Modelagem e simulação da luz natural nas etapas iniciais do projeto arquitetônico

Abstract

Além de permitir a execução de tarefas visuais, a presença da luz natural nos ambientes internos é uma estratégia utilizada para a obtenção da eficiência energética e também contribui com o bem-estar dos ocupantes. Normativas nacionais e internacionais estabelecem parâmetros de desempenho da iluminação natural a serem atingidos, analisados por diferentes métodos de medições, que são aplicados por meio da simulação computacional. Durante as etapas iniciais de um projeto, devem ser estudados fatores como entorno e clima, para a definição da volumetria, orientação, posicionamento e dimensionamento de aberturas e ambientes, o que influencia diretamente no aproveitamento da luz natural. Porém, normalmente, a simulação computacional para a conferência do desempenho é apenas realizada através de consultorias especializadas ao final do projeto. Deste modo, essa pesquisa objetiva avaliar a utilização da modelagem e simulação da luz natural como ferramenta para tomada de decisões nas etapas iniciais de um projeto, quando ainda há muitas variáveis indefinidas e incertezas, através do desenvolvimento de uma edificação vertical hipotética situada em área de adensamento urbano, na cidade de Florianópolis. Para isso, foi elaborado o método nomeado ?simulação preliminar? que perpassa três escalas trabalhadas na concepção de uma edificação: o terreno, a volumetria e os pavimentos tipo. O método analisa a conectividade do objeto de estudo com o céu, por meio do percentual de visualização da abóbada celeste e horas de incidência da luz solar. São utilizadas ferramentas disponíveis no pacote Ladybug Tools 1.6.0, com representação gráfica e parametrização das variáveis pelo Grasshopper for Rhino 7.0, procurando alcançar a maior usabilidade e compatibilidade ao processo do projeto arquitetônico. Os resultados da simulação guiam o projeto à melhor configuração para o aproveitamento da luz natural. Por fim, a comparação entre os pavimentos médios do modelo base, configurado pelos parâmetros do Plano Diretor de Florianópolis, e dos modelos otimizados, aplicando o método proposto, revelou maior acesso à iluminação natural após análise e modificação da volumetria máxima.

Abstract: In addition to allowing the performance of visual tasks, the daylight availability in indoor environments is a strategy used to achieve energy efficiency and to contributes to the well-being of occupants. National and international standards establish natural lighting performance parameters, analyzed by different evaluation methods, which are applied with computer simulation. During the early design stages, factors as climate and surroundings must be studied to define the geometry and orientation of the building, as well as the positioning and sizing of indoor rooms and openings, which directly influences on the daylight improving. However, the computer simulation for performance evaluation is only carried out by specialized consultants at the final stages. Thus, this research aims to evaluate the use of daylight modelling and simulation as a decision-making tool in the early design stages, when there are still many undefined variables and uncertainties, through the development of a hypothetical vertical building located in an area of urban densification, in Florianópolis. To do this, the ?preliminary simulation? method was developed, embracing three scales that are worked in a building design: the site, the volume, and the indoor rooms. The method analyzed the connectivity of the construction with the sky, measuring the visualization percentage of the sky dome and the sunlight incidence hours. The tool available in the Ladybug Tools 1.6.0 package are employed, with graphical representation and variables parametrization through Grasshopper for Rhino 7.0, seeking to achieve the maximum usability and compatibility with the architectural design process. The simulation results guide the design towards the optimal configuration to improve daylight. Lastly, the comparison between the middle floors of the base model, configured by the parameters of the Florianópolis Master Plan, and the optimized models, applying the proposed method, revealed greater access to natural lighting after analysis and modification of the maximum volume.