Design Principles for Museum Daylight Systems Based on Nine Built Examples from Renzo Piano Building Workshop (RPBW)

This research unlocks the relationship between space, structure and light in some of the most important contemporary art museums in the world. The uniform illumination of daylight is one of the main criteria in the architectural planning of museum buildings for RPBW. The aim of the research is to systematize, comparatively analyze and evaluate the design principles of daylight systems and daylighting in RPBW museum projects. For this purpose, 9 selected museums were analyzed and the connection between the spatial concept, the design principle of the light control system (construction and detail) and the daylight quality (computer analysis) will be presented. The new computer models (Rhino 5) of the individual museums, created by the author, form the basis of the spatial and technical daylight analysis. For the comparative analysis of the daylight conditions, the daylight systems were systematized and categorized. In a first analysis step, the museums were examined in their site-specific location and the interior design were examined by daylight simulation technology using computer analysis (Rhino 5 DIVA Grasshopper script). In a second analysis step, the light-guiding systems were digitally analyzed by means of a standardized reference space (box) with the same parameters (room dimension, geographical position, orientation, hours of sunshine). Finally, a field analysis was conducted to benchmark and calibrate the standardized computer model based on empirical daylight measurements to ensure the accuracy of the comparative analysis. The lighting conditions in museums, and in particular the use of daylight, exert a significant influence on the perception of space and the reception of museum exhibits. The aim of this work is to serve as a guide on the applicability of system solutions of daylight control in museums in terms of the illuminance of daylight, the room aesthetics (light contrast), object perception, and geographic location. The results of the comparative analysis using a standardized reference space allow a precise quantitative comparison of daylight systems. The final evaluation of the system solutions provides a new planning tool for architects and planners who design daylight systems and daylighting.Diese Forschungsarbeit hat als Ziel, den Zusammenhang zwischen Raum, Struktur und Licht an ausgewählten Museumsprojekten des italienischen Architekten Renzo Piano darzustellen. Die gleichmäßige Tageslichtausleuchtung stellt für RPBW ein Hauptkriterium in der architektonischen Planung von Museumsbauten da. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Entwurfsprinzipien von Tageslichtsystemen und der Tageslichtführung in RPBW Museen zu systematisieren, vergleichend zu analysieren und zu bewerten. Dazu wurden neun ausgewählte Museumsprojekte von RPBW analysiert und der Zusammenhang zwischen dem Raumkonzept, dem Konstruktionsprinzip des Lichtlenkungssystems (Konstruktion und Detail) und der Tageslichtqualität (Computer Analyse) dargestellt. Die vom Autor erstellten 3D-Computermodelle (Rhino 5) der einzelnen Museen stellen die Grundlage der räumlichen und tageslichttechnischen Betrachtung dar. Für die vergleichende Analyse der Tageslichtverhältnisse wurden die Tageslichtsysteme systematisiert und kategorisiert. In einem ersten Arbeitsschritt wurden die Museen in ihrer ortsspezifischen Lage und Raumgestaltung tageslichttechnisch mittels der Computeranalyse (Rhino 5 DIVA Grasshopper Script) analysiert. In einem zweiten Arbeitsschritt werden die Lichtlenksysteme mittels eines standardisierten Referenzenraumes (Box) mit gleichen Parametern (Raumdimension, geografische Lage, Ausrichtung, Sonnenstunden) digital analysiert. Abschließend wurde anhand von empirischen Tageslichtmessungen das standardisierte Computermodell kalibriert um die Genauigkeit der vergleichenden Analyse sicherzustellen. Die Lichtverhältnisse in Museen und insbesondere die Tageslichtnutzung üben einen maßgeblichen Einfluss auf die Raumwahrnehmung und Rezeption der Museumsexponate aus. Das Ergebnis der vergleichenden Analyse mittels eines standardisierten Referenzraumes ermšglicht eine genaue quantitative Gegenüberstellung von Tageslichtsystemen. Die abschließende Bewertung der dargestellten Systemlösungen stellt eine neue Planungshilfe beim Entwurf von Tageslichtsystemen und der Tageslichtführung dar. Ziel dieser Arbeit ist es, Aussagen zu treffen über die Anwendbarkeit von Systemlösungen der Tageslichtlenkung in Museen in Hinsicht auf die Beleuchtungsstärke des Tageslichtes, der Raumästhetik (Lichtkontrast), der Objektwahrnehmung und der geographischen Lage