Resumo
Este estudo compreende o processo de desenvolvimento de modelagem paramétrica em Grasshopper® para superfícies complexas na construção, utilizando, como critérios de desempenho, a radiação difusa e direta. O objetivo principal deste artigo é criar, simular e otimizar uma cobertura modular, semipermeável, baseada no estudo e interpretação de folhas de árvores como estruturas de engenharia. O método aplicado envolveu a definição de parâmetros e critérios para a otimização do processo de simulação e foi dividido em três estágios: estudo da forma, parametrização da forma e simulação e otimização. O plugin Ladybug® para Grasshopper® foi usado para realizar as simulações e o Octopus® foi adotado como motor de otimização. O objeto de estudo escolhido foi o processo de criação de uma cobertura, pois em climas quentes e úmidos, como no Brasil, as áreas de cobertura são uma parte crítica do envelope construtivo, altamente susceptíveis à radiação solar e outras mudanças ambientais, influenciando nas condições de conforto interno dos ocupantes. Devido à parametrização, o produto final, embora criado para uma zona climática específica, pode ser aplicado para quaisquer outras zonas bioclimáticas com poucas alterações nos parâmetros. Como principais resultados, o dispositivo de controle solar contribuiu para a redução de 86% da média anual de radiação solar horária para radiação direta, mantendo os níveis de radiação difusa.
Referências
ANDRADE, M. L. V. X.; RUSCHEL, R. C. BIM: Conceitos, Cenário das Pesquisas Publicadas no Brasil e Tendências. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE QUALIDADE DO PROJETO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 1., 2009, São Carlos. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC-EESC/USP, 2009.
BADER, J.; ZITZLER, E. HypE: an algorithm for fast hypervolume-based many-objective optimization. Evolutionary computation, v. 19, n. 1, p. 45-76, mar. 2011. DOI: https://doi.org/10.1162/EVCO_a_00009
BROTAS, L.; RUSOVAN, D. Parametric Daylight Envelope. In: CONFERENCE SUSTAINABLE ARCHITECTURE FOR A RENEWABLE FUTURE, 29., 2013, Munique. Proceedings [...].Munique: 2013, p. 304-322.
CARTANA, R. P.; PEREIRA, F. O. R.; MAYER, A. Estudo Piloto para Análise de Elementos de Controle Solar com Formas Complexas. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE, 16., 2017, Balneário Camboriu. Anais [...]. Balneário Camburiú: ENCAC, 2017, p. 1684-1694.
CHENG, N. Y.; KHORASGANI, M. L.; WILLIAMS, N.; PROHASKY, D.; BURRY, J. Understanding Light in Building Skin Design. In: THE ASSOCIATION FOR COMPUTER-AIDED ARCHITECTURAL DESIGN RESEARCH IN ASIA, 20., 2015, Hong Kong. Proceedings […]. Hong Kong: 2015, p. 323-332.
CHO, J.; YOO, C.; KIM, Y. Viability of exterior shading devices for high-rise residential buildings : Case study for cooling energy saving and economic feasibility analysis. Energy & Buildings, 2014. p. 771-785. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.07.092
DELGARM, N.; SAJADI, B.; KOWSARY, F.; DELGARM, S. Multi-objective optimization of the building energy performance: A simulation-based approach by means of particle swarm optimization (PSO). Applied Energy, Tehran, v. 170, p. 293-303, may 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.02.141
ELGHAZI, Y. S.; MAHMOUD, A. H. A. Origami Explorations: A Generative Parametric Technique for Kinetic Cellular Façade to Optimize Daylight Performance. In: EDUCATION AND RESEARCH IN COMPUTER AIDED ARCHITECTURAL DESIGN IN EUROPE, 34., 2016, Finlândia. Proceedings […]. Finlândia: eCAADe, 2016, p. 399-408.
ELTAWEEL, A.; SU, Y. Parametric design and daylighting: A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Nottingham, v. 73, p. 1086-1103, jun. 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.011
EVINS, R. A Review of Computational Optimisation Methods Applied to Sustainable Building Design. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 22, p. 230-245, jun. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.02.004
FAJKUS, M. Superficial skins? Super Skins? Shading structures and thermal impact analysis. In: ADVANCED BUILDING SKINS – ENERGY FORUM, 2013, Itália. Proceedings [...]. Itália: 2013, p. 23-27.
FELIPPE, A. R. et al. Modelagem Paramétrica para simulação do desempenho da Iluminação Natural e Termo-Energética da Edificação. In: CONGRESSO DA SOCIEDADE IBERO-AMERICANA DE GRÁFICA DIGITAL, 19., 2015, São Paulo. Proceedings [...]. São Paulo: SIGRADI, 2015, p. 398-404.
FONSECA, Ligiana Pricila Guimarães et al . Otimização multiobjetivo das dimensões dos ambientes de uma residência unifamiliar baseada em simulação energética e estrutural. Ambient. constr., Porto Alegre , v. 17, n. 1, p. 267-288, mar. 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212017000100135.
GONZÁLEZ, J.; FIORITO, F. Daylight Design of Office Buildings: Optimization of External. Buildings, Sydney, v. 5, n. 2, p. 560-580, 2015. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings5020560
GOSSARD, D.; LARTIGUE, B.; THELLIER, F. Multi-Objective Optimization of a Building Envelope for Thermal Performance Using Genetic Algorithms and Artificial Neural Network. Energy and Buildings, Oxford, v. 67, p. 253-260, dec. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.08.026
GUIMARÃES, I. Análises de incertezas e sensibilidade de arquivos climáticos e seus impactos em simulações computacionais termo energéticas. 2016. 109 f. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) - Departamento de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2016.
JAKUBIEC, J. A.; REINHART, C. F. DIVA 2.0: Integrating Daylight and Thermal Simulations Using Rhinoceros 3D, Daysim and EnergyPlus. In: INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE INTERNATIONAL BUILDING PERFORMANCE SIMULATION ASSOCIATION. 12., Sydeny. Proceedings […]. Toronto: IBPSA,2011, p. 2202–2209.
KHORASGANI, M.L.; BURRY, J.; SALEHI, M. Thermal performance of patterned facades: Studies on effects of patterns on the thermal performance of facades. In: EDUCATION AND RESEARCH IN COMPUTER AIDED ARCHITECTURAL DESIGN IN EUROPE, 32., 2014,Inglaterra. Proceedings […]. Inglaterra: eCAADe, 2014, p. 267-276.
KONIS, K.; GAMAS, A.; KENSEK, K. Passive performance and building form: An optimization. Solar Energy, Los Angeles, v. 125, p. 161-179, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.12.020
KRÜGER, E.; LAROCA, C. Thermal performance evaluation of a low-cost housing prototype made with plywood panels in Southern Brazil. Applied Energy, Curitiba, v. 87, p. 661-672, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.06.038
MACHAIRAS, V.; TSANGRASSOULIS, A.; AXARLI, K. Algorithms for optimization of building design: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 31, p. 101-112, mar. 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.036
MAGNIER, L.; HAGHIGHAT, F. Multi-objective Optimization of Building Design Using TRNSYS Simulations, Gentic Algorithm, and Artificial Neural Network. Building and Environment, v. 45, p. 739-746, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2009.08.016
MAHMOUD, A. H. A.; ELGHAZI, Y. Parametric- based Designs for Kinetic Façades to Optimize Daylight Performance: Comparing Rotation and Translation Kinetic Motion for Hexagonal Façade Patterns. Solar Energy, v. 126, p. 111-127, mar. 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.12.039
NARANGEREL, A.; LEE, J.; STOUFFS, R. Daylighting Based Parametric Design Exploration of 3D Facade Patterns. In: EDUCATION AND RESEARCH IN COMPUTER AIDED ARCHITECTURAL DESIGN IN EUROPE, 34., 2016, Finlândia. Proceedings […]. Finlândia: eCAADe, 2016, p. 379-388.
NGUYEN, A. T.; REITER, S.; RIGO, P. A Review on Simulation-Based Optimization Methods Applied to Building Performance Analysis. Applied Energy, v. 113, p. 1043-1058, jan. 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.08.061
NWOKOLO, S. C.; OGBULEZIE, J. C. A qualitative review of empirical models for estimating diffuse solar radiation from experimental data in Africa. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 92, p. 353-393, set. 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.118
OGBULEZIE, Julie C.; USHIE, Ogri James; NWOKOLO, Samuel Chukwujindu. A review of regression models employed for predicting diffuse solar radiation in North-Western Africa. Trends in Renewable Energy, [S.l.], v. 3, n. 2, p. 160-206, nov. 2017. ISSN 2376-2144. DOI: http://dx.doi.org/10.17737/tre.2017.3.2.0042.
PESENTI, M.; MASERA, G.; FIORITO, F. Shaping an Origami shading device through visual and thermal. Energy Procedia, v. 78, p. 346-351, nov. 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.663
ROUDSARI, M. S.; PAK, M. LADYBUG: A Parametric Environmental Plugin for Grasshopper to Help Designers Create an Environmentally-Conscious Design. In: INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE INTERNATIONAL BUILDING PERFORMANCE SIMULATION ASSOCIATION. 13., 2013, Chambery. Proceedings […]. Toronto: IBPSA, 2013, p. 3128-3135.
SADINENI, S. B.; MADALA, S.; BOEHM, R. F. Passive building energy savings: A review of building envelope components. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 15, n. 8, p. 3618-3630, out. 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.014
SANTANA, L. O.; GUIMARÃES, I. B. B.; CARLO, J. C. Parametrização Aplicada ao Desempenho Energético de Edificações. V!RUS, 11, 2015. Available on: http://www.nomads.usp.br/virus/virus11/?sec=4&item=4&lang=pt. Access on: 03 jun. 2018.
STEVANOVIć, S. Optimization of passive solar design strategies: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 25, p. 177-196, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.04.028
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