[Back]

A.A. Khelifi:
"Empirical Lighting Performance Assessment of a Light Emitting Glass Product";
Supervisor: A. Mahdavi, M. Schuss, U. Pont; Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie, 2018; final examination: 2018-01-24.

The purpose of this research is to assess the visual performance of a light emitting glass product and evaluate its potential use in the building sector. There are several uncertainties which prevent one from fully understanding whether an emerging technology will actually work and deliver the intended benefits in the real world. In this research, an empirical test is performed in order to clarify issues related to the product performance. A scale model served as a test bed to collect product-related data under real sky conditions during different illumination states of the product. Recorded data from the test bed was used to generate performance indices and to construct virtual building components. The reliability of virtual models was verified against the conducted measurements aiming to ensure that it would closely predict real world conditions. A series of building simulations was performed in order to generate product related performance indices and to analyse them in the view of lighting requirements proposed in building standards and scientific literature. Parallel experimental investigation into the visibility through the product in the illuminated state was performed. Visibility dependency on the viewer´s distance and the visual target positions, together with surrounding lighting condition were examined. Empirical test results showed that indoor light penetration through the product is highly related to outdoor sky conditions and it can reach acceptable levels even under the worst conditions. Once illuminated, the product did not show a major reduction in visible daylight transmission to indoors. Concerning the usage as office glazing, the product ensures adequate levels of light in the perimeter close to its mounting wall. For this reason, the combination with other light sources would assist in order to reach required visual satisfaction. Finally, visual clarity through the product is found to be highly dependent to the viewer and visual target position. More precisely, the product covers more details the further they are located from the viewer, and hides fewer details for close viewers and visual targets. Surrounding lighting conditions have a reduced impact on visual clarity. In the end, the study summarizes the benefits and deficits of the examined product, concluding that in the current stage of development it is not advisable to use the product as the only source of light in office buildings environment.

Die vorliegende Diplom-Arbeit befasst sich mit Aspekten der visuellen Performance sowie der zukünftigen architektonischen Anwendung eines innovativen, neuen Glasprodukts, welches aktiv Licht emittieren kann (ein mit LED-Leuchten im Randverbund sowie einer Funktionsschicht im Scheibenzwischenraum versehenes Isolierglaselement). Gerade in der Produktentwicklung von neuen, wenig etablierten Technologien zeigen sich oft große Unsicherheiten, die es schwierig machen vorherzusagen, ob und wie ein neuwartiges Produkt funktionieren wird und auch vom Markt angenommen wird. In dieser spezifischen Arbeit wird die Performance des genannten Glasproduktes empirisch untersucht um entsprechende Indikatoren ableiten zu können. Dazu wurde ein maßstäbliches Modell einer Einbausituation gebaut, welches im Freien, das heisst unter realen Außenlichtbedingungen, aufgestellt wurde, sowie anschließend verschiedenen Testszenarien unterworfen wurde (unterschiedliche Tageszeiten, verschiedene Beleuchtungsfälle). Während der Testläufe wurden laufend verschiedene Parameter innerhalb und außerhalb des Modells aufgezeichnet, so dass aus diesen Monitoring-Daten virtuelle Modellierungen des Glaselements erstellt und rudimentär kalibriert werden konnten. Diese solcherart verifizierten, virtuellen Modelle konnten anschließend dazu verwendet werden eine ganze Reihe von weiteren experimentellen Anwendungsfällen zu testen und zu dokumentieren. Parallel zu diesen Bemühungen wurden mittels ausführlicher Literaturrecherche die für verschiedene Anwendungen erforderlichen Beleuchtungserfordernisse aus Richtlinien und Normen extrahiert und diese dann mit den Mess- und Simulationsergebnissen verglichen um festzustellen für welche Anwendungsfälle das Produkt sinnvoll eingesetzt werden kann. Da das untersuchte Isolier-Glaselement über die Funktionsschicht im Scheibenzwischenraum auch die Durchsicht-Möglichkeit durch das Glas beeinflussen kann, wurden in einem weiteren Schritt empirische Experimente angestellt um herauszufinden, wie gut das Glaselement sich als lichtdurchlässige, aber weitgehend blickdichte Durchsichtsbarriere eignet. Die Sichtbarkeit von verschiedenen Gegenständen für Probanden auf der anderen Seite wurde unter verschiedenen Settings (Position des Probanden, Position von Sehaufgaben auf der anderen Seite des Glases) untersucht.

Zusammenfassend kann festgehalten werden:

Die Beleuchtungsstärke im Innenraum hinter dem Glaselement ist stark abhängig von den Außenbedingungen, allerdings können auch unter "schlechten" Außenbedingungen akzeptable Beleuchtungszustände erreicht werden.
Im Betriebszustand (d.h. LED-Leuchten angeschalten) kann keine signifikante Abnahme der Tageslichtdurchlässigkeit nach innen festgestellt werden.
Als alleiniger Beleuchtungskörper kann das Element adäquate Ausleuchtung nur in unmittelbarer Nähe gewährleisten, demzufolge ist hier eine Kombination mit anderen Beleuchtungskörpern anzudenken.
Die Durchsicht durch das Element ist stark von der Position des Betrachters und der betrachtetenen Sehaufgabe in Relation zu dem Glaselement abhängig. Kurz gesagt, je weiter betrachtete Gegenstände von dem Glaselement entfernt werden, desto weniger Details dieser Gegenstände können erkannt werden. Die Kombination von Betrachtern und betrachteten Gegenständen, die jeweils sehr nahe an dem Glaselement positioniert sind, kann als "gute und deutliche Wahrnehmung" charakterisiert werden.

Aus der Diskussion der Resultate können zahlreiche Vor- und Nachteile des untersuchten Glaselements abgeleitet werden. Im aktuellen Entwicklungsstand ist das Element als alleinige Beleuchtungsquelle für Innenräume jedoch noch nicht hinreichend geeignet.

Photometric measurement; Performance assessment; Illuminance; Visual acuity; Lighting simulation