Determining the optimal distance between buildings based on the solar altitude angle to facilitate appropriate illumination in residential interiors in accordance with current legislation

• Autorzy: Bartnicka Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.37190/arc220309

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie optymalnej odległości między budynkami i dopuszczalnej wysokości projektowanego budynku na podstawie wysokości słońca

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article touches upon the subject of the availability of sunlight in residential interiors. The distance between buildings is one of the crucial factors responsible for the penetration of sunlight into interiors. The optimal distance can be calculated algebraically and to determine the output data it is sufficient to know the location of the obscuring building in relation to the north. The aim of the article is to propose an alternative way to check the access of sunlight without the need to create a 3D model and computer simulation. Using the presented method, it is possible to determine the optimal distance between buildings, which will guarantee no shading to the existing building. The proposed solution derives from the graphic approach to this subject presented in Mieczysław Twarowski’s book Słońce w architekturze [The Sun in Architecture], i.e. to the so-called sun ruler. The author proposes to change the graphic plotting of the shadow into an algebraic conversion of the distance between buildings. For the calculations, known formulas for the height of the sun (α) and for the azimuth of the sun (γ) were used. As a result of the analysis of spatial layouts of buildings and the possibility of shading, original formulas for calculating the distance between buildings were derived. The obtained result reflects the proportion between the distance and height of the building (W = xH) at a specific time for the selected latitude. The publication proves that it is possible to determine the optimal distances between buildings in an algebraic way without the need for CAD programs. The presented formulas may be used as an instrument for checking the correctness of the non-shading charts presented by investors in multi-family housing projects. At the same time, these formulas can be used to calculate the approximate height of the proposed building depending on the expected distance between that building and existing buildings.

PL

W artykule poruszono tematykę dostępności światła słonecznego do wnętrz mieszkalnych. Jednym z niezwykle istotnych czynników odpowiadających za przenikanie światła słonecznego do wnętrz jest odpowiednia odległość pomiędzy budynkami. Optymalną odległość można wyliczyć algebraicznie, a do ustalenia danych wyjściowych wystarczy informacja, jakie jest usytuowanie budynku przesłaniającego względem kierunku północy. Celem artykułu jest zaproponowanie alternatywnego sposobu sprawdzania dostępu promieni słonecznych bez konieczności tworzenia modelu 3D oraz symulacji komputerowej. Za pomocą przedstawionej metody można określić optymalną odległość pomiędzy budynkami, przy której zachowaniu nie nastąpi zacienianie budynku istniejącego. Proponowane rozwiązanie wywodzi się z graficznego podejścia do tej tematyki prezentowanego w książce Mieczysława Twarowskiego Słońce w architekturze, czyli do tzw. linijki słońca. Autorka proponuje przemianę graficznego wykreślania cienia na algebraiczne przeliczanie odległości między budynkami. Do przeliczeń wykorzystane zostały znane wzory na wysokość słońca (α) i na azymut słońca (γ). W wyniku analiz układów przestrzennych budynków i możliwości zacieniania wywiedzione zostały autorskie wzory służące do przeliczania odległości między budynkami. Uzyskany wynik odzwierciedla proporcję między odległością a wysokością budynku (W = xH) w konkretnej godzinie dla wybranej szerokości geograficznej. W publikacji ukazano, że istnieje możliwość ustalenia optymalnych odległości pomiędzy budynkami w sposób algebraiczny, bez konieczności wykorzystywania programów CAD. Przedstawione wzory mogą stać się instrumentem sprawdzania poprawności wykresów braku zacieniania przedstawianych przez inwestorów w projektach zabudowy wielorodzinnej. Jednocześnie wzory te można wykorzystywać do wyliczania orientacyjnej wysokości budynku projektowanego w zależności od przewidywanej odległości pomiędzy nim a budynkami istniejącymi.

Słowa kluczowe

EN

distance between buildings; N-S orientation; building; solar altitude angle; H/W ratio; access of sunlight

PL

odległość między budynkami; orientacja N-S; budynek; wysokość słońca; proporcja H/W; dostęp światła słonecznego

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Architectus
• Rocznik: 2022
• Tom: Nr 3 (71)
• Strony: 87--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Bartnicka Małgorzata

• Faculty of Architecture, Bialystok University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0304-9366

Bibliografia

• [1] Śniadecki J., O fizyczném wychowaniu dzieci, August Emmanuel Glücksberg, Warszawa 1840, https://academica.edu.pl/reading/readSingle?cid=104429206&uid=92893365 [accessed: 25.09.2022].
• [2] Downes A., Blunt T.P., The Influence of Light upon the Development of Bacteria, “Nature” 1877, Iss. 16, 218, doi: 10.1038/016218a0.
• [3] Koch R., Über bakteriologische Forschung, [in:] X. Internationaler Medizinischer Kongress, Verlag von August Hirschwald, Berlin 1890, Bd. 1, 650–660.
• [4] Baumeister R., Stadt-erweiterungen in technischer, baupolizeilicher und wirtschaftlicher Beziehung, von Ernst & Korn, Berlin 1876, https://www.e-rara.ch/zut/3572315 [accessed: 15.04.2022].
• [5] Porteous C., Precedented Environmental Futures: Skin and Substance, Cambridge Scholars Publishing, Cambridge 2019.
• [6] Littlefair P., Daylight, sunlight and solar gain in the urban environment, “Solar Energy” 2001, Vol. 70, Iss. 3, 177–185, doi: 10.1016/S0038-092X(00)00099-2.
• [7] DeKay M., Daylighting and Urban Form: An Urban Fabric of Light, “Journal of Architectural and Planning Research” 2010, Vol. 27, No. 1, 35–56.
• [8] Ng E., Studies on daylight design and regulation of high-density residential housing in Hong Kong, “Lighting Research & Technology” 2016, Vol. 35, Iss. 2, doi: 10.1191/1477153503li087oa.
• [9] Strømann-Andersen J., Sattrup P.A., The urban canyon and building energy use: Urban density versus daylight and passive solar gains, “Energy and Buildings” 2011, Vol. 43, Iss. 8, 2011–2020.
• [10] Vallati A., Galli G., Colluci Ch., Oclon P., Influence of the geometrical parameters of urban canyons on the convective heat transfer coefficient, “Thermal Science” 2019, Vol. 23, Iss. 2, Part B, 1211–1223, doi: 10.2298/TSCI170511295V.
• [11] Oke T.R., Boundary Layer Climates, 2 nd ed., Routledge, Taylor & Francis, Abingdon 1987.
• [12] Bakarman M.A., Chang J.D., The Influence of Height/width Ratio on Urban Heat Island in Hot-arid Climates, “Procedia Engineering” 2015, Vol. 118, 101–108, doi: 10.1016/j.proeng.2015.08.408.
• [13] Mills G., The radiative effects of building groups on single structures, “Energy and Buildings” 1997, Vol. 25, Iss. 1, 51–61, doi: 10.1016/S0378-7788(96)00989-9.
• [14] Oliveira Panao M.J.N., Gonçalves H.J.P., Ferrão P.M.C., Optimization of the urban building efficiency potential for mid-latitude climates using a genetic algorithm approach, “Renewable Energy” 2008, Vol. 33, Iss. 5, 887–896, doi: 10.1016/j.renene.2007.04.014.
• [15] Yi Y.K., Kim H., Agent-based geometry optimization with Genetic Algorithm (GA) for tall apartment’s solar right, “Solar Energy” 2015, Vol. 113, 236–250, doi: 10.1016/j.solener.2014.11.007.
• [16] Kim K., Cho M., Development of the layout method for a high-rise housing complex using parametric algorithm, “Journal of Asian Architecture and Building Engineering” 2020, Vol. 19, Iss. 1, 30–47, doi: 10.1080/13467581.2019.1697273.
• [17] Markusiewicz J., PRC Analysis. Automatyzacja linijki słońca / Automating the shadow analysis, “Kwartalnik Architektury i Urbanistyki” 2014, t. 59, z. 2, 55–58.
• [18] Pasternak A., Optimization of the Building in Relation to the Insolation Conditions of Premises in Adjacent Buildings, [in:] A. Herneoja, T. Österlund, P. Markkanen (eds.), Complexity & Simplicity, 34 th eCAADe Conference, 24–26 August 2016, University of Oulu, Oulu, Finland, Vol. 2, 371–378.
• [19] Twarowski M., Słońce w architekturze, Arkady, Warszawa 1960.
• [20] Cooper P.I., The absorption of radiation in solar stills, “Solar Energy” 1969, Vol. 12, Iss. 3, 333–346, doi: 10.1016/0038-092X(69)90047-4.
• [21] Chróścicki W., Uogólnione metody wyznaczania wartości natężenia oświetlenia dziennego, PWN, Warszawa 1968.
• [22] Rosa-Clot M., Tina G.M., Chapter 2 – Photovoltaic Electricity, [in:] M. Rosa-Clot, G.M. Tina (eds.), Submerged and Floating Photovoltaic Systems, Academic Press, [n.p.] 2018, 13–32, doi: 10.1016/B978-0-12-812149-8.00002-8.
• [23] Kluźniak S., Urbanizm, nakładem autora, Społeczne Zrzeszenie Inżynierów, Warszawa 1937.
• [24] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U. 2002 Nr 75, poz. 690, https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20020750690 [accessed: 15.04.2022].
• [25] Bartnicka M., Wczoraj, dziś i jutro w promieniach słonecznych (?), “Czasopismo Techniczne. Architektura” 2010, R. 107, z. 7-A/2, 19–23.
• [26] Leather P., Pyrgas M., Beale D., Lawrence C., Windows in the Workplace: Sunlight, View, and Occupational Stress, “Environment and Behavior” 1998, Vol. 30, Iss. 6, 739–762, doi: 10.1177/001391659803000601.
• [27] Zimbardo P.G., Gerrig R.J., Psychologia i życie, PWN, Warszawa 2012.
• [28] Czyński M., Architektura, stres i potrzeba bezpieczeństwa, “Przestrzeń i Forma” 2008, nr 10, 153–162.