Zenital openings performance evalaution regarding solar radiation and daylight indoor spaces using parametric modeling and numerical simulation
DOI:
https://doi.org/10.11606/gtp.v17i3.213318Keywords:
Building performance, Illuminance, Daylighting, Solar radiationAbstract
Using daylight from the zenith opening is a design feature that can reduce energy consumption in buildings. However, there are conditions so that visual and thermal discomfort does not occur due to excessive solar radiation inside the building, which may be undesirable in hot climate regions. This study used parametric models and numerical simulations to evaluate the autonomy levels of zenithal daylighting and the incidence of solar radiation in indoor environments with four types of zenithal openings. A climate database of a region in Brazil with low latitude, characterized by a hot and humid tropical climate, was used. The performance of daylight opening typologies was evaluated using the measurement of Useful Daylight Illuminance and incident solar radiation, considering annual, daily and hourly average results. The study dealt with analyses regarding the zenith openings, oriented North-South and East-West, considering sensors at the walls and the floor. The numerical simulation results showed that this parametric model could help the architectural design process regarding the daylight and incidence of solar radiation in indoor environments, providing optimized configurations for the room and the zenith opening dimensions. Additionally, the results exhibit that in each zenithal typology studied, the room has a shape and dimensions that result in optimal performance in lighting autonomy levels.
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References
AMORIM, C. N. D. Diagrama morfológico Parte I: instrumento de análise e projeto ambiental com uso de luz natural. Paranoá: cadernos de arquitetura e urbanismo, Brasília, n. 3, 2007. https://doi.org/10.18830/issn.1679-0944.n3.2007.12111
AMORIM, C.N.D. Iluminação natural e eficiência energética: critérios para intervenção em edifícios não residenciais modernos no Plano Piloto de Brasília. Projeto de Pesquisa. FAP-DF, Brasília, 2016.
AYOUB, M. 100 Years of daylighting: A chronological review of daylight prediction and calculation methods. Solar Energy, 194, p. 360-390, 2019. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.10.072
BROWN, N. C.; JUSIEGA, V.; MUELLER, C. T. Implementing data-driven parametric building design with a flexible toolbox. Automation in Construction, v. 118, p. 103252, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.autcon.2020.103252
BRZEZICKI, M.; REGUCKI, P.; KASPERSKI, J. Optimization of Useful Daylight Illuminance for Vertical Shading Fins Covered by Photovoltaic Panels for a Case Study of an Office Room in the City of Wroclaw, Poland. Buildings, v. 11, p. 1-19, 2021. https://doi.org/10.3390/buildings11120637
DALBÓ, N.; SOUZA, A. D. S.; PAGEL, E. C. Análise da evolução tipológica de edifícios comerciais construídos entre 1950 a 2016 quanto à eficiência energética da envoltória, em vitória/ES. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2093-2101.
FONSECA, R. W.; PEREIRA, F. O. R.; CLARO, A. Iluminação natural: a contribuição de suas reflexões no interior do ambiente construído. Revista do Programa de Pós-graduação em Artes da Escola de Belas Artes da UFMG, v. 17, p. 198-217, 2010.
GABRIEL, E.; DOMINGOS, R. M. A.; MELLER, G.; GUARDA, L. A.; LAURINI, D.; GRIGOLETTI, G. C. Influência da área de abertura e transmitância térmica no consumo de energia elétrica em Cuiabá-MT. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2372-2380.
GARCIA D. L. R.; PEREIRA, F. O. R. Análise anual da exposição à incidência solar direta, ao ofuscamento e aos níveis de iluminação natural em ambiente com proteções solares internas. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2574-2583.
GARCIA D. L. R.; PEREIRA, F. O. R. Análise da exposição ao ofuscamento e à insolação em ambiente de uso prolongado. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, Campinas, SP, v. 11, p. e020004, 2020. ISSN 1980-6809. DOI:http://dx.doi.org/10.20396/parc.v11i0.8654565
HENS, I.; SOLNOSKY, R.; BROWN, N. C. Design space exploration for comparing embodied carbon in tall timber structural systems. Energy & Buildings, v. 244, p. 110983, 2021. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.110983
HOFFMEISTER, T. O.; SILVA, H. C. Modelo para investigação de radiação incidente em pátios. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2401-2406.
Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. Instrução Normativa INMETRO para a Classe de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (INI-C). São Paulo, 2021.
KRISH, S. A practical generative design method. Computer-Aided Design, v. 43, p. 88-100, 2011. https://doi.org/10.1016/j.cad.2010.09.009
LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência Energética na Arquitetura. 3a ed. São Paulo: ProLivros, 2013. 382 p.
MAIRINK, A. J. M.; VILELA, J. A.; GARCIA, M. S.; VELOSO, A. C. O.; SOUZA, R. V. G. Simulação paramétrica de brise-soleil em fachada oeste para redução de consumo energético em edificação comercial. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2494-2503.
MARDALJEVIC, J.; ANDERSEN, M.; ROY, N.; CHRISTOFFERSEN, J. Daylighting, Artificial Lighting and Non-Visual Effects Study for a Residential Building. 2012. https://infoscience.epfl.ch/record/181055. Acessado em 17/04/2023.
MITCHELL, W. J. The theoretical foundation of computer-aided architectural design. Environment and Planning B, v. 2, p. 127-150, 1975. https://doi.org/10.1068/b020127
MUELLER, C. T; OCHSENDORF, J. A. Combining structural performance and designer preferences in evolutionary design space exploration. Automation in Construction, v. 52, p. 70-82, 2015. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2015.02.011
NABIL, A.; MARDALJEVIC, J. Useful daylight illuminance: a new paradigm for assessing daylight in buildings. Lighting Research & Technology, v. 37, p. 41-59, 2005.
https://doi.org/10.1191/1365782805li128oa
NABIL, A.; MARDALJEVIC, J. Useful daylight illuminances: A replacement for daylight factors. Energy and Buildings. v.38, p. 905-913, 2006. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.03.013
POGERE, A. Estudo de átrios como elementos condutores de iluminação natural. 2001. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) – Programa de Pós Graduação em Engenharia de Produção da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2001.
QUEIRÓZ, N.; WESTPHAL, F. S.; PEREIRA, F. O. R. A influência dos elementos de sombreamento e vidros no consumo de energia em climatização e iluminação em edifícios de escritórios. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2075-2084).
RAMOS, G.; GHISI, E. Avaliação do cálculo da iluminação natural realizada pelo programa EnergyPlus. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 10, n. 2, p. 157-169, 2010. https://doi.org/10.1590/S1678-86212010000200011
REINHART, C. F. Lightswitch-2002: A model for manual and automated control of electric lighting and blinds. Solar Energy, v. 77, n. 1, p. 15–28, 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.04.003
REINHART, C. F., JAKUBIEC, J. A., & IBARRA, D. Definition Of A Reference Office For Standardized Evaluations Of Dynamic Façade And Lighting Technologies. In: Proceedings of BS2013: 13th Conference of International Building Performance Simulation Association, 2013, Chambéry, France. Anais [...]. Chambéry: University of Savoie, 2013. p. 3645–3652.
SANTOS, A. J. A iluminação nos Edifícios: Uma perspectiva no âmbito do conforto ambiental e da eficiência energética. 1a ed. Lisboa: LNEC, 2014.
SILVA, J. T.; MEDEIROS, R. C. B.; LIMA, R. C.; SANTOS, J. P. L. A influência das orientações das aberturas e condições de céu nos níveis de iluminação natural em um ambiente hospitalar. In: Anais do XV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído; XI Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído: Mudanças climáticas, concentração urbana e novas tecnologias, 2019, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba, 2019. p. 2554-2563).
SUSOROVA, I.; TABIBZADEH, M.; RAHMAN, A.; CLACK, H. L.; ELNIMEIRI, M. The effect of geometry factors on fenestration energy performance and energy savings in office buildings. Energy and Buildings, v. 57, p. 6-13, 2013. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.10.035
VAN DEN WYMELENBERG, K. G. Visual comfort, discomfort glare, and occupant fenestration control: Developing a research agenda. LEUKOS - Journal of Illuminating Engineering Society of North America, v. 10, n. 4, p. 207–221, 2014. DOI: https://doi.org/10.1080/15502724.2014.939004
VIANNA, N. S; GONÇALVES, J. C. Iluminação e Arquitetura. São Paulo: Geros, 2001.
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