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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
ARQUITETURA (31001017088P2)
Educação Presencial
CIDADES EFICIENTES, CIDADES CONFORTÁVEIS: Um método multidisciplinar de otimização de sistemas fotovoltaicos integrados a edificações
ANNA CAROLINA PERES SUZANO E SILVA
TESE
11/07/2024

Edificações são um elemento-chave no panorama energético global, consumindo aproximadamente 50% da eletricidade do Brasil e 30% da energia mundial. Devido ao seu considerável potencial de melhoria, o setor foi pioneiro na adoção do conceito net zero, associando medidas de eficiência energética, estratégias bioclimáticas e geração distribuída fotovoltaica em um único projeto. Neste sentido, a adoção de sistemas fotovoltaicos integrados a edificação (building integrated photovoltaics ou BIPV) vem sendo impulsionada pela criação de tecnologias mais leves, transparentes e flexíveis. Entre suas vantagens está o aumento da energia gerada devido à ampliação da área com elementos fotovoltaicos. Contudo, estudos sobre o tópico apresentam uma perspectiva exclusivamente energética, desconsiderando aspectos como o conforto térmico. Em um contexto global de metas de emissões e mudanças climáticas, é necessário incorporar a multidisciplinaridade do ambiente construído no processo de projeto. Esta Tese propõe um método multidisciplinar de otimização de sistemas fotovoltaicos integrados a edificações. Estes são avaliados sob a ótica do desempenho energético e do conforto térmico, atuando simultaneamente nas escalas urbana e arquitetônica. O método permite que usuários identifiquem cenários ideais, menos propícios e um repertório de soluções de compromisso para a integração de sistemas fotovoltaicos em edificações. Diferencia-se de ferramentas computacionais existentes por realizar todas as análises em uma única plataforma, composta pelo software Rhinoceros e os plugins Grasshopper, Ladybug Tools e Wallacei. Essa “caixa de ferramentas” é configurada pelo usuário em uma interface intuitiva, reduzindo as suas barreiras de adoção. O método é escalável e aplicável a qualquer geometria e uso de edificação, independentemente do seu contexto climático, urbano e tecnológico. São fornecidos resultados numéricos e visuais ao usuário, favorecendo a tomada de decisão consciente. Uma aplicação prática brasileiro foi realizada considerando o cenário brasileiro visando demonstrar a viabilidade técnica do método. O impacto de sistemas fotovoltaicos integrados nas temperaturas do entorno foi menos significativo que no conforto térmico de ambientes internos e do balanço energético final de uma edificação comercial no Rio de Janeiro. Determinadas configurações aumentaram o consumo final de energia da edificação, mostrando que a integração dos elementos fotovoltaicos não foi capaz de compensar o consumo adicional gerado pela sua instalação. Essa característica reforça a relevância de métodos multidisciplinares de otimização e sua contribuição para a construção de cidades mais eficientes e confortáveis.

otimização multiobjetivo;simulação energética;conforto térmico;sistemas fotovoltaicos integrados a edificações;design paramétrico.
Buildings play a key role in the global energy landscape, consuming approximately 50% of Brazil’s electricity and 30% of the world's energy. Due to their potential for improvement, the sector pioneered the adoption of the net zero concept, associating energy efficiency measures, bioclimatic strategies, and distributed solar photovoltaic (PV) generation in a single project. In this context, the creation of lighter, transparent, and flexible photovoltaic cells boosted the adoption of building integrated photovoltaics (BIPV). Among its advantages is an expansion on photovoltaic area coverage, leading to an increase in energy generated by the building. However, studies on the topic present an exclusively energy-focused perspective, disregarding other disciplines and aspects, such as the influence on thermal comfort. In a global context of climate change, incorporating the multidisciplinarity of the built environment into the design process is necessary. This thesis proposes a multidisciplinary method for optimizing building integrated photovoltaics. Energy performance and thermal comfort evaluations are conducted, considering both the urban and architectural scales. The method allows users to identify ideal scenarios, less favorable ones, as well as a range of compromise solutions for implementing BIPV in new projects and retrofits. It differs from existing computational methods by performing all analyses on a single framework, composed of Rhinoceros software and the Grasshopper, Ladybug Tools, and Wallacei plugins. This toolbox uses a user-friendly interface which significantly reduces barriers to its adoption. Numerical and visual results are provided, facilitating conscious decision-making during the design process. The method is scalable and applicable to any building geometry and typology, regardless of local climate, surrounding urban context, and technologies assessed. A case study was conducted, displaying the technical feasibility of the method, and demonstrating its practical implementation in the architecture practice in Brazil. For a commercial building in Rio de Janeiro, the impact of BIPV on the surrounding area was not significant, while a relevant variation in indoor thermal comfort and overall energy balance was observed. A limited number of solutions resulted in an increase on building energy demand, meaning that the photovoltaic systems did not manage to compensate the additional energy consumption generated by their installation. This reinforces the need for multidisciplinary optimization methods and displays their contribution the construction of efficient and comfortable cities.
building simulation;thermal comfort;building integrated photovoltaics;multiobjective optimization.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
Cidades Eficientes, Cidades Confortáveis - Anna Peres - Tese Final (1).pdf

Contexto

QUALIDADE, AMBIENTE E PAISAGEM
ARQUITETURA, PROJETO E SUSTENTABILIDADE
O AMBIENTE CONSTRUÍDO NO CONTEXTO DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS E DE UMA ECONOMIA CIRCULAR

Banca Examinadora

MARCOS MARTINEZ SILVOSO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
NEILTON FIDELIS DA SILVA Participante Externo
ALINE CALAZANS MARQUES Docente - PERMANENTE
MARCOS MARTINEZ SILVOSO Docente - PERMANENTE
LUCAS ROSSE CALDAS Docente - PERMANENTE
ALICE DE BARROS HORIZONTE BRASILEIRO Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Excelência Acadêmica 3

Vínculo

Colaborador
Instituição de Ensino e Pesquisa
Pesquisa
Sim
Plataforma Sucupira
Capes UFRN RNP
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