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Overhang Design Methods

Optimal Thermal and Daylighting Performance

  • 2022
  • Buch
Verfasst von
Sanja Stevanovic
Buchreihe
SpringerBriefs in Architectural Design and Technology
Verlag
Springer Nature Singapore
Enthalten in
Springer Professional "Wirtschaft+Technik"
Springer Professional "Technik"
Springer Professional "Wirtschaft"
insite
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Über dieses Buch

Es wird geschätzt, dass Fenster in Bürogebäuden für ein Drittel des Energieverbrauchs für Heizung und Kühlung verantwortlich sind. Ein interessantes, multiobjektives Optimierungsproblem, das ein aktives Forschungsthema im Bereich der Gebäudeenergie und Tagesbeleuchtung darstellt, ist die Planung von Fensterverschattungen, die häufig widersprüchliche Ziele ausgleichen, nämlich übermäßige Wärmegewinne in heißen Zeiten zu verhindern, ohne die vorteilhaften Wärmegewinne in kalten Zeiten oder den visuellen Komfort in Innenräumen moderner Gebäude mit hochverglasten Fassaden zu beeinträchtigen. Fensterüberhänge sind die einfachsten und traditionellsten Beschattungsvorrichtungen, die leicht zu installieren sind, äußerst kostengünstig, wartungsarm oder wartungsfrei sind und einen ungehinderten Blick nach draußen bieten. Dieses Buch bietet einen Überblick über Methoden der Überhangkonstruktion für optimale Wärme- und Tageslichtleistung. Es beginnt mit einem historischen Überblick über Methoden, die auf Sonnenpositionen und Beschattungsmasken beruhen. Als Nächstes werden aktuelle Forschungsmethoden diskutiert, einschließlich Methoden zur Berechnung der Verschattung, Methoden zur Quantifizierung der Effektivität von Wärme- und Tageslicht-Überhängen und die Verwendung von multiobjektiven Optimierungsansätzen, zusammen mit den Fallstudien, in denen diese angewandt werden. Außerdem werden Methoden zur Entwicklung innovativer Überhangtypen wie NURBS-skizzierte Überhänge und PV-integrierte dynamische Überhänge behandelt. Im Anhang werden die veröffentlichten Fallstudien zu Überhängen nach dem wichtigsten Klimatyp und der geographischen Breite ihrer Standorte klassifiziert. Insofern stellt das Buch eine wertvolle Ressource dar, um subtile Nuancen der Interaktion zwischen Sonneneinstrahlung, Beschattungseinrichtungen und Raumkomfort zu verstehen. Die angestrebte Zielgruppe sind Energieforscher, die sich für die Optimierung von Verschattungseinrichtungen interessieren.
Mit KI übersetzt

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Chapter 1. Introduction
Abstract
Modern façades, in particular those of office buildings, are highly glazed both to provide daylight and exterior views, which influence occupants’ well-being, and to improve the architectural appearance of buildings. Solar radiation through such façades easily causes glare and overheating, so shading is of vital concern for them. Shading devices aim to prevent excessive heat gains from solar radiation in hot periods, without compromising beneficial heat gains in cold periods or visual comfort in adjacent indoor spaces. Balancing these often contradictory goals is an interesting multi-objective optimisation problem that represents a very active research topic in the field of building energy and daylighting. Overhangs are the simplest and most traditional shading devices that have several beneficial traits: easy installation, high cost-effectiveness, low maintenance and unobstructed view outside. Our goal here is to provide an overview of historical development of the methods for designing overhangs. These methods improved hand in hand with the development of methods for obtaining information about thermal and daylighting behaviour of building models, so this book also represents an overview of the development of building performance simulation tools as related to shading calculations.
Sanja Stevanović
Chapter 2. Solar Path Methods
Abstract
The oldest methods for overhang design were proposed in the second half of the twentieth century and based solely on solar paths. Their aim is to protect glazing from direct solar radiation during overheating periods, usually specified by cut-off dates and cut-off times during these days. In the first two sections, we review Olgyays’ and Mazria’s methods based on superimposing overhang and fins’ shading masks upon charts of solar paths in horizontal and cylindrical projections, respectively. In the third section, we review methods based on backward tracing of solar rays until they intersect a predefined shading support surface.
Sanja Stevanović
Chapter 3. Current Overhang Research Methodology
Abstract
In this chapter, we review the methodology used in current overhang research. The first section discusses simulation methods and algorithms, both those developed specifically for overhangs and those developed for general shading calculations in simulation engines. The second section is concerned with the ways of quantifying overhang effectiveness in the research literature, from the viewpoints of both thermal and visual performance. Genetic algorithms are the most used optimisation approach in overhang design, as well as in general building energy optimisation. The third section, in addition to describing the work and practical setup of genetic algorithms, reviews the overhang studies employing them.
Sanja Stevanović
Chapter 4. Design Methods for Particular Overhang Types
Abstract
This chapter deals with overhang studies that do not easily fit the previous two chapters due to their innovative approaches. The first two sections bring the methods motivated by Kaftan’s remark that one should not expect optimal overhang shape to be of simple geometry even for a rectangular window, as solar gains and daylight intensities vary with changing solar angles. Methods in the first section are based on the division of the underlying overhang support surface into a cell array which are then treated individually, while the second section discusses a method that divides the support surface into a one-dimensional array of strips attached to the wall, whose outer edges are modelled by a smooth, continuous NURBS line. The third section presents a method in which the shading design problem is reversed so that instead the window is trimmed to optimally suit a given rectangular overhang. The fourth section discusses the results of a few studies that recommend overhangs as suitable exterior shading devices for building retrofits due to their structural properties. The last section describes methods for constructing and optimising PV integrated overhangs, whose sunny side uses blocked direct solar radiation to generate electricity, and movable overhangs, whose position can be updated from season to season.
Sanja Stevanović
Backmatter
Titel
Overhang Design Methods
Verfasst von
Sanja Stevanovic
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Nature Singapore
Electronic ISBN
978-981-19-3012-6
Print ISBN
978-981-19-3011-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-981-19-3012-6

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