Multi-objective daylight optimisation of the office building in climatic conditions of Ukraine

Abstract

The purpose of this paper is: to analyze the possibilities of multi-objective daylight optimization of an office premise in climatic conditions of Ukraine; to propose academically proven method for daylight optimization in order to achieve optimal values of Daylight factor (DF) and Daylight glare probability (DGP); to reveal optimal values of windowto- wall ratio (WWR), window length-to-width ratio and shading device depth of south façade for two locations – Kyiv & Odesa. Methods. Literature review of scientific papers and regulations, as well as computer simulations using computer-aided design software – Rhinoceros, visual programming language – Grasshopper, plugins – Ladybug Tools & Honeybee, and Octopus. Results. The multi-objective daylight optimization method of the office space in the climatic conditions of Ukraine was tested; optimal façade design options of office buildings from the point of view of DF and DGP were identified; optimal values of WWR, windows proportions and shading devices depth were discovered; office buildings façade design comparison for two climatic zones of Ukraine was conducted (for Kyiv and Odesa). Conclusions. Architects are suggested to use multi-objective daylight optimization at early design stage for façade design. Architectural design on the basis of environmental computer simulations provides rather accurate results for design solutions including: values of WWR, window proportions, shading devices depth, etc. The compromise between environmental design and aesthetical approach can lead to sustainable, environmentally conscious architectural solutions. Мета статті. Проаналізувати можливості багатоцільової оптимізації денного освітлення офісного приміщення в кліматичних умовах України; запропонувати академічно перевірений метод оптимізації денного освітлення приміщення для досягнення оптимальних значень коефіцієнта природного освітлення (КПО) та коефіцієнта відблисків (КВ); виявити оптимальні значення коефіцієнта скління (КС) фасадів офісних будівель, співвідношень довжини до ширини вікон та ширини сонцезахисних пристроїв південного фасаду для двох міст України, що репрезентують різні кліматичні зони – Києва та Одеси. Методи дослідження. Огляд наукових публікацій, нормативних документів за темою дослідження, а також комп’ютерне моделювання з використанням: програм автоматизованого проєктування – Rhinoceros, мови візуального програмування – Grasshopper, плагінів – Ladybug Tools & Honeybee та Octopus. Результати. Апробовано метод багатоцільової оптимізації денного освітлення офісного приміщення у кліматичних умовах України; виявлені оптимальні варіанти проєктування фасадів офісних будівель з точки зору КПО та КВ; запропоновано оптимальні показники КС фасадів та пропорцій вікон і ширини сонцезахисних пристроїв. На прикладах Києва та Одеси проаналізовані відмінності проєктування фасадів офісних будівель для двох кліматичних зон України. Висновки. Архітекторам рекомендовано використовувати багатоцільову оптимізацію денного освітлення на ранній стадії проєктування для розробки фасадів офісних будівель. Архітектурне проєктування на основі комп’ютерного моделювання навколишнього середовища забезпечує досить точні результати проєктних рішень, включаючи: значення КС, пропорції вікон, ширину сонцезахисних пристроїв тощо. Компроміс між екологічним дизайном та естетичним підходом може привести до сталих, екологічно свідомих архітектурних рішень. Методи дослідження. Огляд наукових публікацій, нормативних документів за темою дослідження, а також комп’ютерне моделювання з використанням: програм автоматизованого проєктування – Rhinoceros, мови візуального програмування – Grasshopper, плагінів – Ladybug Tools & Honeybee та Octopus. Результати. Апробовано метод багатоцільової оптимізації денного освітлення офісного приміщення в кліматичних умовах України; виявлені оптимальні варіанти проєктування фасадів офіс- них будівель з точки зору КПО та КВ; запропоновано оптимальні показники КС фасадів та пропорцій вікон та глибин сонцезахисних пристроїв. Проаналізовані відмінності проєктування фасадів офісних будівель для двох кліматичних зон України на прикладах Києва та Одеси. Висновки. Архітекторам рекомендовано використовувати багатоцільову оптимізацію денного освітлення на ранній стадії проєктування для розробки фасадів офісних будівель. Архітектурне проєктування на основі комп’ютерного моделювання навколишнього середовища забезпечує достатньо точні результати проєктних вирішень, включаючи: значення КС, пропорції вікон, глибин сонцезахисних пристроїв тощо. Компроміс між екологічним дизайном та естетичним підходом може призвести до сталих, екологічно свідомих архітектурних вирішень.