Característica da Simulação Dinâmica Baseada nos Engenhos de Cálculo do

utilizarem o Modelo de Perez conforme aqui descrito.

Não é objetivo destas considerações apresentar referenciais comparativos entre os estudos realizados e a proposta desta tese, senão que ampliar o universo compreensivo do âmbito em que o problema é tratado, dentro do qual pretendemos colocar a consistência e viabilidade de nossa proposta.

Antes de apresentarmos os 3 trabalhos, colocaremos o modelo de processamento utilizado no programa Daysim formulando a ferramenta baseada no Radiance para determinação do Daylight Coefficient - DLC a partir da proposição de Tregenza e Waters (1983).

2.3.1 – Característica da Simulação Dinâmica Baseada nos Engenhos de Cálculo do Daysim / Radiance.

Na literatura acadêmica que envolve a simulação dinâmica, a grande maioria dos trabalhos discute o estudo de ambientes, arquitetônicos ou urbanos, e não a utilização da ferramenta em si.

A maioria dos trabalhos relacionados com a Simulação Dinâmica de Iluminação Natural (Dynamic Daylight Simulation – DDS) apoiam-se na utilização do programa Daysim12. O Daysim utiliza as ferramentas de cálculo do Radiance e interage, entre os principais, com os programas Rhinocerus (através do plug-in Diva) assim como com SketchUp e Ecotec (DAYSIM, 2015a).

O Radiance, propriamente, não gera o Daylight Coeficient (DLC). Este procedimento foi desenvolvido por Christoph Reinhart através do comando gen_dc para o Daysim (DAYSIM, 2015c).

A primeira implementação foi feita por John Mardaljevic em 1997 como uma ferramenta de pesquisa para uso interno baseada no padrão Radiance. Uma implementação do DLC para usuário final, o DAYSIM, foi criada por Reinhart em 2000 (MARDALJEVICK, 2006 e 2006-b).

Na Figura 8 temos o fluxograma de cálculo do Daysim (DAYSIM, 2015b), destacando a posição do comando gen_dc na geração do arquivo de DLC, arquivos com extensão .dc:

Figura 8: Fluxograma de cálculo do programa Daysim, destacando o comando gen_dc

Fonte: DAYSIM (2015 b)

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O plug in DIVA, para o mdelador Rhinoceros 3D é praticamente igual ao Daysim, quando se trata de lidar com o DLC.

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A caracterização do hemisfério celeste no Daysim deriva do modelo de Tregenza e Waters (1983), estabelecendo, entretanto, uma outra configuração para os 145 segmentos celestes propostos originalmente como troncos de cone. No Daysim eles são configurados de forma contínua, cobrindo todo o hemisfério, o que não acontecia na proposição original. A diferença pode ser observada na Figura 9:

Figura 9: Comparação do modelo de Tregenza, com cones de abertura em torno de 10.15 graus (a) e o modelo adotado no Daysim e DDS, com segmentos contínuos.

Fonte: Bourgeois, Ward and Reinhart, 2008

Os arquivos de DLC possuem um completo conjunto de coeficientes associados a cada segmento da abóbada para cada um dos sensores especificados no arquivo de sensores. O número de linhas corresponde ao número de sensores. Em cada linha, o formato é como segue:

1) Formato Daysim Clássico (utilizado nas simulações estáticas):

a) coluna 1 – 145: 145 DLCs difusos, de acordo com a divisão do hemisfério celestial proposta por Tregenza (1983).

b) coluna 146-148: 3 DLCs para o solo (red, green, blue).

c) coluna 149-213: 65 DLCs diretos (radiação direta do Sol). O número pode variar de acordo com a latitude do local.

2) Formato DDS (utilização em simulações dinâmidas – DDS)

a) coluna 1 – 145: 145 DLCs difusos, de acordo com a divisão do hemisfério celestial proposta por Tregenza (1983).

b) coluna 146: 1 DLCs para o solo.

c) coluna 147-292: 145 DLCs diretos-indiretos (independentes da latitude). d) coluna 293-2597: 2.305 DLCs diretos-diretos (independentes da latitude).

O trabalho de Bourgeois, Ward and Reinhart (2008) descreve o método de determinação do DLC para simulações estáticas e dinâmicas no Daysim.

No modo clássico, além da componente difusa e da contribuição do solo, a contribuição direta do Sol é determinada pelo cálculo de 65 posições solares correspondentes às posições

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horárias do Sol segundo a latitude, desconsiderando-se posições de até 2 graus acima do horizonte13, conforme mostrado no exemplo da Figura 10:

Figura 10: Exemplo de posições solares para o DLC direto na localidade de Freiburg, Germany (47.98°N)

Fonte: Bourgeois, Ward and Reinhart (2008).

No processamento de uma dada situação de iluminação natural, a posição real do Sol é interpolado a partir das 4 posições pré-calculadas que envolvem a posição de cálculo, sendo feita então a interpolação dos valores do fluxo para cada uma das posições, conforme exemplificado na Figura 11:

Figura 11: Interpolação da contribuição do Sol da posição efetiva para as posições pré-calculadas.

Fonte: Bourgeois, Ward and Reinhart (2008).

No procedimento relacionado à simulação dinâmica (DDS), os autores acrescentam um conjunto de DLCs relacionados à contribuição indireta do Sol que denominam componente direto- indireto, ou seja, aquela luminosidade que vem através da reflexão solar em outras superfícies. Aqui uma inovação é introduzida, estabelecendo-se um conjunto de 145 posições possíveis do Sol no hemisfério celeste, coerente com o modelo de parcelamento para o DLC difuso. Desta forma, a

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posição do Sol pode ser inscrita para qualquer latitude, tornando o modelo independente desta. Da mesma forma que a componente difusa do DLC, todas as posições são calculadas. No procedimento de cálculo o mesmo conceito de interpolação é adotado, mas agora para todo o hemisfério. Durante a determinação da anualidade, a posição do Sol é interpolada para as 4 posições que a circunscrevem, sendo então todos os outros componentes direto-indiretos considerados como valor zero, garantindo que somente a contribuição relativa à posição corrente do Sol seja computada. O conceito é mostrado na Figura 12:

Figura 12: Mapeamento de azimutes / alturas solares considerando todo o hemisfério, para cálculo da componente DLC direta – indireta no modo DDS.

Anotadas as posições solares exemplificadas na Figura 9, no modo clássico

Fonte: Bourgeois, Ward and Reinhart (2008).

Para a componente direta do Sol (direto-direto) o mesmo conceito de integralidade do hemisfério foi utilizado, aumentando-se a resolução para 2.305 coeficientes, correspondendo a uma fragmentação equivalente a 16 vezes (4x4) das parcelas originais do hemisfério, mantendo-se uma parcela (menor que a original) no Zenith (144 x 16 + 1 = 2.305). No procedimento de cálculo a interpolação também se dá entre as 4 posições que circunscrevem a posição do Sol.

Desta forma, o padrão DDS determina 2.596 coeficientes para cada sensor, sendo 89% deles reservados para descrever a posição direta do Sol.

Os DLCs correspondentes a cada segmento ou posição podem então ser associados com um modelo de céu, por exemplo dos modelos de Perez (1993), como descrito na Fórmula 30 (BOURGEOIS; WARD; REINHART, 2008) abaixo :

(30)

Onde:

E: é a iluminância no sensor;

DC: é o Daylight Coeficiente correspondente à posição α do céu; LS: indica a luminância associada à posição α do céu

sky, gr, isun e dsun: indicam as componente difusa, do solo ,direta-indireta e direta direta.

W: é o coeficiente associado às componentes associadas ao Sol, que determina quais dos coeficientes são valorados e quais são zerados. Indicam as 4 posições para as quais foram interpolados os valores da posição de cálculo do Sol.

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As informações sobre o subprograma gen_dc destacam que ele toma um tempo substancialmente maior para rodar que qualquer outro programa devido à quantidade de ray- tracing envolvida (DAYSIM, 2015c). No entanto nenhum parâmetro objetivo indica o tempo que pode demorar o cálculo.

Segundo Reinhart: “A combinação do Radiance com os Daylight Coefficients de Perez podem eficiente e seguramente modelar séries temporais anuais de iluminância com um erro médio relativo de 20%” (REINHART, 2012, slide 13/23).

Ao realizar um estudo de processamento distribuido em várias CPUs na simulação dinâmica de um segmento urbano na China, uma limitação do Daysim é considerada importante por Roudsari et ali (2012): “Como mencionado anteriomente, Daysim é limitado a um máximo de 5.000 pontos de teste” (ROUDSARI et ali, 2012, p.5).

2.3.2 – Trabalho 1: Comparação do Estado da Arte de Seis Métodos Baseados na Plataforma