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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26622
Tipo: Dissertação
Título: Análise do desempenho de aberturas zenitais em regiões tropicais através de modelagem paramétrica
Autor(es): Schmidlin, Flavio
Primeiro Orientador: Silva, Felipe Tavares da
Resumo: As aberturas zenitais de uma edificação são responsáveis por possibilitar a entrada de luz natural no interior do ambiente, bem como a admissão de radiação solar. Essas aberturas podem trazer ganhos térmicos indesejados, especialmente em localidades de clima tropical. Para que o ambiente seja confortável é importante que exista um equilíbrio entre a quantidade de luz natural, e os níveis de radiação solar que incidem no interior do ambiente. Esse equilíbrio pode ser buscado através do dimensionamento adequado desse ambiente, juntamente com as dimensões das aberturas zenitais. Por esse motivo, o presente estudo propõe avaliar a autonomia da iluminação natural zenital bem como quantificar a incidência de radiação solar interna direta em um modelo geométrico paramétrico, desenvolvido para edificações com aberturas zenitais dos tipos Clarabóia, Dente de Serra, Domo e Lanternim. A avaliação da iluminação se deu em um ambiente arquitetônico interno com valores de dimensões obtidas pela literatura. Os parâmetros dimensionais da edificação e das tipologias de iluminação natural zenital podem ser alterados pelos modelos paramétricos em busca de uma solução ótima de máximo aproveitamento de iluminação natural, ponderando com o menor índice de radiação solar acumulada no interior dos ambientes estudados. Esse estudo foi desenvolvido utilizando como base o clima tropical quente e úmido da cidade de João Pessoa - PB. A pesquisa foi desenvolvida com auxílio do software de modelagem Rhinoceros 3D + Grasshopper juntamente com os plug-ins Ladybug e Honeybee para simulações computacionais paramétricas relativas à iluminação natural e radiação solar incidente acumulada. O desempenho da autonomia de iluminação natural foi analisado através das métricas de Daylight Autonomy (DA 300) e intervalos de Useful Daylight Illuminances (UDI 150-2000 lux), enquanto a radiação solar incidente acumulada foi quantificada através do Radiance, em kWh/m². Para as simulações foram criadas malhas com sensores foto sensíveis, equidistantes a 0,50 m. As malhas com foto sensores foram alocadas em todas paredes internas e também no piso. Os índices de refletância dos materiais atribuídos ao teto, as paredes e ao piso, bem como os índices de refração dos vidros utilizados foram baseados na Instrução Normativa Inmetro para a Classificação de Eficiência Energética de Edificações Comerciais, de Serviços e Públicas (INI-C). As análises foram realizadas no período de um ano, com avaliações de iluminância no intervalo entre 08:00 e 16:00 horas. Durante o processo de simulação computacional foram testadas 66716 configurações dimensionais das quatro tipologias estudadas. O estudo contemplou análises para orientação de fachada Norte e Leste, bem como os testes com as malhas de sensores foto sensíveis nas paredes e piso foram simuladas separadamente. A exploração do espaço de soluções dos modelos paramétricos gerou resultados bem claros da relação existente entre a autonomia de iluminação diurna e a incidência de radiação solar direta no interior dos modelos geométricos, mostrando que o tamanho das aberturas zenitais e outras medidas do ambiente e das aberturas podem gerar influências direta nos resultados da autonomia da luz diurna e incidência de radiação solar direta no interior do ambiente. Foi observado que o posicionamento ortogonal em relação ao solo das aberturas nas tipologias Dente de Serra e Lanternim geraram resultados mais uniformes durante a convergência à melhor configuração paramétrica. A Clarabóia foi o elemento que apresentou as menores aberturas entre todas tipologias analisadas, devido ao posicionamento de suas aberturas zenitais. O Domo apresentou maior semelhança entre as configurações do melhor resultado, em cada cenário proposto para o estudo. Por fim, o Lanternim apresentou as maiores aberturas, bem como gerou os melhores resultados globais entre todas tipologias estudadas.
Abstract: The zenith openings of a building are responsible for allowing the entry of daylight inside the ambient, as well as the admission of solar radiation. Which can bring unwanted thermal gains, especially in locations with a tropical climate. For the indoor enviroment to be comfortable, it is important that there is a balance between the amount of daylight, and the levels of solar radiation that affect the interior of the environment. This balance can be sought through the proper dimensioning of this environment, along with the dimensions of the zenith openings. For this reason, the present study proposes to evaluate the autonomy of the zenith daylighting as well as to quantify the indoor direct radiation incidence in a parametric geometric model, developed buildings with 4 skylights types: Skylight, Sawtooth, Dome and Lantern. The illuminance evaluation took place in an indoor architectural environment with dimension values obtained from the literature. The dimensional parameters of the building and the zenith daylighting typologies can be changed by the parametric models in search of an optimal solution for maximum use of daylighting, considering the lowest rate of solar radiation accumulated inside the studied environments. This study was developed based on the hot and humid tropical climate of the city of João Pessoa - PB. The research was developed with the aid of the Rhinoceros 3D + Grasshopper modeling software together with the plug-ins for dynamic computer simulations related to daylight and accumulated incident solar radiation, Ladybug and Honeybee. The performance of daylight autonomy was analyzed through Daylight Autonomy metrics (DA 300) and Useful Daylight Illuminances intervals (UDI 150-2000 lux), the accumulated incident solar radiation was quantified through Radiance, in kWh/m². For the simulations, meshes with photosensitive sensors were created, equidistant at 0.50 m each sensor, the meshes with photosensors were allocated on all internal walls and also on the floor. The reflectance indices of the materials assigned to the ceiling, walls and floor, as well as the refractive indices of the glasses used were based on the Inmetro Normative Instruction for the Energy Efficiency Classification of Commercial, Service and Public Buildings (INI-C). The analyzes were carried out over a period of one year, based on the luminous behavior of the models between 08:00 am and 4:00 pm. During the computer simulation process, 66716 possible dimensional combinations of the four studied typologies were tested. The study included analyzes for North and East facade orientation, as well as tests with photosensitive sensor meshes on the walls and floor were simulated separately. The exploration of the solution space of the parametric models generated very clear results of the relationship between the autonomy of daytime lighting and the incidence of direct solar radiation inside the geometric models, showing that the size of the zenith openings and other room dimensions can generate direct influences in the results of daylight autonomy and incidence of direct solar radiation inside the environment. It was observed that the orthogonal positioning in relation to the ground of the openings in the Sawtooth and Lantern typologies generated more uniform results during the convergence to the best parametric configuration. The Skylight presented the smallest openings among all typologies analyzed, due to the positioning of its zenith openings. The Dome presented greater similarity between the configurations of the best result, in each scenario proposed for the study. Finally, Lantern presented the largest openings, as well as generating the best global results among all the typologies studied.
Palavras-chave: Abertura zenital
Autonomia da Iluminação natural
Incidência de radiação solar direta
CNPq: CNPQ::CIENCIAS SOCIAIS APLICADAS::ARQUITETURA E URBANISMO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Arquitetura e Urbanismo
Programa: Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo
Tipo de Acesso: Acesso embargado
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26622
Data do documento: 29-Jul-2022
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo

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