Trabalho 2: Estudo de Área Urbana Naturalmente Iluminada Através de

O estudo de Dogan, Reinhart e Michalatos (2012) descreve uma nova ferramenta, plug-in do Modelador CAD Rhinoceros3D, que permite aos projetistas simular e avaliar o potencial de iluminação natural de pospostas de planos diretores urbanos. O estudo desenvolve-se em 2 passos: no primeiro, os níveis horários de radiação solar em todas as fachadas em uma cena urbana são simuladas baseadas nas ferramentas Radiance / Daysim; no segundo passo os níveis de radiação exterior são convertidos em distribuições horárias de iluminâncias usando um modelo de resposta a impulso generalizado e Métricas de luz natural baseadas no clima, como Daylight Autonomy fgoram também computadas. Os resultados obtidos pelo novo método foram cuidadosamente comparados com as simulações regulares e mais demoradas realizadas no Daysim.

Os resultados, segundo os autores, encontram-se numa faixa de variação de 10% em relação com os resultados obtidos no Daysim, mas com significativa redução de tempo.

O estudo apresenta, segundo os autores, 2 inovações:

a) Um fluxo de trabalho que automatiza o processo de configuração de uma simulação urbana e visualização de resultados;

b) Uma metodologia que traduz dados de radiação horária exterior incidente nas fachadas em distribuição de iluminação interior para reduzir gastos computacionais.

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O novo método é comparado com as tradicionais simulações detalhadas de iluminação natural usando Daysim / Radiance.

A estrutura global do programa envolve:

a) Geração / manipulação da geometria usando Rhinoceros / Grasshopper; b) Exportação das informações geométricas (3D

model and sensor point files) no formato Radiance / Daysim;

c) Um roteiro é executado assumindo e acumulando os arquivos de entrada e executando aS simulações exteriores;

d) Retorno dos resultados ao Rhinoceros / Grasshopper que os computa e estima a iluminância interior;

e) A Autonomia de Luz Diurna (Daylight Autonomy) é mapeada em cores na geometria para visualização.

Segundo os autores:

“A busca por um método eficiente para computar a propagação da luz em um espaço é o coração deste estudo. De forma a estabelecer uma correlação que seja válida para todos os possíveis cenários e climas, toda a luz recebida na fachada deve ser difusa. É uma drástica simplificação, uma vez que elimina completamente a radiação solar na distribuição interior. Mais significativamente, ângulos solares baixos, que envolveriam uma penetração de energia solar em profundidade no espaço, não podem ser levados em conta na presente abordagem. A justificativa para a abordagem é que - devido a questões relacionadas ao brilho - os ocupantes do edifício necessariamente fecharão manualmente um sistema de controle uma vez que uma quantidade maior de radiação solar direta incidir sobre uma fachada.” (Dogan, Reinhart e Michalatos (2012), p. 615)

Ainda segundo os autores, o erro devido a esta simplificação está fortemente contido nas horas de menor insolação nas fachadas. Não fica claro no estudo que tipo de elemento de controle separa a radiação solar direta da difusa.

Um estudo preliminar testou diferentes geometrias, mostradas na Figura 14.a, que foram equivalidas a elementos retangulares, conforme a Figura 14.b:

Figura 14(a)(b): Estudo de simplificação morfológica analisando diferentes configurações de edifício e a implicação de sua transformação em prismas quadrangulares.

a) Diferentes formatos de planta de edifício analisadas

b) Simplificação morfológica dos edifícios em um segmento urbano, conforme prisma quadrangulares Fonte: Dogan, Reinhart e Michalatos (2012)

Os autores consideram também que esta simplificação formal não é tão significativa no erro que pode acrescentar aos resultados, mas não deixam claro qual a influência mais precisamente. Desta forma, os cenários são estereotipados de sorte a conter variações de prismas retos quadrangulares, sendo um segmento urbano simulado com os edifícios estratificados em pavimentos, com resultados por pavimento.

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Na Figura 15(a)(b) estão mostrados os resultados da avaliação de um Daylight Autonomy (DA) para 500 lux em mais de 50% do pavimento, considerando 50% de fachada envidraçada, após 1 ciclo concentrado (a) e após 3 ciclos concentrados (b):

Figura 15: Resultados gráficos de simulação em segmento urbano considerando:

um ciclo de interações (a) e 3 ciclos de interações (b) na avaliação de um DA para 500 lux.

a) Avaliação após um ciclo de concentração de interações

b) Avaliação após três ciclo de concentração de interações Fonte: Dogan, Reinhart e Michalatos (2012)

Foram simulados dois climas: Munique / Alemanha ( característico parcialmente nublado) e Phoenix, Arizona / EUA (característico com Sol). A simulação envolveu a determinação da exposição solar das fachadas, passo intermediário para a posterior determinação da autonomia de luz natural (DA). Além destes dois aspectos foi simulada a exposição horária ao Sol dos espaços exteriores, como indicador de qualidade urbana.

Em todas as simulações o equipamento utilizado foi um Macbook Pro com Processador Intel Core i7 rodando Windows 7 64 bits. Um total de 244 unidades / pisos separadas foram avaliadas em cada interação (denominadas concentrações).

O estudo não informa os parâmetros de simulação que foram adotados para a realização dos casos de referência na utilização do conjunto Daysim / Radiance. Não informa precisamente o número de sensores, mas aparentemente são dois por unidade, um na fachada e outro no interior, mas o estudo não esclarece precisamente.

O estudo destaca diferentes margens de erro, considerando resultados entre 7% a 18% de Erro Quadrático Médio (RMSE), considerando estes valores aceitáveis dentro do intervalo de erro que considera validado para o Daysim / Radiance, entre 6% e 26%. Observe-se no entanto que os

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autores não consideram que este erro do novo modelo interagindo com o erro do Daysim pode de fato estar implicando numa somatória de erros, ao invés de estar contido na margem original, já que não há um caso real medido de referência. De qualquer forma, o estudo indica, o que nos interessa principalmente neste caso, é o tempo de processamento pleno da situação de referência realizado no Daysim / Radiance, que pode ser deduzido do ganho de tempo de processamento em relação ao método pleno, considerando a simulação de 1 unidade, de 5 unidades e de 244 unidades conforme mostrado na Tabela 13:

Tabela 13: Tempos de Processamento e grau de aceleração em relação ao método Radiance / Daysim

Fonte: Dogan, Reinhart e Michalatos (2012))

Surpreendentemente o artigo não comenta a Tabela 13 apresentada acima, nem qual a diferença entre o Caso Real V1 e o Caso Real V2. Pelo que pode se depreender do comentário, o primeiro refere-se a uma avaliação envolvendo a Autonomia de Luz Natural Contínua (Continuous Daylight Autonomy DA500lux – V2) e a Área Iluminada Naturalmente (Daylit área in sDA500lux/50% - V1).

De qualquer forma, o que nos interessa ressaltar é que o tempo gasto no processamento do caso de referência simulado através do conjunto Radiance / Daysim pode ser estimado em 100 horas, já que 110 minutos X 54.9 equivalem a 6.039 minutos. Ressalte-se que o modelo foi extremamente simplificado para ser usado similarmente em ambos os métodos.

Quanto ao resultado final, os autores consideram que o método “... incrementa a velocidade de processamento em 54,9 vezes comparada à abordagem clássica do Daysim sem ligações dinâmicas.” Consideram que os resultados, que apresentaram Erro Quadrático Médio variando de 7 % a 18% para a iluminância horária interior, “... são aceitáveis e dentro da margem de precisão a que está submetido o engenho de simulação Daysim, que tem esse erro entre 6 e 26%.” (Dogan et al., 2012, pp.619).

2.3.4 Trabalho 3: Estudo Comparado de Performance de Simulação CPU X Placa Gráfica