O projeto da envoltória guiado por desempenho: método paramétrico interoperável com enfoque no desempenho térmico, visual e luminoso

Abstract

Esta tese propõe um processo integrado de modelagem paramétrica e indicadores de desempenho térmico, visual e luminoso para o projeto de elementos de controle solar em processos guiados por desempenho. Os objetivos desta pesquisa são a caracterização de parâmetros relevantes, o estabelecimento de um sistema de modelagem paramétrica, a criação de um modelo analítico unificado interoperável, a definição de algoritmos de otimização e a identificação de indicadores de desempenho. A tese é dividida em cinco capítulos: Introdução, Referencial teórico, Método, Resultados e Conclusões. A introdução descreve as perguntas de pesquisa e objetivos do estudo. A justificativa e relevância da pesquisa estão relacionadas à necessidade de integrar a simulação computacional no processo de tomada de decisões, explorar o desempenho térmico, visual e luminoso, além de preencher a lacuna de pesquisa na concepção da janela sob o ponto de vista da morfogênese e fornece diretrizes para melhores soluções de controle solar em fachadas. A pesquisa tem como público-alvo pesquisadores, consultores e projetistas interessados em controle solar, simulação computacional e processos de projeto guiados por desempenho. O referencial teórico aborda o controle solar em fachadas, explorando dispositivos, sombreamento e tipos de vidros, além de apresentar indicadores de desempenho e procedimentos de modelagem e otimização. O procedimento metodológico envolveu a sistematização de literatura recente e a análise de casos pré-existentes. Foram estabelecidos componentes de modelagem paramétrica e estratégias de modelagem flexíveis, compatíveis com o processo de projeto baseado em desempenho. O modelo integrado baseou-se no método de duas fases do Radiance, incorporando o método matemático RTS para avaliar o desempenho térmico. A análise foi realizada utilizando a fronteira de Pareto e considerando diferentes parâmetros de projeto. Foram utilizadas ferramentas de modelagem paramétrica, como Rhinoceros 3D, Grasshopper e GhPython, juntamente com plugins como Ladybug/honeybee+ e Octopus, além dos softwares de simulação Radiance e EnergyPlus. A pesquisa analisou a otimização de fachadas em três cidades brasileiras, levando em conta cinco indicadores de desempenho. As soluções ideais, identificadas nas fronteiras de Pareto, ressaltam a importância de equilibrar a escolha de vidros e elementos de sombreamento para uma otimização adequada. O modelo de otimização revelou combinações de geometria que se desviaram do padrão linear de dispersão em diversos indicadores, evidenciando a influência significativa da variação geométrica no desempenho final. Em conclusão, esta tese contribui com um processo integrado e interoperável para o projeto de controle solar em fachadas, fornecendo diretrizes e ferramentas para a otimização do desempenho térmico e luminoso. Sugere-se a continuidade das pesquisas para explorar ainda mais os parâmetros e aprimorar as técnicas de modelagem e otimização.

Abstract: This dissertation proposes an integrated process of parametric modeling and flexible modeling strategies, compatible with performance-based design processes. The research objectives include characterizing relevant parameters, establishing a parametric modeling system, creating a unified and interoperable analytical model, defining optimization algorithms, and identifying performance indicators. The dissertation is divided into five chapters: Introduction, Theoretical Framework, Method, Results, and Conclusions. The introduction describes the research questions and objectives. The justification and relevance of the research lie in the need to integrate computational simulation into the decision-making process, explore thermal, visual, and daylighting performance, address the research gap in window design from the perspective of morphogenesis, and provide guidelines for improved solar control solutions in facades. The research targets researchers, consultants, and designers interested in solar control, computational simulation, and performance-based design processes. The theoretical framework discusses solar control in facades, exploring shading devices, types of glass, and presenting performance indicators, modeling, and optimization procedures. The methodological approach involved literature review systematization and analysis of existing cases. Parametric modeling components and flexible modeling strategies were established, compatible with performance-based design processes. The integrated model was based on the two-phase method of Radiance, incorporating the RTS mathematical method to assess thermal performance. The analysis utilized the Pareto frontier and considered different design parameters. Parametric modeling tools such as Rhinoceros 3D, Grasshopper, and GhPython, along with plugins like Ladybug/honeybee+ and Octopus, as well as simulation software like Radiance and EnergyPlus, were employed. The research examined facade optimization in three Brazilian cities, considering five performance indicators. The optimal solutions identified on the Pareto frontier highlight the importance of balancing the choice of glass and shading devices for adequate optimization. The optimization model revealed geometry combinations that deviated from the linear dispersion pattern in various indicators, indicating the significant influence of geometric variation on the final performance. In conclusion, this thesis contributes to an integrated and interoperable process for solar control design in facades, providing guidelines and tools for optimizing thermal and luminous performance. Further research is suggested to further explore parameters and improve modeling and optimization techniques.