänt råd till föreskriften anger en dagsljusfaktornivå, uppnås i flerfamiljshus byggda under 1900-talet.      I utställningen undersöktes fem byggnader uppförda mellan 1917 till 2016 i relation till såväl dagsljuskravet som solljuskravet (Boverket 2018 c). Dagsljuskravet beräknades och solljusförutsättningarna har undersökts genom skuggstudier. Dagsljus och solljus har även studerats utifrån ett upplevelseperspektiv i en film med sekvenser för varje vardagsrum om 6 sekunder per timma över ett dygn. De fem byggnadernas utformning har även beskrivits i relation till den vid uppförandet rådande lagstiftningen om dagsljus.      Till den numeriska studien gjordes ett större urval relaterat till tidsepok och byggnadstakt för respektive tidsepok och i den numeriska studien genomfördes avancerade dagsljusberäkningar av Bournas (2017, 2019) som även undersökte olika former av dagsljusindikatorer (Bournas och Dubois 2018). Även om utställningen och den numeriska studien har olika fokus och olika publiker är de intressanta att jämföra ur ett disciplinärt perspektiv med avseende på hur kvantitativa funktionskrav kan utvärderas och i relation till hur utvärderingsformen samverkar med designprocessen i dess olika skeden. Tyngdpunkten i artikel II ligger på hur arkitekters förståelse för funktionskravets kvantitativa precisering i allmänt råd (dagsljusfaktorn) inverkar på arkitekturutformningen. Den övergripande forskningsfrågan som behandlas i artikel II och den tillhörande diskussionen är: Vilken kunskap behövs för att utvärdera funktionskrav formulerade efter byggnadsfysiska modeller, så att de bidrar till snarare än begränsar arkitekturutformning, byggnadernas program, uttryck och kreativitet och innovation? I relation till denna fråga illustrerar artikeln vikten av arkitektens egna metoder i utvärderingen av byggnadsfysiskt beskrivna funktionskrav. Genom den geometriska redovisningen i utställningen av de fem byggnaderna tydliggörs att grunderna för dagsljusfaktorn ligger i geometri och att arkitektens vanliga ritmetoder med fördel kan samverka med geometriska analyser av dagsljus, som no-skyline och avskärmningsvinklar, särskilt i tidiga skeden av planprocessen. Även tidigare forskning har pekat på vikten av att arkitekter ges möjlighet att utvärdera dagsljuset i relation till arkitekturutformningen utan att i varje läge behöver beräkna densamma (Lewis 2017, 1172). I jämförelsen mellan utställningsmaterialet och redovisningen av den numeriska studien framgår att för dagsljustillgången är avskärmningsfaktorn den avgörande faktorn, redovisade genom en tvådimensionell avskärmningsfaktor i utställningen och en tredimensionell avskärmningsfaktor i konferensartikeln. I jämförelsen av utfallet i dagsljusfaktor mellan olika decennier är resultatet samstämmigt, vilket illustreras i den numeriska studien genom större urval och i utställningen genom det partikulära i de presenterade fem fallen. I den efterföljande diskussionen till artikel II i kappan diskuteras relationen mellan generell kunskap, utifrån teori och instrumentella fallstudier, och partikulär kunskap, kopplad till specifika fall och kontextbeskrivningar (Johansson 2000; 2003; Flyvbjerg 2006; Kirkeby 2009). Utställningen syftade i sig till att sammanföra två olika disciplinära metoder, nämligen arkitekturmetoder och ingenjörs- och byggnadsfysiska metoder, för att beskriva dagsljus. Övergången från byggregler som uttryckte på vilket sätt samhällskraven skulle uppnås till funktionsbaserade byggregler har inneburit att regler (som i fallet med dagsljus) tidigare formulerade som geometriska och rumsliga förhållanden kom att formuleras i numerära storheter, vilka för plan- och arkitektkompetensen framstår som abstrakta, för att inte säga osynliga. I den tidigare lagstiftningen uttrycktes krav för dagsljus genom bestämda geometriska sektioner (1874 till 1930) eller krav på en parametrisk relation där hushöjden skulle motsvara avståndet till närliggande byggnader (1930-1960). I och med de funktionsbaserade byggreglerna introducerades istället dagsljusfaktorn som anger en procentsats av utvändigt ljus som når en mätpunkt i bostadsrummet, vilken kräver beräkning. Sättet att utvärdera om kravet är uppfyllt har med andra ord gått från en ritningsbaserad kontroll till en matematisk beräkning, som idag ofta utförs av personer med specialistkompetens. Det innebär att förutsättningarna för att uppnå kravet på dagsljus inte alltid är transparenta för planeraren eller arkitekten. I diskussionen lyfts att det finns en risk med att lägga ut delar av utvärderingen på andra professioner utan kunskapsåterföring då det i kan bidra till en minskad helhetssyn i designprocessen.      Alenius och jag menar att fallstudier, som i likhet med de fem fall som undersöktes i utställningen, där det partikulära tillsammans med en undersökande fråga är en produktiv väg för att utveckla kunskap som är relevant för arkitekturpraktiken. Fallstudier, där byggnader analyseras individuellt kan sägas vara typisk för arkitekturkompetensen (Johansson 2000; 2003). Detta särskilt för att stödja kunskapsuppbyggnaden hos arkitekter genom många fall. Begreppet repertoar har beskrivits som när en mängd empiriska fallstudier samlas i praktikerns minne och aktiveras under designprocessens lösningssökande faser (Jansson 1995, 52-53). Vi menar att ett mer systematiskt användande av fallstudier behövs för att bygga en repertoar som belyser ämnen som påverkar arkitektens vardag, som exempelvis dagsljus, hållbarhet och byggregler.  Sammanfattningsvis argumenterar Alenius och jag för att i diskutioner av funktionskrav bör inte arkitekturmetoder, som fallstudier och repertoar, hamna i bakgrunden till förmån för en mer generell kunskapsuppbyggnad som har sin grund i naturvetenskapliga modeller som exempelvis de byggnadsfysiska förklaringsmodellerna. Funktionskravens frihetsramar tolkas i hög grad idag genom generell teori och instrumentella fallstudier. Här finns en risk att den underliggand frågeställningen för den generella teorin är för begränsande utifrån ett gestaltningsperspektiv. Det är av vikt att arkitekter medverkar i utvecklingen av frågeställningarna och ramarna för de teorier som utvecklas, så att ett tillräckligt antal typologier, rumstyper, program och fasadutformningar undersöks om resulaten ska generalisera förutsättningarna för desamma. Samtidigt finns en begränsning i vad som kan undersökas på detta sätt. I kappan utvecklas diskussionen kring varför båda dessa former av kunskapsinhämtning har sin plats i designprocessen och att det är av största vikt, särskilt i relation till funktionsbaserade byggregler, att inte låta den generella kunskapen dominera utan att hitta en balans mellan generell och partikulär kunskap från specifika fall.      Det finns ven förutsättningar för att arkitektens verktyg i högre grad kan användas för att både utvärdera de kvantitativa krav som ställs i BBR och för att skapa en större förståelse för dem. En ökad integration av utvärdering av byggnadsfysiska funktionskrav genom arkitektens traditionella verktyg skapar även större möjligheter för en designprocess som behandlar funktionskrav och samtidigt tar in de aspekter av utformning som inte kan kvantifieras.      Sammanfattningsvis visar artikel II att ett noggrant urval av fallstudier som presenteras i sin ursprungliga kontext och komplexitet kan ge arkitekten kunskap om byggnadsfysiska arkitekturförutsättningar som komplement till den vägledning som generell teori kan ge. På grund av kvantifiering och avancerade beräkningsverktyg har dagsljuskraven i svenska byggregler på senare år kommit att bli en vardag för arkitekter. Dagsljuskraven i sig, och dess utvärderingar, ger dock inte nödvändigtvis ny kunskap till arkitekten om inte en erfarenhetsåterföring i relation till dessa systematiseras och relateras till skissprocessen, särskilt med avseende på tidiga skeden. Ett sådant exempel finns redovisat i appendix II där  generell teori från forskning gav en kunskapsgrund i form av tumregler för ett tävlingsarbete. Även om erfarenhetsåterföring ökar kring beräkningar återstår ett behov för arkitekturpraktiken att utveckla kunskap som placerar de individuella funktionskraven i designuppgiften och designkunnandet som helhet, vilket kopplar till tidigare argument för behov avkunnande som ackumuleras genom en repertoar baserad på det partikulära och som är grundad i arkitektens egna verktyg och då särskilt fallstudien. I fallet med dagsljus behöver den kvantitativa utvärderingen sättas i relation till kvalitativa aspekter av dagsljus som traditionellt har utvecklats som ett kunnande hos arkitekten genom betraktande av byggnader och rum under verkliga dagsljusförhållanden.      Till de två artiklarna och dess diskussioner läggs ytterligare ett perspektiv genom den avslutande diskussionen (”Juxtaposition”) om en möjlig väg till en forskningsdiskurs om byggnadsfysik ur ett arkitekturperspektiv. Inledningsvis diskuteras förutsättningarna för ett samtal mellan designprofessioner utifrån tre konceptioner av kunskap (Downton 2003, 62-63).  Den kunskap som erövras genom att praktisera (”knowing-how”), den teoretiska kunskapen om principerna (”knowing-that”) och den orienterande kunskapen  (”knowing-of”) (Downton 2003, 62-63). Arkitekter är ofta tränade i grunderna och principerna för konstruktion (”knowing-that” och ”knowing-of”) men sällan, särskilt i Sverige, tränade i att utföra konstruktionsberäkningar (”knowing-how”). Att arkitekter är tränade i ”knowing-that” och ”knowing-of” om konstruktion hävdar jag skapar bättre förutsättningar för samverkan mellan arkitekter och konstruktörer än om så inte varit fallet. Det skiljer sig från hur det förhåller sig med energi, dagsljus och andra funktionskrav som har utvecklats ur byggnadsfysiska förklaringsmodeller och relationen mellan arkitekter och energi- och installationsingenjörer. Här saknar arkitekterna, inte minst de svenska, ofta kunskap om principerna (”knowing-that” och ”knowing-of”). Jag argumenterar för att en sådan kunskap skulle skapa bättre förutsättningar för arkitekten i sin verksamhetsutövning och samverkan med andra discipliner. I Sverige utbildas arkitekter i konstruktion men inte i byggnadsfysik. Samtidigt har arkitekturforskning, även den internationella, under lång tid visat ett intresse för arkitekturteknik utifrån konstruktion men i mycket lägre grad för byggnadsfysik. En fråga för den avslutande diskussionen är varifrån kan en forskningsdiskurs utvecklas som utifrån ett arkitekturperspektiv stödjer en diskussion om energi, byggnadsfysik och arkitektur? Inte minst idag när samhället står inför den stora utmaningen att hantera och minimera växthuseffekten, vilket byggregler adresserar och inskärper i kraftfulla krav, är designkunskap om byggnadsfysik viktig för arkitekter. Jag argumenterar för att det behövs en diskussion om arkitekturteknik som sammanför kunskaper om arkitektur och teknik och som motverkar den förenklade uppdelning som finns i dagens byggregler (PBL 8 kap. 1§ och 4§) och påverkar dagens praktiska utövning. En produktiv jämförelse menar jag finns i den situation som arkitekturpraktiken och arkitekturforskningens befann sig i vid mitten av 1800-talet då nya material krävde nya förhållningssätt till arkitekturteknik och arkitekturuttryck. Under 1800-talet utvecklades en diskurs om tektonik för att diskutera relationen mellan material, konstruktion och arkitekturuttryck (Schwarzer 1993; Wolf 1996; Wallenstein 2004, 17-33; Mallgrave 2009). Ett svar på nyss nämnda fråga som jag ger i den avslutande diskussionen är att utveckla en arkitekturdiskussion inom arkitekturpraktik och arkitekturforskning om begreppet tektonik kring byggnadsfysik och uttryck i likhet med den riktning som idag är dominerande inom tektonik kring konstruktion och uttryck.      Sammanfattningsvis visar avhandlingens två delar och avslutande diskussion på ett behov av en arkitekturdiskussion om tektonik och en ökad forskningsinsats i relation till byggnadsfysik och de förklaringsmodeller och indikatorer som används i funktionskrav i byggregler. Detta för att synliggöra den relation mellan arkitektur och byggnadsfysik och andra naturvetenskapliga aspekter (exempelvis byggnadsinstallationer och ventilation som ligger utanför denna avhandling) som idag verkar vara bortglömd, såväl i formuleringarna och utvärderingarna av byggregler som hos arkitektpraktik och forskning. Jag hävdar att det är nödvändigt att utifrån arkitekturprofessionens egna verktyg, såsom fallstudier av det partikulära, skapa en relation mellan teori och arkitekturutformningsmöjligheter, det vill säga skapa en kunskapsutveckling kring byggnadsfysik för att ta vara på den innovationsfrihet som funktionskravsregelverk utlovar. Arkitekter behöver även engagera sig i hur byggregler formuleras och i relation till Boverket så att formaspekter inte styrs oavsiktligt och i konflikt med plan- och bygglagens intentioner om volym, form, färg och materialverkan (PBL 2 kap. 6§ och 8 kap. 1§2).

QC 20190913

AbstractA building spatial design (BSD) determines external and internal walls and ceilings of a building. The design space has a hierarchical structure, in which decisions on the existence or non-existence of spatial components determine the existence of variables related to these spaces, such as sizing and angles. In the optimization of BSDs it is envisioned to optimize various performance indicators from multiple disciplines in concert, such as structural, functional, thermal, and daylight performance. Existing representations of design spaces suffer from severe limitations, such as only representing orthogonal designs or representing the structures in parametric superstructure, allowing only for limited design variations. This paper proposes prism nets - a new way of representing the search space of BSDs based on triangulations defining space filling collections of triangular prisms that can be combined via coloring parameters to spaces. Prism nets can accommodate for non-orthogonal designs and are flexible in terms of topological variations. We follow the guidelines for representation and operator design proposed in the framework of metric-based evolutionary algorithms. The main contribution of the paper is a detailed discussion of the search space representation and corresponding mutation operators. Moreover, a proof of concept example demonstrates the integration into multi-objective evolutionary algorithms and provides first results on a simple, but reproducible, benchmark problem.

In this chapter, different approaches are presented for removal of fog from video footage taken in moving cars. The methodology uses different approaches, namely dark channel prior, contrast limited adaptive histogram equalization (CLAHE), the combination of two approaches (dark channel prior and CLAHE), and RETINEX algorithm combined with DWT. The algorithms are implemented in MATLAB R2015a. Moreover, the algorithms are compared based on their computational complexity and a visibility metric which is used for computing the CNR of video frames before and after the application of the algorithm. The chapter discusses which algorithm would provide better performance during night fog and daylight fog. Finally, the safe speed of the driver is calculated based on the time complexity of the algorithm used.

Nowadays the daylight analysis is widely used by architects because it influences on the room usage and comfortability. The natural daylight has a lot of benefits. There are many issues related to the daylight which affects the function and perception of the illuminated area. The issues are direct sunlight and discomfort glare, illumination level and distribution on the working plane. The correct building design that takes into account the daylight analysis aspects leads to decrease of the artificial light usage and energy saving. So simulation of the metrics used in daylight analysis is an important task. The paper considers the simulation of two main standard characteristics widely used in the modern daylight estimation: spatial Daylight Autonomy (sDA) and Annual Sunlight Exposure (ASE). The calculation of both metrics is regulated by the Illuminating Engineering Society (IES) standards. The metric calculation provides daylight illumination data for whole year with one hour step. This means that several thousand simulations have to be run. So effective light simulation methods must be elaborated and used here. The paper presents the methods which deal with rather complex and precise building models under daylight illumination and realistic environment. Spatial Daylight Autonomy metric is calculated considering blinds control that opens or closes them depending on the over-exposure by the direct sunlight. Thus, simulation of sDA involves an optimization procedure defining blinds configuration at each hourly moment. The sDA and ASE calculations for architecture scene are provided as examples.

Discomfort glare metrics typically consider at least one of the two effects of discomfort glare - saturation and contrast - in their equation. The former occurs when there is an excessively bright glare source in the field of view, while the latter occurs when there is a high luminance ratio between the glare source and the adaptation level of the eye. We hypothesize that the contrast effect may dominate in low-light scenarios such as those commonly found in open-plan offices. Thus, we designed and carried out a user study in controlled laboratory conditions with 63 participants with a total of 252 scenes to investigate discomfort glare evaluations in dim daylight office environments with low adaptation levels. Our preliminary findings support our hypothesis that contrast-driven metrics predict glare responses in a more reliable way than hybrid metrics at low adaptation levels where the contrast effect dominates, which underlines the need for refining glare metrics in low brightness conditions.

In the last years, as a result of environmental concerns, changes in lifestyle during the COVID-19 crisis, the role of healthy buildings in addition to the main lighting design principles are highlighted. Therefore, today’s lighting design issues include social well-being, mental well-being, and physical well-being more than we discussed in the last century. Hence, we are familiar with occupant-centric and performance-based metrics for residential and non-domestic buildings. The study analyses the extended occupancy patterns, daylight availability, and annual lighting energy demand through a case study in Bursa, Turkey including the COVID-19 pandemic scenario.

Shading control strategies are nowadays employed in office environments to improve the visual comfort of the user. These strategies are often solely illuminance-based whereas comfort metrics as the Daylight Glare Probability (DGP) also need luminance values. In previous studies, daylight glare has been assessed by calculating the DGP from luminance maps obtained via a luminance camera or from a High Dynamic Range (HDR) image obtained with a commercially available camera. These detectors are traditionally mounted close to the user and aligned with the viewing direction. In real office environments, this camera position is impractical, and simulations based on machine learning techniques have shown a relation between the DGP from an observer's viewpoint and the DGP calculated from a ceiling camera. This paper experimentally validates this method in a real office environment by using two different cameras and two different illuminance sensors, i.e., a low-cost illuminance sensor and a calibrated sensor. Both cameras render similar results, although one camera overestimates the DGP. Moreover, the shortcomings of the simulation results are pinpointed and the obstacles for a realistic application are addressed. Furthermore, it was found that when moving the cameras to different positions, the sun position was shown to be an informative additional input for correlating the two DGP values. In future work, additional data will be analysed to determine the performance in other weather conditions and window orientations.