Building performance simulation (BPS) tools are significant and helpful during all design stages, especially during the early ones. However, there are obstacles to the full implementation and use of such tools, causing them not to become an effective part of the design process. In order to overcome this barrier, this research is presented, with the creation of regression models (meta-models) that allow to predict the discomfort by heat and/or by cold in a Brazilian low-cost house (LCH) in three distinct bioclimatic zones in Brazil, represented by the cities of Curitiba/PR, São Paulo/SP and Manaus/AM. The focus of this work was to analyze the impact of solar incidence and shading devices on thermal comfort by applying the meta-models. The method consisted in a) collecting data from projects referring to the type of building aforementioned to aid in the creation of the base model; b) definition of the key parameters and their ranges to be varied; c) simulations run on EnergyPlus using the Monte Carlo method to randomly create parameters combinations within their defined ranges; d) regression analysis and metamodels elaboration, followed by their validation with reliability tests; and lastly, e) a case study, consisting in applying the meta-models to a standard LCH to verify the impact of shading devices in a unit in regards to thermal comfort and the their potential as support tool in the design process. In general, all R2 values for the meta-models were above 0.95, except for the ones for São Paulo and Curitiba for discomfort by heat, 0.74 and 0.61, respectively. In regards to the case study, the meta-models predicted a decrease of approximately 50% in discomfort by heat for Manaus when a given combination of orientation, quantity and size of the devices was used. For the remaining locations, the meta-models predicting discomfort by heat and by cold require further investigation to properly assess some unexpected predictions and the meta-models sensitivity to the parameters related to shading devices. / Ferramentas de simulação computacional são importantes e uteis durante todas as etapas de projeto, especialmente durante as iniciais. No entanto. Há obstáculos para a completa implementação e uso de tais ferramentas, fazendo com que não sejam uma parte efetiva do processo de projeto. Para superar esta barreira, esta pesquisa é apresentada, com a criação de modelos de regressão (meta-modelos) que permitem a predição do desconforto por frio e/ou por calor em uma habitação de interesse social (HIS) no Brasil em três zonas bioclimáticas, representadas pelas cidades de Curitiba/PR, São Paulo/SP e Manaus/AM. O foco deste trabalho foi analisar o impacto da incidência solar e das proteções solares no conforto térmico utilizando os meta-modelos. O método consistiu em a) coletar dados referentes ao tipo de edifício mencionado para auxiliar na criação do modelo de base; b) a definição dos parâmetros chave e suas faixas de variação; c) simulações no EnergyPlus usando o método de Monte Carlo para aleatoriamente combinar valores de parâmetros dentro de suas faixas; d) análise de regressão e elaboração dos meta-modelos, seguida da validação dos mesmos por testes de confiabilidade; e por fim, e) um estudo de caso, consistindo na aplicação dos meta-modelos a uma HIS padrão para verificar o impacto das proteções solares em uma unidade em relação ao conforto térmico da mesma, assim como o potencial dos meta-modelos em serem utilizados como uma ferramenta de auxílio nas fases iniciais de projeto. No geral, todos os valores de R2 foram acima de 0.95, exceto para os meta-modelos de São Paulo e Curitiba para desconforto por calor, com 0.74 e 0.61, respectivamente. Em relação ao estudo de caso, os meta-modelos previram uma queda de aproximadamente 50% no desconforto por calor para Manaus, dada uma combinação entre orientação, quantidade e dimensão das proteções. Para as demais localidades, os meta-modelos prevendo desconforto por frio e por calor requerem maiores estudos para avaliar predições inesperadas e a sensibilidade dos meta-modelos em relação aos parâmetros de proteções solares.

Orientador: Jose Tomaz Vieira Pereira, Elizabeth Marques Duarte Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:17:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fantinelli_JaneTassinari_D.pdf: 4761109 bytes, checksum: 24169f2686e7a2a24d1d355b5ef3e0d1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os programas para a redução da pobreza e para o acesso das populações às condições básicas para uma boa qualidade de vida devem contemplar soluções que considerem os avanços tecnológicos e os benefícios da produtividade e da eficiência energética. O uso de sistemas termossolares (coletores solares) como forma de substituir a eletricidade para o aquecimento de água já foi uma solução adotada em diversos países do mundo, entre a Primeira e a Segunda guerras mundiais e no primeiro e segundo choques do petróleo. Hoje se insere como uma alternativa que causa menores danos ambientais e traz retorno financeiro para as populações de baixa renda, pela economia de energia elétrica. A eficiência energética alcançada com coletores solares dimensionados para pequenos volumes de água para o consumo no banho e a adaptação das famílias com a tecnologia foram constatados através de estudo de caso realizado no Bairro Sapucaias, em Contagem (MG). A economia com a redução da conta de energia se reflete na aquisição de eletrodomésticos e também nas aspirações e desejos que sinalizam novas perspectivas de futuro, como a posse de microcomputador. A investigação sobre as ações dos diversos agentes envolvidos na disseminação do uso de sistemas termossolares para os segmentos de interesse social no Brasil mostra que os sucessivos programas, planos e metas, estabelecidos para se incorporarem em políticas estratégicas de desenvolvimento do país, não foram implementados. A ausência de um planejamento energético específico para a parcela da população (49,7 milhões de pessoas - 27,6% da população) que ganha até 2 salários mínimos mostra que as políticas públicas deverão ser direcionadas para promover estratégias que considerem planos de longo prazo e de grande abrangência social. Para essa parcela, o gasto com energia elétrica para banho representa 14% a 23% de sua renda mensal. Ações que promovam o uso de tecnologias eficientes para o benefício de grandes parcelas da população devem estar inseridas no planejamento estratégico de desenvolvimento na nação, alinhadas com todas as demais estruturas: econômicas, energéticas, ambientais, educacionais / Abstract: The programs for reduction of poverty and for providing people with access to the basic conditions for a good life quality should include solutions that take into account technological advances and the benefits of productivity and energyc efficiency. The use of solar collectors to replace electricity in water heating has already been adopted in several countries of the world, between the First and Second World Wars and on the first and second oil crises. Today it appears as an alternative that causes less environmental harm and brings financial gains to low income populations through electric energy savings. The energyc efficiency attained with solar collectors designed for small water volumes for consumption in bathing and the families¿ adaptation to this technology have been verified by means of a case study conducted at the Sapucaias district, in Contagem, MG. The savings through the reduction of the energy bill are witnessed by the acquisition of electric and electronic goods and also by the aspirations and desires denoting new perspectives about the future, like possessing a personal computer. An inquiry on the actions of the several agents involved in the diffusion of the use of solar collectors among classes of lowcost houses in Brazil reveals that the successive programs, plans and goals proposed for incorporation in strategic development policies for the country have not been executed. The absence of an energy planning specific to the significant parcel of Brazilian population (49.7 million people, 27.6% of its population) earning up to 2 minimum wages shows that public policies should be directed to the promotion of strategies founded on long term planning of large social reach. For this, parcel the expenditure with electric energy for bathing represents approximately 14 to 23 percent of their monthly income. The actions promoting the use of efficient technologies for the benefit of great parcels of population should be inserted in the strategic planning for the nation¿s development, in line with all its other structures: economic, energetic, environmental, educational / Doutorado / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Building performance simulation (BPS) tools are significant and helpful during all design stages, especially during the early ones. However, there are obstacles to the full implementation and use of such tools, causing them not to become an effective part of the design process. In order to overcome this barrier, this research is presented, with the creation of regression models (meta-models) that allow to predict the discomfort by heat and/or by cold in a Brazilian low-cost house (LCH) in three distinct bioclimatic zones in Brazil, represented by the cities of Curitiba/PR, São Paulo/SP and Manaus/AM. The focus of this work was to analyze the impact of solar incidence and shading devices on thermal comfort by applying the meta-models. The method consisted in a) collecting data from projects referring to the type of building aforementioned to aid in the creation of the base model; b) definition of the key parameters and their ranges to be varied; c) simulations run on EnergyPlus using the Monte Carlo method to randomly create parameters combinations within their defined ranges; d) regression analysis and metamodels elaboration, followed by their validation with reliability tests; and lastly, e) a case study, consisting in applying the meta-models to a standard LCH to verify the impact of shading devices in a unit in regards to thermal comfort and the their potential as support tool in the design process. In general, all R2 values for the meta-models were above 0.95, except for the ones for São Paulo and Curitiba for discomfort by heat, 0.74 and 0.61, respectively. In regards to the case study, the meta-models predicted a decrease of approximately 50% in discomfort by heat for Manaus when a given combination of orientation, quantity and size of the devices was used. For the remaining locations, the meta-models predicting discomfort by heat and by cold require further investigation to properly assess some unexpected predictions and the meta-models sensitivity to the parameters related to shading devices. / Ferramentas de simulação computacional são importantes e uteis durante todas as etapas de projeto, especialmente durante as iniciais. No entanto. Há obstáculos para a completa implementação e uso de tais ferramentas, fazendo com que não sejam uma parte efetiva do processo de projeto. Para superar esta barreira, esta pesquisa é apresentada, com a criação de modelos de regressão (meta-modelos) que permitem a predição do desconforto por frio e/ou por calor em uma habitação de interesse social (HIS) no Brasil em três zonas bioclimáticas, representadas pelas cidades de Curitiba/PR, São Paulo/SP e Manaus/AM. O foco deste trabalho foi analisar o impacto da incidência solar e das proteções solares no conforto térmico utilizando os meta-modelos. O método consistiu em a) coletar dados referentes ao tipo de edifício mencionado para auxiliar na criação do modelo de base; b) a definição dos parâmetros chave e suas faixas de variação; c) simulações no EnergyPlus usando o método de Monte Carlo para aleatoriamente combinar valores de parâmetros dentro de suas faixas; d) análise de regressão e elaboração dos meta-modelos, seguida da validação dos mesmos por testes de confiabilidade; e por fim, e) um estudo de caso, consistindo na aplicação dos meta-modelos a uma HIS padrão para verificar o impacto das proteções solares em uma unidade em relação ao conforto térmico da mesma, assim como o potencial dos meta-modelos em serem utilizados como uma ferramenta de auxílio nas fases iniciais de projeto. No geral, todos os valores de R2 foram acima de 0.95, exceto para os meta-modelos de São Paulo e Curitiba para desconforto por calor, com 0.74 e 0.61, respectivamente. Em relação ao estudo de caso, os meta-modelos previram uma queda de aproximadamente 50% no desconforto por calor para Manaus, dada uma combinação entre orientação, quantidade e dimensão das proteções. Para as demais localidades, os meta-modelos prevendo desconforto por frio e por calor requerem maiores estudos para avaliar predições inesperadas e a sensibilidade dos meta-modelos em relação aos parâmetros de proteções solares.