Simulações termoenergéticas em brises: Análise de otimização multiobjetivo e algoritmos genéticos aplicado em projeto baseado em desempenho

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: CAMILA CARLI DA SILVA
Orientador(a): Arthur Santos Silva
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/9749
Resumo: The construction industry is one of the sectors that most significantly impacts the environment throughout the building's life cycle, one of the factors that contributes to this is energy consumption. There are studies about the importance of strategic decisions in the early stages of building design to reduce energy consumption. So, this study proposes a design routine verification to identify the form of shading devices (brises) that allows for more natural lighting while minimizing energy consumption. These are conflicting solutions, because that multi-objective optimization was employed using genetic algorithms and the NSGA II approach. The objective function of the problem was to minimize the area of the shading device and the cooling load while maximizing natural lighting. For this purpose, the following indicators were selected: Area (m²), CgTT (kWh/ano), and UDI (%) – Useful Daylight Illuminance (%). The case study was a floor model subdivided into five zones—four peripheral and one central, with an office typology in Campo Grande (MS), and the analysis was conducted in one zone. The design parameters were guided by NBR 15220-3, NBR 15575, and INI-C, and the variables were the cartesian coordinates of the brises. The analysis was conducted using Grasshopper® along with Rhinoceros® and the Ladybug Tools® plugins (which are based on EnergyPlus®, OpenStudio®, and Radiance®) and Wallacei® (which uses the NSGA II approach). In addition to optimization, a sensitivity analysis was conducted using the Colibri® plugin and software R® to identify which elements have the most significant impact on cooling load and natural lighting. A population of 1000 individuals was generated, and solutions from the Pareto Front were selected. The optimized models showed advantages such as allowing more natural lighting throughout the whole environment and reducing the shading device area (which would require less material), but with a slight increase in cooling energy consumption. Thus, multi-objective optimization can assist professionals in the early stages of design.
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For this purpose, the following indicators were selected: Area (m²), CgTT (kWh/ano), and UDI (%) – Useful Daylight Illuminance (%). The case study was a floor model subdivided into five zones—four peripheral and one central, with an office typology in Campo Grande (MS), and the analysis was conducted in one zone. The design parameters were guided by NBR 15220-3, NBR 15575, and INI-C, and the variables were the cartesian coordinates of the brises. The analysis was conducted using Grasshopper® along with Rhinoceros® and the Ladybug Tools® plugins (which are based on EnergyPlus®, OpenStudio®, and Radiance®) and Wallacei® (which uses the NSGA II approach). In addition to optimization, a sensitivity analysis was conducted using the Colibri® plugin and software R® to identify which elements have the most significant impact on cooling load and natural lighting. A population of 1000 individuals was generated, and solutions from the Pareto Front were selected. The optimized models showed advantages such as allowing more natural lighting throughout the whole environment and reducing the shading device area (which would require less material), but with a slight increase in cooling energy consumption. Thus, multi-objective optimization can assist professionals in the early stages of design.A construção civil é um dos setores que mais impacta o meio ambiente durante todo o ciclo de vida da edificação, sendo que um dos fatores que contribui para isto é o consumo de energia. Há estudos que mostram a importância das decisões de estratégias nas etapas iniciais do projeto de edifícios para diminuir o consumo de energia. Tendo isso em mente, este estudo propõe uma verificação de rotina de projeto para encontrar a forma de brises que permita ao ambiente ter mais iluminação natural com menos consumo de energia. Por serem soluções conflitantes utilizou-se a otimização multiobjetivo com a abordagem de algoritmos genéticos e NSGA II. A função-objetivo do problema foi minimizar a área do brise e a carga térmica de resfriamento e maximizar a iluminação natural. Para isso foram selecionados os seguintes indicadores: Área do brise (m²), CgTT (kWh/ano) e UDI – Useful Daylight Illuminance (%). O estudo de caso foi um modelo de pavimento subdividido em cinco zonas, quatro perimetrais e uma central com tipologia de escritório em Campo Grande (MS), sendo que a análise foi realizada em uma zona. Os parâmetros de projeto foram as diretrizes das NBR 15220-3, NBR 15575 e INI-C e as variáveis foram as coordenadas cartesianas dos brises. Para análise foi utilizado o Grasshopper® junto ao Rhinoceros® e os plug-ins do Ladybug Tools® (os quais possuem a base no EnergyPlus®, OpenStudio® e Radiance®) e o Wallacei® (que utiliza a abordagem NSGA II). Além da otimização, foi feita uma análise de sensibilidade, por meio do plug-in Colibri® e do software R®, para verificar quais elementos mais impactam na carga de resfriamento e iluminação natural. Foi gerado uma população de 1000 indivíduos e selecionadas soluções da Fronteira de Pareto. Os modelos otimizados apresentaram vantagens como permitir mais iluminação natural em todo o ambiente e redução de área do brise (o qual teria menos necessidade de material), porém resultando em um pequeno aumento no consumo de energia para resfriamento. Desta forma a otimização multiobjetivo pode auxiliar o profissional nos estágios iniciais de projeto.Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do SulUFMSBrasildesempenho, termoenergéticas em brises, genéticosSimulações termoenergéticas em brises: Análise de otimização multiobjetivo e algoritmos genéticos aplicado em projeto baseado em desempenhoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisArthur Santos SilvaCAMILA CARLI DA SILVAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMSinstname:Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)instacron:UFMSORIGINALDissertação - Camila Carli da Silva.pdfDissertação - Camila Carli da Silva.pdfapplication/pdf6175915https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/9749/-1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20-%20Camila%20Carli%20da%20Silva.pdffbf185a276fb817748403ef3b5d11263MD5-1123456789/97492024-11-13 15:22:13.222oai:repositorio.ufms.br:123456789/9749Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufms.br/oai/requestri.prograd@ufms.bropendoar:21242024-11-13T19:22:13Repositório Institucional da UFMS - Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)false
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