Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil - Especialização em Construções. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2016-09-30T14:50:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Erika Ciconelli De Figueiredo.pdf: 7187191 bytes, checksum: 8e2b765922fd8f7acbc1684da623c5eb (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2016-10-01T15:46:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Erika Ciconelli De Figueiredo.pdf: 7187191 bytes, checksum: 8e2b765922fd8f7acbc1684da623c5eb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-03T13:46:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Erika Ciconelli De Figueiredo.pdf: 7187191 bytes, checksum: 8e2b765922fd8f7acbc1684da623c5eb (MD5) Previous issue date: 2016-05-09 / The consumption of energy by artificial lighting and air-conditioning systems is the most costly element of building maintenance. Analyses of energy consumption indicate that, although systems are becoming more efficient, in the long term, energy production will not be able to keep up with demand, indicating the need to improve our use of natural resources. The viable use of daylight in office interiors is subject to certain factors, such as glass light transmission, ceiling height, building shape and dimension, the quantity and size of openings, sky model, and the use of solar protections, among others. This study examines the performance of diffuse daylight as the result of the glass facade, solar protection, and light shelves utilized in Towers A and B of the Rochaverá Corporate Towers, in São Paulo, SP, Brazil, through static and dynamic simulations in the programs ReluxPro and Daysim. The study was divided into two parts; the first part involved the acquisition of meteorological data from databases maintained by the Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences, IAG. Global solar radiation data was entered into Liu and Jordan’s mathematical model in order to determine the frequency of three basic sky models: clear sky, intermediate sky and overcast sky. The second part of the study assessed the actual performance of the systems in Towers A and B, as well as the projected performance of the proposed systems for both towers. The combination of types of glazing, solar protection and light shelves reduces the incidence of direct sunlight in office interiors and widens the distribution of diffuse daylight. Through this examination it was possible to outline parameters that could influence design decisions. / O consumo de energia dos sistemas de iluminação artificial e ar-condicionado impactam no custo de manutenção dos edifícios. A análise do consumo energético em edifícios indica que, embora haja equipamentos cada vez mais eficientes, a produção de energia é menor do que a demanda, indicando a necessidade de melhorar a utilização dos recursos naturais. A viabilidade do aproveitamento da luz natural está condicionada a alguns fatores, como transmissão luminosa dos vidros, pé-direito do pavimento, forma e dimensões da planta tipo, dimensão das aberturas, modelo de céu e uso de proteções solares. Esta pesquisa propõe a discussão acerca do desempenho da luz natural difusa, resultante do emprego das peles de vidro, proteções solares e prateleiras de luz, nas Torres A e B do Rochaverá Corporate Towers, na cidade de São Paulo, por meio de simulações estáticas e dinâmicas, desenvolvidas nos softwares ReluxPro e Daysim. Na primeira etapa do trabalho foram feitos levantamentos dos dados de irradiação solar global na horizontal da cidade de São Paulo, em bases meteorológicas do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, IAG, para aplicação do modelo matemático de Liu e Jordan (1960), com o intuito de identificar a frequência de ocorrência dos modelos de céu: claro, encoberto, parcialmente encoberto com dominância para o claro e parcialmente encoberto com dominância para o difuso. Durante a segunda etapa foi estudado o desempenho das fachadas originais das Torres A e B do Rochaverá Corporate Towers, assim como os sistemas propostos, por meio de simulações computadorizadas. A combinação de tipos de vidros, proteções solares e prateleiras de luz indicaram a redução da incidência da luz solar direta e a ampliação da distribuição da luz natural difusa. Por meio das duas etapas foi possível delinear parâmetros que podem auxiliar as decisões projetuais.

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.

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.