Desempenho térmico e lumínico de elementos de controle solar para fachadas desenvolvidos com modelagem paramétrica e fabricação digital

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Florianópolis, 2018.Considerando a importância do controle da radiação solar e admissão da luz natural nas edificações, os elementos de controle solar podem contribuir significativamente com o conforto ambiental e a eficiência energética no ambiente construído. Paralelamente às questões ambientais, destaca-se o crescente emprego de ferramentas computacionais aplicadas aos processos de projeto e produção na arquitetura contemporânea. Nesse contexto, esta tese tem como objetivo investigar o desempenho térmico e lumínico de elementos de controle solar produzidos com modelagem paramétrica e fabricação digital. Como metodologia, utilizando a suíte de modelagem paramétrica Rhinoceros+Grasshopper e processos de fabricação digital, foram produzidos modelos de elementos de controle solar paramétricos, classificados em diferentes categorias, de acordo com sua crescente complexidade geométrica. As análises de desempenho (térmico e lumínico) foram realizadas empregando simulação computacional, e medições em protótipos. Para as simulações foram utilizados os aplicativos e plug-ins, DIVA-for-Rhino, Galapagos Evolutionary Solver, Autodesk Ecotect Analysis e Ladybug. Para as análises dos protótipos foram utilizadas fotografias HDR, medições de iluminância e análises de insolação. Ao final da pesquisa é apresentada uma proposta de aplicação dos modelos desenvolvidos em uma edificação, considerando os condicionantes climáticos de Florianópolis (SC/Brasil), cidade escolhida para o estudo. Como principais resultados observou-se de forma geral, que os elementos analisados foram capazes de controlar a admissão excessiva de radiação solar e luz natural, tornando a sua distribuição mais homogênea, além de reduzir a probabilidade de desconforto visual por ofuscamento. Destaca-se o efeito dos parâmetros geométricos profundidade e direção dos elementos de controle solar quanto à distribuição da luz natural e admissão seletiva de radiação entre inverno e verão, respectivamente. O gradativo aumento da complexidade geométrica entre as categorias de elementos desenvolvidos, comprovou que os resultados de desempenho podem ser generalizados a partir do comportamento paramétrico de geometrias mais simples, até modelos com formas mais complexas. Por fim, observa-se de forma complementar ao desempenho térmico e lumínico, a importância de considerar os aspectos compositivos e de linguagem, relacionados ao emprego de elementos de controle solar e propósitos da edificação.Abstract : Solar shading devices can significantly contribute to environmental comfort and energy efficiency in the built environment when considering the importance of solar radiation control and daylight admission in buildings. Parallel to environmental issues, the growing use of computational tools applied to design and production processes in contemporary architecture can be highlighted. Within this context, the objective of this this thesis is to investigate the thermal and luminic performance of solar shading devices produced with parametric modelling and digital fabrication. As methodology, using the parametric modelling tool Rhinoceros+Grasshopper and digital fabrication processes, parametric models of solar shading devices were produced, and classified in different categories according to their increasing geometric complexity. The performance analysis (thermal and luminic) was performed using computational simulation, and measurements in prototypes. For the simulations, the software and plug-ins, DIVA-for-Rhino, Galapagos Evolutionary Solver, Autodesk Ecotect Analysis and Ladybug were used. For the prototypes analysis, HDR photographs, illuminance measurements and insolation analysis, were used as well. At the end of the research a proposal of application of the models developed is presented, in a building considering the climatic conditions of the city chosen for the study, Florianopolis (SC / Brazil). As main results, it was observed in general that the analysed solar shading devices could control the excessive admission of solar radiation and daylight, providing a more homogeneous daylight distribution and reducing the daylight glare discomfort probability. The effects of the geometric parameters depth and direction of the solar control devices regarding the daylight distribution and selective solar radiation admission between winter and summer can be highlighted, respectively. The gradual increase of the geometric complexity between the categories of developed solar shading devices has shown that the performance results can be generalized from the parametric behaviour of simpler geometries to models with more complex shapes. Finally, in addition to the thermal and luminic performance, the importance of considering the compositional aspects, related to the architectural language and building purpose was observed