Zoninval kan cruciaal zijn voor de energieprestaties van gebouwen, maar hoe breng je die precies in kaart? Promovendus Miktha Alkadri slaagde erin met 3D puntenwolkdata zelfs de oppervlakte- en materiaaleigenschappen van objecten in de omgeving te analyseren. Dat maakt slimmere, computerondersteunde ontwerpen mogelijk.
Het Walkie-Talkie gebouw in hartje Londen is een mooi voorbeeld van rampzalig het veronachtzamen van zoninval kan zijn. De wolkenkrabber met spiegelfaçade kreeg de bijnaam 'Walkie Scorchie' toen bleek dat gereflecteerd zonlicht de verf van auto's afbrandde en voorbijgangers verblindde. Een ander hoogbouwcomplex bleek dusdanig ontworpen dat alle meubilair van omliggende terrassen wegwoei als er een windje opstak boven de Thames. “Onnodig, want tegenwoordig hebben we computertechniek om het gedrag van zon en wind vooraf nauwkeurig te berekenen”, zegt Alkadri. “Als de resultaten daarvan worden meegenomen in het ontwerpproces, zijn zulke missers te voorkomen.”
In de bestaande praktijk geschiedt het berekenen van de zoninval nog meestal met behulp van meetkunde. In hoeverre wordt de zon geblokkeerd na toevoeging van een blok met een bepaalde geometrische vorm? Die methode is tijdrovend en gaat vaak voorbij aan relevante omgevingsinformatie. Het maken van 3D scans is eenvoudiger en vangt complexe informatie uit de bestaande context.
In principe is het mogelijk met 3D scantechnologie de complete omgeving in één keer in kaart brengen. Omgevingssimulaties helpen vervolgens bij het vaststellen van de materiaaleigenschappen van de gevels. “Uit puntenwolkgegevens kan onze computermethode identificeren of een oppervlak uit baksteen, glas of staal bestaat en waar zich bomen of struiken bevinden. Dat is belangrijk, want het geeft een idee van de verwachte milieu-impact op de bestaande omgeving. Voordat de eerste spade de grond in gaat is dus duidelijk of een geveloppervlak ongemak kan veroorzaken en of het mogelijk bijdraagt aan het 'hitte-eilandeffect'.
Resolutie
3D scantechnologie wordt in de huidige praktijk vooral ingezet bij reconstructie van cultureel erfgoed. In zijn promotieonderzoek zette Alkadri de scanner in als een hulpmiddel voor het ontwerpproces. Met de Terrestrial laser scanner (TLS) kon hij de omgeving tot op 3 millimeter nauwkeurig in kaart brengen op tien meter afstand. Om de calculatietijd te reduceren schroefde hij de resolutie terug naar 5 centimeter. “Dat is nog steeds robuust genoeg voor het maken van een goede simulatie.” Door twee of drie scans op dezelfde dag te maken ontstaat een representatief omgevingsbeeld. Iedere punt in de wolk bevat informatie over de positie, de kleur en de intensiteit van de reflectie.
Op basis van de puntenwolkgegevens en de 'solar envelope' – de lijnen waarbinnen de zon valt – ontwikkelde Alkadri twee modellen. Het SOLEN (Subtractive Solar Envelopes) model is geschikt voor een gematigd klimaat en mikt op een gebouwmassa die de zon min mogelijk blokkeert. Het SHADEN (Subtractive Shading Envelopes) model berekent hoe een gebouw in een tropisch klimaat maximale schaduw kan creëren, ter vermindering van het energieverbruik.
Calculaties die hij aan de hand daarvan maakte voor een Indonesisch bibliotheekproject leidde tot een geometrische verkenning en functionele aanpassingen. De hoofdleeszaal, die te warm dreigde te worden, verplaatste naar een andere verdieping, de ontmoetingsruimte ging naar achterkant van het gebouw.
Zouden we ieder nieuwbouwproject moeten analyseren met behulp van 3D scantechniek? Op dit moment is dat nog vrij kostbaar. “Maar de prijs van scantechnologie daalt snel, daarom heeft deze techniek de toekomst”, denkt Alkadri. “Het is veel duurder om de ontwerpfout te repareren met een tweede huid moet, zoals nodig was bij het Walkie-Talkie gebouw.”
Gepubliceerd: juli 2021
Meer informatie
- Proefschrift 'Solar Geometry in Performance of the Built Environment'