Impacto da morfologia urbana nas condições térmicas internas e externas de habitações de interesse social: acoplamento entre ENVI-met e EnergyPlus
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEU
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Palavras-chave em Inglês: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/22179 |
Resumo: | Amid global warming, the increasing occurrence of heat waves, and the urban heat island effect, exploring solutions to mitigate human thermal stress and energy demand for cooling becomes essential. In this context, urban planning that considers morphology indices aligned with the climate contributes to improving both external and internal thermal conditions of housing. Based on these issues, this study aims to analyze the external and internal thermal conditions of social housing units in relation to verticality and built typologies, both during and outside a heat wave. To achieve this, scenarios were developed with three housing typologies: single-story houses, H-shaped towers, and courtyard buildings. Multifamily housing was analyzed at two heights: 14 and 29 meters. The methodology was based on the collection of microclimatic data and computational simulations. The scenarios were simulated using the ENVI-met software, with the collected data used as input. The microclimatic data from these simulations were subsequently coupled to EnergyPlus using the chaining method and the BCVTB software. The results highlighted the high levels of thermal stress to which social housing residents are exposed during heat waves, which can cause heat cramps, exhaustion, and heatstroke, negatively affecting health and well-being. Additionally, it was found that scenarios with courtyard buildings performed best externally, being the only ones to provide areas without extreme thermal stress. However, internally, they generated the highest levels of thermal stress and energy demand for cooling, with a 29.22% increase. On the other hand, H-shaped towers, despite presenting less favorable external thermal conditions compared to courtyard buildings, achieved the best internal results. These scenarios were the only ones without internal thermal stress levels classified as "at risk" and reduced cooling energy demand by 20.97% compared to single-story houses. Regarding building height, the reduction proved advantageous during the heat wave but unfavorable outside this period. These results highlight the impact of housing typologies and building height on thermal stress levels and energy demand for cooling. However, they indicate that while an urban configuration may improve external thermal conditions, it may worsen internal conditions. Therefore, it is essential to deepen studies on the impact of urban morphology on the indoor thermal environment of housing to support urban planning that minimizes both energy consumption and external and internal thermal stress. |
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Apolinário, Bruna de SouzaMasiero, Éricohttp://lattes.cnpq.br/2691827106518167http://lattes.cnpq.br/4617953999200789https://orcid.org/0000-0001-8472-453Xhttps://orcid.org/0000-0001-8665-335X2025-06-05T18:31:52Z2025-04-25APOLINÁRIO, Bruna de Souza. Impacto da morfologia urbana nas condições térmicas internas e externas de habitações de interesse social: acoplamento entre ENVI-met e EnergyPlus. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22179.https://hdl.handle.net/20.500.14289/22179Amid global warming, the increasing occurrence of heat waves, and the urban heat island effect, exploring solutions to mitigate human thermal stress and energy demand for cooling becomes essential. In this context, urban planning that considers morphology indices aligned with the climate contributes to improving both external and internal thermal conditions of housing. Based on these issues, this study aims to analyze the external and internal thermal conditions of social housing units in relation to verticality and built typologies, both during and outside a heat wave. To achieve this, scenarios were developed with three housing typologies: single-story houses, H-shaped towers, and courtyard buildings. Multifamily housing was analyzed at two heights: 14 and 29 meters. The methodology was based on the collection of microclimatic data and computational simulations. The scenarios were simulated using the ENVI-met software, with the collected data used as input. The microclimatic data from these simulations were subsequently coupled to EnergyPlus using the chaining method and the BCVTB software. The results highlighted the high levels of thermal stress to which social housing residents are exposed during heat waves, which can cause heat cramps, exhaustion, and heatstroke, negatively affecting health and well-being. Additionally, it was found that scenarios with courtyard buildings performed best externally, being the only ones to provide areas without extreme thermal stress. However, internally, they generated the highest levels of thermal stress and energy demand for cooling, with a 29.22% increase. On the other hand, H-shaped towers, despite presenting less favorable external thermal conditions compared to courtyard buildings, achieved the best internal results. These scenarios were the only ones without internal thermal stress levels classified as "at risk" and reduced cooling energy demand by 20.97% compared to single-story houses. Regarding building height, the reduction proved advantageous during the heat wave but unfavorable outside this period. These results highlight the impact of housing typologies and building height on thermal stress levels and energy demand for cooling. However, they indicate that while an urban configuration may improve external thermal conditions, it may worsen internal conditions. Therefore, it is essential to deepen studies on the impact of urban morphology on the indoor thermal environment of housing to support urban planning that minimizes both energy consumption and external and internal thermal stress.Diante do aquecimento global, do aumento da ocorrência de ondas de calor e do efeito das ilhas de calor urbanas, o estudo de soluções para mitigar o estresse térmico humano e a demanda de energia para climatização se torna essencial. Nesse contexto, um planejamento urbano que considere índices de morfologia alinhados ao clima contribui para a melhoria das condições térmicas externas e internas das habitações. Com base nessas questões, o presente estudo tem como objetivo analisar as condições térmicas externas e internas de unidades de habitação de interesse social em função da verticalidade e das tipologias edificadas, durante e fora de uma onda de calor. Para isso, foram elaborados cenários com três tipologias habitacionais: casas térreas, torres em formato H e edifícios pátios. As habitações multifamiliares foram analisadas para duas alturas de 14 e 29 metros. O método se baseou na coleta de dados microclimáticos e em simulações computacionais. Os cenários foram simulados no software ENVI-met, utilizando os dados coletados como entrada. Os dados microclimáticos dessas simulações foram posteriormente acoplados ao EnergyPlus, utilizando o método de encadeamento e o software BCVTB. Os resultados evidenciaram os altos níveis de estresse térmico a que moradores de habitações de interesse social são expostos durante ondas de calor os quais podem causar cãibras de calor, esgotamento e insolação, afetando negativamente a saúde e bem-estar. Além disso, foi identificado que os cenários com edifícios pátios tiveram os melhores resultados externos, sendo os únicos a proporcionarem áreas sem extremo estresse térmico. No entanto, internamente, geraram os maiores níveis de estresse térmico e demandas energéticas para resfriamento, com um aumento de 29,22%. Já as torres em formato H, apesar de apresentarem condições térmicas externas inferiores às dos edifícios pátios, apresentaram os melhores resultados internos. Esses cenários foram os únicos sem níveis de estresse térmico interno classificados como “em perigo” e reduziram a demanda energética de resfriamento em 20,97% em relação às casas térreas. Quanto à altura das edificações, a redução se mostrou vantajosa durante a onda de calor e desfavorável fora desse período. Esses resultados evidenciam o impacto das tipologias habitacionais e da altura das edificações nos níveis de estresse térmico e na demanda energética para climatização. No entanto, indicam que, enquanto uma configuração urbana pode melhorar as condições térmicas externas, internamente pode agravá-las. Dessa forma, é essencial aprofundar os estudos sobre o impacto da morfologia urbana no ambiente térmico interno das habitações, a fim de embasar um planejamento urbano capaz de minimizar tanto o consumo energético quanto o estresse térmico externo e interno.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.974538/2024-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEUUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMorfologia urbanaPlanejamento urbanoResiliência climáticaEdifícios pátiosAcoplamentoUrban morphologyUrban planningClimate resilienceCourtyard buildingsCouplingCIENCIAS SOCIAIS APLICADAS::ARQUITETURA E URBANISMOCIENCIAS SOCIAIS APLICADAS::ARQUITETURA E URBANISMO::PROJETO DE ARQUITETUTA E URBANISMO::PLANEJAMENTO E PROJETO DO ESPACO URBANOCIENCIAS SOCIAIS APLICADAS::ARQUITETURA E URBANISMO::PROJETO DE ARQUITETUTA E URBANISMO::PLANEJAMENTO E PROJETOS DA EDIFICACAOCIENCIAS SOCIAIS APLICADAS::ARQUITETURA E URBANISMO::TECNOLOGIA DE ARQUITETURA E URBANISMO::ADEQUACAO AMBIENTALImpacto da morfologia urbana nas condições térmicas internas e externas de habitações de interesse social: acoplamento entre ENVI-met e EnergyPlusImpact of urban morphology on the internal and external thermal conditions of social housing: coupling between ENVI-met and EnergyPlusinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINAL2025_Bruna de Souza Apolinário.pdf2025_Bruna de Souza Apolinário.pdfapplication/pdf9002233https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/90ec64a8-c0e0-4e30-8a27-c5962b7f79a7/download8c06cd7c1717fa50545fd21f77711ab8MD54trueAnonymousREADTEXT2025_Bruna de Souza Apolinário.pdf.txt2025_Bruna de Souza Apolinário.pdf.txtExtracted texttext/plain102602https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ea9369fe-fb14-4542-a7e1-d12124072235/download1d0e534b2134b65543095ab3ca504a0aMD56falseAnonymousREADTHUMBNAIL2025_Bruna de Souza Apolinário.pdf.jpg2025_Bruna de Souza Apolinário.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4966https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ba1cafff-51f4-4506-af35-a6d13d17c899/download112f63fa0766f9ef8b2f8b2d2889acb8MD57falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2a3a1b63-7686-4ffe-a599-33bf2f824dca/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD55falseAnonymousREAD20.500.14289/221792025-06-06 00:03:16.322http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22179https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-06-06T03:03:16Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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