Otimização da volumetria de uma edificação de fachadas multifacetadas e de sua relação com o entorno para a geração distribuída fotovoltaica e consumo de energia

Abstract

O desenvolvimento de ferramentas de modelagem paramétrica e programas que possibilitam a integração entre a modelagem da edificação com a avaliação de desempenho tem criado novos métodos de projeto. Na otimização baseada em simulação, o desempenho é o fator determinante na aceitação de soluções projetuais. Neste trabalho, a otimização baseada em simulação foi aplicada a um estudo da forma do Museu da Imagem e do Som (MIS), do Rio de Janeiro, para a criação de modelos de edificações de fachadas multifacetadas com sistema fotovoltaico integrado às fachadas. Na primeira etapa do trabalho, a fachada principal do MIS foi parametrizada com a aplicação de módulos fotovoltaicos em algumas das superfícies e otimizada para identificar soluções de melhor desempenho para geração de energia. Identificou-se que a inclinação dos módulos fotovoltaicos teve um impacto maior do que sua área no desempenho energético devido às limitações decorrentes da parametrização. Na segunda etapa, foi criado um modelo de edificação de fachadas multifacetadas, com a parametrização de alguns elementos de fachadas da edificação, inserido em contextos urbanos para três cidades brasileiras. A otimização baseada em simulação foi aplicada buscando-se maximizar a geração de energia por módulos fotovoltaicos e minimizar a carga térmica de condicionamento. Identificou-se que, para o caso de Curitiba, o percentual de atendimento à demanda de condicionamento pode chegar a 90,2% para os casos otimizados para a geração fotovoltaica; para Belo Horizonte, o percentual chega até 50,7%; e para Recife, até 30,5% apenas. Para os melhores casos com relação à carga térmica, o atendimento à demanda de condicionamento em Curitiba chega a 53,3%; em Belo Horizonte, 32,4% e em Recife, 11,9%. A otimização baseada em simulação possibilitou a criação de soluções com uma variação de até 340,8% na geração de energia (caso de Recife) e até 26,2% de variação na carga térmica (caso de Curitiba), se mostrando uma ferramenta importante para a obtenção de soluções de elevado desempenho termo-energético. O método também possibilitou a identificação de tendências formais para as melhores soluções em cada cidade estudada.The development of parametric modeling tools and software that allow the integration between building's modeling and evaluation of its performance have created new methods of design. In simulation-based optimization, performance is the determinant factor on the acceptance of design solutions. In this paper, optimization-based simulation was applied to a study of the form of the Museum of Image and Sound (MIS), located in Rio de Janeiro, for the creation of building models with multifaceted façades with an integrated photovoltaic system. In the first stage of the work, MIS' main façade was parameterized with the application of photovoltaic modules in some surfaces and optimized to identify solutions of best performance for electricity generation. It was identified that photovoltaic modules tilts had a higher impact than their areas on the energy performance due to the parameterization limitations. In the second stage, a building model of multifaceted façades was created with the parameterization of some elements in the façades. The building was inserted in urban contexts for three Brazilian cities. The optimization-based simulation was applied to maximize the electricity generation by the photovoltaic modules and minimize heat loads. It was identified that, for Curitiba's case, the percentage of heating and cooling demand supplied by photovoltaic generation can reach up to 90,2% for the optimized cases for photovoltaic generation; for Belo Horizonte, the percentage reaches up to 50.7%; and for Recife, up to 30.5% only. For the best cases for heat loads, the conditioning demand supplied by the PV system in Curitiba reaches up to 53.3%; in Belo Horizonte, 32.4% and in Recife, 11.9%. The optimization-based simulation allowed the creation of solutions with a variety of up to 340.8% in energy generation (Recife's case) and up to 26.2% of variation in thermal load (Curitiba's case), proving to be an important tool for the obtainment of high thermo-energetic performance solutions. The method also allowed the identification of formal trends for the best solutions in each studied city.