De condicionantes solares à oportunidades de desenho urbano: otimização de tipo-morfologias urbanas em contexto de clima tropical

Tese de Doutorado

Tese de Doutorado

Cerca de 3/4 dos recursos globais são consumidos hoje em assentamentos urbanos. O processo de urbanização produz modificações severas no clima local, na qualidade ambiental dos espaços, além de um aumento importante na demanda de energia das edificações. Previsões estatísticas sobre o crescimento da população urbana apontam que esta situação tende a ser agravada nos próximos anos, tornando-se, portanto, imperativo buscar estratégias e medidas alternativas que visem melhor adaptar os ambientes urbanos às novas demandas energéticas, a fim de reduzir o impacto ambiental das cidades. O presente trabalho traz uma contribuição ao debate sobre a energia nas cidades, com foco naquela que é consumida e potencialmente produzida pelos edifícios na escala urbana local. A morfologia urbana é considerada como aspecto crucial de transformação das cidades no sentido da eficiência energética de suas construções. Em regiões de clima tropical, a energia de fonte solar possui um potencial de aproveitamento extremamente elevado. No entanto, o bom aproveitamento desse recurso para produção de eletricidade nos edifícios pode sugerir a adoção de formas urbanas muito pouco adensadas e dispersas, de modo a reduzir as obstruções produzidas pelo entorno próximo. Paradoxalmente, formas urbanas dispersas e pouco densas podem resultar em aumento importante da carga térmica solar em suas fachadas. O controle dos ganhos solares nas fachadas pode, por sua vez, representar perdas importantes no nível de iluminação natural dos espaços, além de reduzir o potencial de aproveitamento solar para produção de energia. A fim de quantificar o potencial destas estratégias conflituosas de projeto urbano, torna-se indispensável a aplicação de modelos multidisciplinares de análise, permitindo integrar os múltiplos critérios do processo de concepção da forma construída. A presente pesquisa é uma contribuição para requalificação e concepção urbana a partir de uma abordagem energética, com foco na forma construída de vizinhanças urbanas na cidade de Maceió (AL), em clima tropical. Primeiramente, um conjunto de parâmetros morfológicos relevantes são empregados para classificar e caracterizar o potencial solar de tipologias de referência existentes na cidade. Num segundo momento, esses parâmetros são analisados por meio de uma análise de sensibilidade. Os parâmetros estatisticamente influentes são, então, submetidos a uma metodologia paramétrica de projetos via otimização multiobjetivo, onde o algoritmo genético NSGA-II (non-dominated sorting genetic algorithm) é acoplado a um algoritmo simplificado de radiosidade, visando a maximização do potencial de produção de energia nas superfícies de coberta das edificações e minimização dos ganhos solares nas fachadas das mesmas. Níveis mínimos de luz natural para os ambientes e os parâmetros morfológicos do código de edificações são considerados como restrições de projeto. Cinco tipologias representativas do tecido urbano de Maceió foram avaliadas. Um conjunto de indicadores mais influentes no potencial solar das formas urbanas foram hierarquizados, destacando-se o papel preponderante do prospecto médio e do albedo das construções. A aplicação do método de projeto por otimização permitiu testar mais de 80.000 configurações urbanas, apontando para uma grande diversidade de morfologias "ótimas" de quadras urbanas. Esses projetos apresentaram desempenho solar superior aos encontrados nas tipologias existentes na cidade. A abordagem de estratégias energéticas conflituosas de projeto mostrou que muito além da imposição de restrições e complexidades ao processo, há oculta uma grande oportunidade na procura para novas soluções que possibilitem uma revisão da Arquitetura da cidade.

Palavras-chave: morfologia urbana; potencial solar; energia nas cidades; análise de sensibilidade; otimização algoritmos genéticos; clima tropical. 

http://objdig.ufrj.br/21/teses/819315.pdf

Pessoa

• Andrea Queiroz da Silva Fonseca Rego
• Frédéric Bonneaud
• Gianna Mello Barbirato
• Leopoldo Eurico Gonçalves Bastos [Orientador(a)]
• Luc Adolphe [Orientador(a)]
• Pierre Fernandez
• Tathiane Agra de Lemos Martins [Autor(a)]

Linha de Pesquisa

• Arquitetura, Projeto e Sustentabilidade

Curso

• Doutorado PROARQ