Beta
283049

RETROFITTING SHADING UNITS TO OPTIMIZE DAYLIGHTING IN THE GOVERNMENTAL SCHOOL BUILDING IN CAIRO

Article

Last updated: 24 Dec 2024

Subjects

-

Tags

Architecture and Urban Design.

Abstract

Recently,the influence of building skinon daylighting performance has attracted great attention. therefore, many countries have adopted the retrofitting strategy for existing buildings to improve efficiency, the main concern of this work is to improvedaylighting performanceinsidea classroom in a publicschool in Cairo,through a retrofitting strategy.Multi-Objective Optimization (MOO) frameworkand Genetic algorithms methodology will be adopted to optimize daylighting performance.The investigations were carried out via the use of "Ladybug and Honeybee" which could gather many simulation engines, Radiance & Daysim will be adopted for daylighting computation, integrated with Rhino & Grasshopper for 3D parametric modeling, and with Octopus plug-in as a(MOO) tool. The investigatedbuilding was designed by the General Authority of Educational Buildings,representing an example of southern oriented classroomprototypein Cairo. Daylightingperformance wasevaluated byusing Dynamic Daylighting Performance Metrics as objective parameters.three variables for shading units' configurationswere suggested as solution parameters, these variables were: shading units' number of slats rows, depth, and inclination angle. Results indicated that the base case has sufficient daylightinglevelwhile suffering from nonuniformity and discomfortglare. The suggested shadings resulted in a 91% reduction in the area exposed to direct sunlight, as it reduces the aSE1000/250h on the occupied area from 31.5 % in the base case to 2.7 %, which is classified as a preferred value. Besides, helped efficiently in reducing glare probability and at the same time keeps the SDA300/50% within preferred limits.   حظي تاثير تصميم الغلاف الخارجي للمبني علي أداء ضوء النهار بكثير من الاهتمام في الآونة الأخيرة، ولهذا السبب بدأت كثير من الدول في تبني بعض السياسات التحديثية للمباني القائمة من أجل تطوير كفاءتها. ولهذا كان الهدف الأساسي من هذا البحث هو تقييم ومن ثم تحسين أداء ضوء النهار داخل فصل دراسي في أحد المباني المدرسية الحكومية بالقاهرة ، من خلال سياسة تحديثية تتمثل في اضافة وحدات تظليل علي الواجهة الجنوبية لأحد النماذجالنمطية لهيئة الأبنية التعليمية. تم استخدام منهجية عمل معتمدة علي الخوارزميات الجينية في برنامج ضبط وتنسيق متعدد الاهداف لتحسين مستويات الاضاءة الطبيعية داخل فراغ الفصل محل الدراسة؛ باستخدام (Ladybug- Honeybee ) كبرامج محاكاة يمكنها التكامل مع (Radiance and Daysim) كأدوات لأداء حسابات ضوء النهار؛ بالتوازي مع(Rhino and Grasshopper) لتفعيل التصميم الباراميتري ثلاثي الابعاد ، وأخيرا استخدام ( Octopus) كأداة ضبط متعددة الأهداف للوصول لأفضل الحلول الممكنة لتحسين مستوي الراحة البصرية. تم تقييم أداء ضوء النهار باستخدام مقاييس أداء ضوء النهار الديناميكية ومنها : مقياس إتاحية ضوء النهار كنسبة مئوية من عدد ساعات الإشغال(Daylight Autonomy) ، وايضا مقياس آخر لحساب إتاحية ضوء النهار كنسبة مئوية من مسطح العمل(Spatial Daylight Autonomy)، وايضا قياس إحتمالية حدوث وهج (Daylight Glare Probability) ، واخيرامقياس اخر لحسابالنسبة المئوية من مسطح الإشغال المعرضة لضوء الشمس المباشر.(Annual Sunlight Exposure)واستخدمت هذه المقاييس لقياس الأهداف المطلوب الوصول اليها (Objective Parameters) طبقا للمعايير الدولية للمدارس. كما استخدمت معايير اخري كمحددات لتصميم  وحدات التظليل المقترحة(Solution Parameters) تتمثل في عدد صفوف وحدات التظليل ، عمق الوحدة وزاوية ميلها. أتت نتائج المحاكاه لتؤكد ان الحالة الدراسية تحظي بشدة اضاءة كافية في حين انها تعاني من عدم إنتظام في توزيع الضوء واحتمالية وهج عالية تسببت في عدم الراحة البصرية . كما أوضحت النتائج فعالية وحدات التظليل المقترحة في تقليل المساحة المعرضة لضوء الشمس المباشر بمقدار إنخفاض يعادل 91% من المساحة المعرضة في حالة الدراسة الاصلية قبل تثبيت وحدات التظليل ، وايضا إنخفاض واضح في احتمالية حدوث الوهج وبالتالي تحسن في الراحة البصرية.

DOI

10.21608/auej.2023.283049

Keywords

Parametric Optimization, Genetic Algorithm, Daylighting levels, visual comfort. التصميم الباراميتري ، الخوارزميات الجينية، مستويات ضوء النهار ، الراحة البصرية

Authors

First Name

Walaa

Last Name

Rakha

MiddleName

Mahmoud

Affiliation

Department of Architecture, Faculty of Engineering, Ain-Shams University, Cairo, Egypt

Email

walaa.rakha@outlook.com

City

-

Orcid

-

First Name

Ashraf

Last Name

Nessim

MiddleName

Ali

Affiliation

Department of Architecture, Faculty of Engineering, Ain-Shams University, Cairo, Egypt

Email

a.nessim@eng.asu.edu.eg

City

-

Orcid

-

First Name

Mostafa

Last Name

Ismail

MiddleName

Refaat

Affiliation

Department of Architecture, Faculty of Engineering, Ain-Shams University, Cairo, Egypt

Email

mostafa_ismail@eng.asu.edu.eg

City

-

Orcid

-

Volume

18

Article Issue

66

Related Issue

39269

Issue Date

2023-01-01

Receive Date

2022-08-04

Publish Date

2023-01-01

Page Start

183

Page End

202

Print ISSN

1687-8418

Online ISSN

3009-7622

Link

https://jaes.journals.ekb.eg/article_283049.html

Detail API

https://jaes.journals.ekb.eg/service?article_code=283049

Order

12

Type

Original Article

Type Code

706

Publication Type

Journal

Publication Title

Journal of Al-Azhar University Engineering Sector

Publication Link

https://jaes.journals.ekb.eg/

MainTitle

RETROFITTING SHADING UNITS TO OPTIMIZE DAYLIGHTING IN THE GOVERNMENTAL SCHOOL BUILDING IN CAIRO

Details

Type

Article

Created At

24 Dec 2024