O USO DO GRASSHOPPER NA SIMULAÇÃO TERMOENERGÉTICA UMA REVISÃO SISTEMÁTICA Aluna: Fernanda Formiga Orientador: Prof. Caio Frederico e Silva
O USO DO GRASSHOPPER NA SIMULAÇÃO TERMOENERGÉTICA: UMA REVISÃO SISTEMÁTICA
RESUMO
ABSTRACT
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
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SKETCHPAD Desenhos virtuais em plano 2D com auxílio de caneta digital. Linhas podiam ser unidas umas às outras (atomic constraints): princípios da parametrização.
60
70 Crise Energética
Maior conscientização dos limites dos recursos naturais.
Frank Gehry usa o CATIA para executar geometrias complexas. Já era utilizado em outras áreas e continha atributos de parametrização.
BIM
GRASSHOPPER D. RUTTEN 2007
Maior integração e informações atreladas ao edifício. Avanços na modelagem tridimensional. Seu uso se intensifica nas décadas RIO seguintes. + COP 1 REVIT + KYOTO
80 Our Common Future ARCHICAD RHINOCEROS AUTODESK AUTOCAD
00
90 Ferramentas de Desenho CAD
Forma mais precisa e sofisticada de fazer desenhos 2D. Preserva princípios do desenho à mão. Possibilidades limitadas de desenho 3D. FIGURA 1.
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Design Paramétrico
PEB
LEED
AQUA
HQE
BREEAM
EVOLUÇÃO DOS SOFTWARES NA ARQUITETURA + BREVE CONTEXTO AMBIENTAL
Elaborado pela autora com base em Dautremont, Jancart, et al. (2019) e Davis (2019)
13
1.1.
OBJETIVOS
1.2. ESTRUTURA DO TRABALHO
14
2. MÉTODO
18
Como o Grasshopper é aplicado nas simulações termoenergéticas de edifícios? 1. grasshopper 2. building 3. performance 4. simulation 5. thermal 6. energy
1
2
3
PLANEJAMENTO
EXECUÇÃO
ANÁLISE
Questão da revisão
Seleção da bibliografia
Síntese dos resultados
Aplicação de critérios de inclusão e exclusão
Identificação de dados relevantes e relações entre os estudos
Objetivos Protocolo de pesquisa termos de busca banco de dados
Leitura + Filtragem de artigos
FIGURA 2.
Respostas aos objetivos da pesquisa
ETAPAS DA REVISÃO SISTEMÁTICA Elaborado pela autora
19
2.1. PLANEJAMENTO
20
2.2. EXECUÇÃO
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TERMOS DE BUSCA
RECORTE TEMPORAL
FIGURA 3.
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PROCESSO DE BUSCA DE ARTIGOS
Elaborado pela autora
CÓDIGOS SEL
O estudo é adequado ao propósito da pesquisa.
R.L.
Revisão de literatura: cita o Grasshopper entre outras ferramentas.
URB
O estudo não foca na análise termoenergética na escala do edifício.
LUM
Trata de performance lumínica em detrimento da termoenergética.
S/ GH + BPS
O estudo não aborda o uso do Grasshopper associado a uma ferramenta de simulação termoenergética.
N.A.
Não se relaciona ao tema.
Figura 4. Códigos utilizados para classificar artigos selecionados. Fonte: elaborado pela autora.
23
FIGURA 5.
ORGANIZAÇÃO DOS ARTIGOS NO EXCEL + EXTRAÇÃO DE DADOS Elaborado pela autora
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A modelagem algorítmica cresce nas práticas projetuais de arquitetura, bem como as tentativas de projetar edifícios mais eficientes energeticamente e o uso do BPS neste processo.
HORIZONTE
Publicações entre 2014 e 2018
CORRENTES TEÓRICAS
Simulação termoenergética do ambiente construído
QUESTÃO DA REVISÃO ESTRATÉGIA DA REVISÃO TERMOS DE BUSCA BASE DE DADOS
Inglês Como o Grasshopper é aplicado nas simulações termoenergéticas de edifícios?
Abordar a utilização conjunta do Grasshopper com alguma ferramenta ou plug-in de simulação termoenergética. Apresenta informações relevantes aos objetivos específicos do estudo.
Apenas citar o Grasshopper, sem desenvolvimento relevante que possa responder aos objetivos específicos; Focar em outros tipos de simulação que não a termoenergética de edifícios individuais.
INCLUSÃO
CONTEXTO
IDIOMA
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Panorama do uso do Grasshopper na simulação termoenergética de edifícios
EXCLUSÃO
FRAMEWORK CONCEITUAL
Configurativa “grasshopper” AND “building” AND “performance” AND “simulation” AND “thermal” AND “energy” Science Direct
QUADRO 1.
RESUMO DO PROTOCOLO DE REVISÃO + CRITÉRIOS DE INCLUSÃO E EXCLUSÃO Adaptado de Morandi e Camargo (2015) pela autora
2.3. ANÁLISE
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3. PANORAMA GRASSHOPPER
30
FIGURA 6. VOS VIEWER Elaborado pela autora
31
32
AUTORES COM 3 OU MAIS CO-AUTORIA 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Figura 7. Autores mais envolvidos nos artigos selecionados Fonte: Elaborado pela autora
33
34 35 30 25 20 15 10 5 0
Fonte: Elaborado pela autora
Figura 8. Países mais envolvidos nos artigos selecionados United States
Italy
China
Switzerland
Egypt
Norway
Portugal
France
Australia
United Kingdom
United Arabian…
Sweden
Spain
Netherlands
Korea
Germany
Denmark
Turkey
Singapore
Greece
Canada
PAÍSES ENVOLVIDOS NOS ARTIGOS
35
3.1. SIMULAÇÃO PELA PERSPECTIVA DOS AUTORES
36
37
3.2. GRASSHOPPER E AS FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO
38
39
40
41
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43
3.3. DIFICULDADES E LACUNAS ENCONTRADAS
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46
47
48
49
4. CONCLUSÃO
52
53
54
55
5. REFERÊNCIAS
ARUP.
Global
Research,
2019.
Disponível
em
<https://towardsdatascience.com/the-advent-of-architectural-ai-
<https://research.arup.com/>. Acesso em: 31/05/2019.
706046960140>. Acesso em: 05/05/2019.
AUGENBROE, G. Trends in building simulation. In: (Ed.). Advanced
CHI, D.A.; MORENO, D.; NAVARRO, J. Design optimisation of
building simulation. New York, NY, USA: Spon Press, 2004. cap. 1, p.4-
perforated solar façades in order to balance daylighting with
24.
thermal performance. Building and Environment, 2017.
BARBOSA, J.; AZAR, E. Modeling and implementing human-based
CHI, D.A.; MORENO, D.; NAVARRO, J. Correlating daylight availability
energy retrofits in a green building in desert climate. Energy and
metric with lighting, heating and cooling energy consumptions.
Buildings, Vol. 173, p. 71-80, 2018.
Building and Environment, 2018.
BIG. Big Ideas. Disponível em: < https://big.dk/#big-ideas> Acesso em
CORBELLA, Oscar; YANNAS, Simos. Em Busca de Uma Arquitetura
31/05/2019.
Sustentável para os Trópicos. Rio de Janeiro: Revan, 2009.
BIOLCHINI, J. et al. Systematic Review in Software Engineering. UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), COPPE/PESC. Rio de Janeiro. 2005.
DAUTREMONT, C.; JANCART, S.; DAGNELIE, C.; STALS, A. Parametric design and BIM, systemic tools for circular architecture. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 225, 2019. DAVIS, D. A History of Parametric. Daniel Davis, 2019. Disponível em:
BROWN, N.; MUELLER, C.T. Design for Structural and Energy
<https://www.danieldavis.com/a-history-of-parametric/>. Acesso em
Performance of Long Span Buildings Using Geometric Multi-
05/05/2019.
Objective Optimization. Energy and Buildings, Volume 127, p. 748-761,
DAVID, D. Three Top Firms That are Pursuing Design Research.
2016.
Architect
CALCERANO, F.; MARTINELLI, L. Numerical optimisation through
<https://www.architectmagazine.com/technology/three-top-firms-
dynamic simulation of the position of trees around a stand-alone
that-are-pursuing-design-research_o> Acesso em 31/05/2019.
building to reduce cooling energy consumption. Energy and Buildings, Vol. 112, p. 234-243, 2016. CHAILLOU, S. The Advent of Architectural AI: A Historical Perspective. Towards
58
Data
Science,
2019.
Disponível
em
Magazine,
2015.
Disponível
em:
ELSEVIER. Elsevier at a Glance. Elsevier, 2019. Disponível em: < https://www.elsevier.com/about/this-is-elsevier> 31/05/2019.
Acesso
em
ELSEVIER.
Science
Direct.
Elsevier,
2019.
Disponível
https://www.elsevier.com/solutions/sciencedirect>
em:
Acesso
<
KHEIRI, F. A review on optimization methods applied in energy-
em
efficient building geometry and envelope design. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 92, p. 897-920. 2018.
31/05/2019. ELTAWEEL, A.; SU, Y. Parametric design and daylighting: A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 72, p. 10861103, 2017. ENERGYPLUS. Disponível em:
https://energyplus.net/>. Acesso em
06/06/2019. EASTMAN, C. et al. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for
Owners, Managers, Designers, Engineers
and
Contractors. 1st ed. Hoboken, New Jersey John Wiley & Sons, Inc., 2008. HENSEN, J. L. M.; LAMBERTS, R. Building Performance Simulation for Design and Operation. New York, USA: Spon Press, 2011. HENSEN, J.L.M. Building Performance Simulation for Sustainable Building Design and Operation. Proceedings of the 60th anniversary Environmental Engineering Department. Czech Technical University, 2011. JAYATHISSA, P.; LUZZATTO, M.; SCHMIDLI, J.; HOFER, J.; NAGY, Z.; SCHLUETER A. Optimising building net energy demand with JAYATHISSA, P.; CARANOVIC, S.; HOFER, J.; NAGY, Z.; SCHLUETER A. design
environment
for
kinetic
architecture. Automation in Construction, Elsevier. 2018.
luminous autonomy metrics for an integrated design process. Building and Environment, Elsevier. 2018. LOISOS + UBBELOHDE. Lighting Design. LOISOS + UBBELOHDE, 2018.
Disponível
em:
<http://www.coolshadow-
lighting.com/firm/index.html > Acesso em 01/06/2019. LYDON, G.P.; HOFER, J.; SVETOZAREVIC, B.; NAGY, Z.; SCHLUETER, A. Coupling energy systems with lightweight structures for a net plus energy building. Applied Energy, Elsevier. 2017. MAHDAVINEJAD, M.; NAZAR, N. Daylightophil High-Performance Architecture: Multi-Objective Optimization of Energy Efficiency and Daylight Availability in BSk Climate. Energy Procedia, vol. 115, p. 92-101. 2017. MELO, A. P.; SORGATO, M. J.; LAMBERTS, R. Building energy performance assessment: Comparison between ASHRAE standard 90.1 and Brazilian regulation. Energy & Buildings, v. 70, p. 372–383, 2014a. Elsevier B.V.
dynamic BIPV shading. Applied Energy, Elsevier. 2017. Performative
KO M.; SCHIAVON S.; BRAGER G. ET AL. Ventilation, thermal and
photovoltaic
MOTAMEDI, S.; LIEDL, P. Integrative algorithm to optimize skylights considering fully impacts of daylight on energy. Energy and Buildings, vol. 128, p. 655-665, 2017.
59
SAMUELSON, H. CLAUSSNITZER, S.; GOYAL, A ET AL. Parametric MORANDI, M. I. W. M.; CAMARGO, L. F. R. Revisão Sistemática de
energy simulation in early design: High-rise residential buildings in
Literatura. In: A. Dresch; D. P. Lacerda; J. A. V. A. Júnior (Orgs.); Design
urban contexts. Building and Environment, Vol. 101, p. 19-31, 2016.
Science Research, Método de Pesquisa para Avanço da Ciência e
SANTOS, L.; SCHLEICHER, S.; CALDAS, L. Automation of CAD models
Tecnologia, 2015. São Paulo: Bookman.
to BEM models for performance based goal-oriented design
NATEPHRA, W.; MOTAMEDI, A.; YABUKI N.; FUKUDA, T. Integrating 4D
methods. Building and Environment, Vol. 112, p. 144-158, 2017.
thermal information with BIM for building envelope thermal
SHADRAM, F.; MUKKAVAARA, J. An Integrated BIM-based framework
performance analysis and thermal comfort evaluation in naturally
for the optimization of the trade-off between embodied and
ventilated environments. Building and Environment, Elsevier, 2017.
operational energy. Energy and Buildings, 2016.
NEMBRINI, J.; SAMBERGER, S.; LABELLE, G. Parametric scripting for
SHI, X.; TIAN, Z.; CHEN, W.; SI, B.; KIN, X. A review on building energy
early design performance simulation. Energy and Buildings, Vol. 68,
efficient design optimization from the perspective of architects.
p. 786-798, 2014.
Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 65, p. 872-884, 2018.
OFFICE OF ENERGY EFFICIENCY & RENEWABLE ENERGY. Disponível
SILVA,
em: < https://www.energy.gov/eere/buildings/downloads/radiance>.
computacional na reabilitação sustentável. Reabilita - Reabilitação
Acesso em 10/06/2019.
Ambiental Sustentável Arquitetônica e Urbanística, FAU UnB. 2015.
OLIVEIRA, E. C.; GOGNAT, L. Multi-criteria assessment of sustainable
SOLEMMA.
envelop strategies’. Energy Procedia, Elsevier Ltd. 2017.
https://www.solemma.com/>. Acesso em 09/06/2019.
OPEN STUDIO. Disponível em: < https://www.openstudio.net/>. Acesso
SWECO. Grontmij UK rebrands as SWECO. Sweco, 2016. Disponível
em 09/06/2019.
em <https://www.sweco.co.uk/news/press/press-container/grontmij-
OSTERGARD, T.; JENSEN, R. L.; MAAGAARD, S. E. Building simulations
uk-rebranded-sweco-following-acquisition-by-europes-leading-
supporting decision making in early design – a review. Renewable
architecture-and-engineering-consultancy/> Acesso em 31/05/2019.
and Sustainable Energy Reviews, Vol. 61, p. 187-201, 2016. PURUP, P. B.; PETERSEN, S. Rapid simulation of various types of HVAC systems in the early design stage. Energy Procedia, Elsevier Ltd. 2017.
60
C.
F.
Tecnologias
What
is
ambientais:
DIVA.
o
uso
da
Disponível
simulação
em:
<
TEDESCHI, A. The parametric based optimization framework daylighting and energy performance in residential buildings in hot arid zone. 2014.
TOULOUPAKI, E.; THEODOSIOU, T. Energy performance optimization as a generative design tool for nearly zero energy buildings. Procedia Engineering, 2017. TOUTOU, A.; FIKRY, M.; MOHAMED W. The parametric based optimization framework daylighting and energy performance in residential buildings in hot arid zone. Alexandria Engineering Journal, Alexandria University. ZBOINSKA, M. A. Hybrid CAD/E platform supporting exploratory architectural design. CAD Computer Aided Design, vol. 59, p. 64-84, 2015. ZHANG, A.; BOKEL, R.; VAN DEN DOBBESLTEEN, A. et al. Optimization of thermal and daylight performance of school buildings based on a multi-objective genetic algorithm in the cold climate of China. Energy and Buildings, vol. 139, 2017. ZOMORODIAN, Z.S.; TAHSILDOOST, M. Assessment of window performance in classrooms by long term spatial comfort metrics. Energy and Buildings, vol. 134, pp. 80-93, 2017.
61