Michele Marta Rossi.

Crise sanitária global, alterações climáticas, escassez de fontes energéticas são demandas atuais e urgentes de inclusão no processo de projeto do ambiente construído. Em cenário nacional, soma-se a predominância de climas quentes e úmidos e de edificações que dependem essencialmente de sistemas passivos para a garantia e/ou manutenção do condicionamento térmico. Assim, a promoção da ventilação natural e o controle da insolação indesejada devem ser estratégias extensivamente trabalhadas nos estúdios desde a concepção projetual. No entanto, na literatura científica são recorrentes as críticas acerca da introdução tardia de aspectos de conforto ambiental (ergonômicos; térmicos, acústicos e luminosos) na elaboração projetual, ainda que sejam reconhecidos como fundamentais na proposição de espaços internos e externos. Múltiplas são as justificativas: o desenho como fator limitante; a dificuldade na tradução da complexidade inerente aos fenômenos físicos, não facilmente vistos ou graficamente representados; a associação reducionista do conforto ambiental à física aplicada ao ambiente construído; a descrença da efetividade de sistemas passivos quando comparados aos artificiais e; o uso indiscriminado de ferramentas gráficas ou de avaliação, sem prévia e cuidadosa fundamentação teórica ou análise robusta dos resultados. Desta forma, objetiva-se aplicar modelos físicos para investigações qualitativas e/ou quantitativas acerca dos fenômenos físicos que regem à ventilação e à iluminação naturais, embasando proposições projetuais mais coerentes ao local, ao usuário e à atividade desenvolvida. O uso de modelos físicos em análises experimentais em mesa dágua; túnel de vento e heliodon visa: (a) ao estreitamento entre dado científico e estratégia projetual; (b) ao refinamento da tradução clara e coerente de fenômenos físicos complexos para criação e/ou ampliação do repertório de estratégias de projeto; (c) ao desenvolvimento e/ou proposição de ferramentas de auxílio ao processo de projeto coerentes as diferentes etapas (análise, síntese e avaliação); (d) ao reforço do desenho como principal forma de comunicação no processo de projeto; (e) à mensuração do impacto ou da sensibilidade do parâmetro variado no resultado ou nas simplificações adotadas e, (f) ao posicionamento crítico e apurado dos discentes diante de resultados. Assim, dados poderão ser visualizados como potenciais estratégias ao invés de limitantes projetuais e a pesquisa científica subsidiará o aperfeiçoamento de entendimentos em sala de aula.

Em climas quentes e úmidos, a combinação da ventilação natural e do sombreamento das aberturas contribui para a redução do condicionamento artificial e, consequentemente, do consumo energético nas edificações. Contudo, poucos são os estudos que investigam o impacto destes dispositivos no desempenho da ventilação natural. A presente pesquisa de doutorado tem como objetivo avaliar o impacto das características projetuais de diferentes dispositivos de sombreamento no desempenho da ventilação natural em um modelo genérico. As ferramentas metodológicas para se atingir tal objetivo consistem em: (a) ensaios em túnel de vento e; (b) simulações fluidodinâmicas. O desenvolvimento da etapa de validação das simulações paramétricas, a partir de dados provenientes de ensaios em túnel de vento, é proposto no Laboratório Nacional de Engenharia Civil [LNEC] em Lisboa, Portugal. Os produtos e os ganhos acadêmicos decorrentes desta etapa consistirão: (a) no desenvolvimento de uma base de dados dos casos avaliados; (b) na elaboração de recomendações práticas de projeto; (c) na averiguação da precisão da ferramenta numérica quando comparada à ferramenta experimental; e por fim (d) na validação de dados de pressão nas superfícies e nas aberturas de um modelo genérico com dispositivos de sombreamento.

As graves questões ambientais, a escassez das fontes energéticas e as mudanças climáticas enfatizam aos profissionais projetistas a importância da adoção de estratégias de condicionamento passivas em projetos arquitetônicos. Em climas quentes e úmidos, predominantes em grande parte do território brasileiro, a combinação de estratégias de ventilação natural e de sombreamento das aberturas pode contribuir significativamente para a redução do condicionamento artificial e, consequentemente, do consumo energético nas edificações. Contudo, apesar da importância do uso de dispositivos de sombreamento, poucos estudos investigam o impacto do seu uso no desempenho da ventilação natural. Deste modo, este trabalho tem como objetivo avaliar o impacto das características projetuais de diferentes dispositivos de sombreamento no desempenho da ventilação natural em um modelo genérico, através da distribuição de pressão na envoltória do modelo. As ferramentas metodológicas para se atingir tal objetivo consistem em: (a) ensaios experimentais em túnel de vento de camada limite atmosférica e; (b) simulações numéricas em um programa baseado na dinâmica dos fluidos computacional [Computational Fluid Dynamics - CFD], o Ansys CFX®. A definição da ordem de grandeza do impacto destes elementos no parâmetro motriz da ventilação natural será uma importante contribuição para a comunidade acadêmica e também para os projetistas que, por meio de simulações computacionais, avaliam o desempenho termoenergético e o comportamento fluidodinâmico de edificações.

Building thermal performance simulation tools are important in a design process in all its stages, mainly in the early ones. However, some barriers prevent the effective implementation of these tools in architecture offices such as time, resources and the expertise knowledge required. Thus, regression models (meta-models), which are derived from a large number of robust simulations, are presented by some studies as an accurate and fast option to predict the building?s performance. The presented project refers to the development of some activities related to a master national research project by the student in North Carolina State University (NCSU), Raleigh, NC, USA. The national project focuses on natural ventilation strategies. It is part of a greater research that proposes the development of a set of meta-models for the assessment and verification of the thermal performance of social housing still in the early stages of the design process in three Brazilian climatic zones. The methodology stages to be developed by the student in NCSU consist in finalizing the definition of the input data for the parametric simulations that will be used to elaborate and to validate the meta-models. Followed by simulations using EnergyPlus with the Monte Carlo method. Finally, regression analysis in simulations? results will be used to elaborate, validate and apply these meta-models with search algorithms to identify good combinations of design parameter values that optimize thermal performance. Such activities will be aided by a multidisciplinary team with professors who are experts in numerical methods, architectural design and EnergyPlus modeling. The emphasis is on the importance of this internship at NCSU in order to acquire knowledge and learn a procedure that is not fully known at the Institute of Architecture and Urbanism of São Carlos (IAU-USP). The partnership between NCSU and the IAU-USP has already been established.

Simulações do desempenho térmico de edificações são frequentemente usadas para verificação nas etapas finais de projeto, enquanto os maiores ganhos, tanto em custo quanto em conforto térmico são alcançados nas fases iniciais. Os desafios de implementação de tais ferramentas nestas fases se resumem à demanda de tempo, recursos e conhecimento especializado. Ferramentas de simulação simplificadas são apontadas como alternativa, no entanto a menor precisão dos resultados acaba por inviabilizar seu uso. Desta forma, a presente pesquisa se enquadra dentro de outra mais ampla e propõe o desenvolvimento de uma ferramenta composta de um ou mais meta-modelo(s) obtido(s) a partir de simulações paramétricas realizadas no EnergyPlus? software robusto e preciso que elimina eventuais incertezas decorrentes de algoritmos simplificados ? para a avaliação e verificação do desempenho térmico de habitações de interesse social [HIS] ainda nas etapas iniciais do projeto. Este mestrado, particularmente, enfoca as estratégias de ventilação natural . O método adotado consiste, primeiramente, na coleta de dados referentes à HIS e na identificação dos parâmetros-chave e suas respectivas faixas de abrangência, relacionados à ventilação natural, que são relevantes nas etapas iniciais do projeto (sob critérios arquitetônicos e de conforto térmico). Assim, serão definidas amostras representativas, a partir do método de Monte Carlo, a serem contempladas nas simulações paramétricas. Na sequência, por meio da aplicação de análises de regressão nos resultados das simulações paramétricas, será desenvolvido um ou mais meta-modelo(s) que será(ão) otimizado(s) e aplicado(s) em uma HIS padrão para três cidades brasileiras, variando parâmetros relacionados à ventilação natural, a fim de se obter melhores níveis de conforto térmico.

Esta pesquisa enquadrou-se dentro de outra mais ampla, que se iniciou em Março de 2010, cujo objetivo foi analisar a influência da redução da transmitância térmica da envoltória exterior no desempenho térmico e energético de edifícios no Brasil. Nessa pesquisa principal foi avaliado o impacto do aumento do nível de isolamento da envolvente exterior conjugado a outros aspectos que também influenciam o desempenho térmico do edifício, como a sua inércia térmica, taxa de ganhos internos, estratégias de ventilação, entre outros. O método adotado para tal consistiu em estudos paramétricos obtidos em simulações computacionais, nos quais foram consideradas variadas geometrias de edifícios, combinadas a distintos níveis de isolamento e à variação de uma série de outros aspectos. Nesta iniciação científica pretendeu-se auxiliar na definição das estratégias de ventilação natural a serem consideradas nesses estudos paramétricos da pesquisa principal, na preparação dos dados de entrada para as simulações e na análise dos primeiros resultados. Essas estratégias de ventilação natural que foram estudadas englobaram diferentes geometrias de edifícios, sua orientação em relação aos ventos, área, tipo e localização das aberturas e permeabilidade interior, pretendendo-se considerar também edifícios que fizessem uso de estratégias passivas ou híbridas de ventilação natural.