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GRASSHOPPER:

METODOLOGIA PARA análise digital, ambiental e termo-energética, do ambiente construído.

Roberta Carolina Assunção Faria Orientador: Caio Frederico e silva


Universidade de Brasília (UnB) Faculdade de Arquitetura e Urbanismo (FAU) -Ensaio Teórico-

Roberta Carolina Assunção Faria

GRASSHOPPER:

METODOLOGIA PARA análise digital, ambiental e termo-energética, do ambiente construído.

orientador: caio frederico e silva

brasília 2017


“Um experimento em si testa uma ideia ou uma hipótese, um “e se... “, para ver se funciona na realidade. Uma experiência não é a criação da hipótese – que pertence ao âmbito da teoria. Tampouco é a aplicação dos seus resultados à realidade – que pertence ao domínio da prática. O experimento é um âmbito intermediário.” (Labbeous Wood, 2011)


RESUMO O trabalho de Ensaio Teórico a seguir discute o uso da tecnologia computacional como ferramenta voltada para estudos ambientais e termo-energéticos no ambiente construído. Destaca-se a necessidade de renovação dos métodos construtivos no Brasil, a fim de resultarem em edificações mais sustentáveis e com melhor desempenho ambiental. Assim, é fundamental uma melhor capacitação dos profissionais envolvidos na cadeia da construção civil, para que se apliquem estudos ambientais e termo energéticos durante todas as etapas de projeto no contexto brasileiro. Tendo em vista a pouca aplicação de meios tecnológicos para auxiliar na construção de edifícios mais eficientes, o objetivo do trabalho propõe apresentar uma experiência com o software Grasshopper como ferramenta de avaliação de desempenho ambiental do edifício. Para isso, também serão apresentados o software Rhinoceros e os plug-ins Ladybug e Honeybee. Como resultado desse Ensaio, apresenta-se um manual prático, de análise ambiental e termo energética, com o software Grasshopper. Além da perspectiva de uma aluna de arquitetura e urbanismo sobre o processo de aprendizagem dos softwares em questão, observando os pontos positivos e negativos dessa experiência para aplicação nas fases do processo de projeto de arquitetura.

Palavras-chave: Simulação computacional, Eficiência energética, Sustentabilidade, Desempenho ambiental.


abstract The present work discuss the computer technology uses as a tool for environmental and thermal-energetic studies in architectural projects. It is highlighted the need of renewing the construction methods in Brazil to result in more sustainable buildings with better environmental performance. Therefore, is fundamental that the architectures and civil engineering have a superior professional qualification in order to apply environmental and thermal-energetic studies during all project steps in Brazilian context. Due to the lack of application of technological means to help on the construction of more efficient buildings, the main goal of this work is to illustrate an experience with Grasshopper software as an environmental and thermal energetic evaluation tool for buildings. For this, it will also be presented the Rhinoceros software and the plug-ins Ladybug and Honeybee. As a result of this assignment, a practical manual of environmental and thermal-energetic analysis with software Grasshopper will be presented. Further, the learning process of this software in an architectural student perspective will be shown, including the positive and negative aspects of the application of this experience in building project process. Keywords: Computer simulation, Energy efficiency, Sustenability, Building performance.


sumário introdução justificativa objetivos geral e específicos metodologia capítulo 1. programas computacionais 1.1. RHINOCEROS 1.2. GRASSHOPPER 1.3. LADYBUG 1.4. HONEYBEE CAPítulo 2. método aplicado [manual] 2.1. instalação 2.2. análise sunpath 2.3. análise energyplus considerações finais anexos referências

09 19 20 21 25 26 27 28 30 33 33 36 40 51 53 57


lista de imagens fIGURA 1

Balanço do Fluxo de Energia Elétrica (Fonte: BEN, 2017).

09

fIGURA 4

Sede do Banco do Brasil em Brasília/DF (402 Norte). (Fonte: Google E). Evolução dos sistemas construtivos para proteção do ser humano. (Fonte: https://youtu.be/m8ncENwXpek). Exemplo de Yakhchal no Iran. (Fonte: http://www.panoramio.com/photo/98636754).

fIGURA 5

Linha do tempo com aborgadem histórica da evolução do pensamento sustentável na arquitetura. (Fonte: Acervo Pessoal).

13

fIGURA 6

Os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável criados na Agenda 2030. (Fonte: http://www.estrategiaods.org.br/).

14

fIGURA 7

Linha do tempo com abordagem da evolução da tecnologia computacional e sustentável dentro da arquitetura. (Fonte: Acervo Pessoal).

16

fIGURA 2 fIGURA 3

fIGURA 8 fIGURA 9 fIGURA 10

10 11 11

Consumo de energia elétrica por equipamentos nas regiões brasileiras. (Fonte: http://techne17.pini.com.br/engenharia-civil/146/artigo285460-1. aspx).

19 Metodologia aplicada no trabalho. (Fonte: Arquivo pessoal) 22 Análise solar em modelo 3D. (Fonte: https://utdl.org/04-intro-to-ladybug/) 25

fIGURA 11

Aplicações para Ladybug. (Fonte: http://www.food4rhino.com/app/ladybug-tools)

26

fIGURA 12

Aplicações para o Honeybee. (Fonte: http://www.food4rhino.com/app/ ladybug-tools)

26

fIGURA 13

Superfície curva construída a partir do conjunto de arcos tangentese segmentos retos. (Fonte: KOLAREVIC, B. 2009).

26

fIGURA 14 fIGURA 15 fIGURA 16

Exemplo gráfico do Tregenza SkyDome.(Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013).

28 Exemplo gráfico do Radiation Rose(Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013). 29 Exemplo gráfico do Radiation CallaLily.(Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013). 29

fIGURA 17

Exemplo de estudo de proteção solar com Ladybug. (Fonte: https://www. youtube.com/watch?v=nvXzg1860tg) 30

fIGURA 18

Exemplo de simplificação da geometria e dicas de desenho para Honeybee. (Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=cDvBWDA0aF0&t=186s)

fIGURA 19 fIGURA 20 fIGURA 21 fIGURA 22 fIGURA 23 fIGURA 24 fIGURA 25 fIGURA 26 fIGURA 27 fIGURA 28

Processo de simulação com Honeybee.(Fonte: https://youtu.be/m8ncENwXpek). [Traduzido do inglês para o português]

30

Ladybug e Honeybee instalado (Fonte: Acervo Pessoal).

31 33 33 34 34 34 35 35 36

Interface da página de download do EnergyPlus -Versão 8.8.0. (Fonte: Acevo Pessoal.

36

Download Grasshopper (Fonte: rhino3d.com) Abrindo o Grasshopper (Fonte: Acervo pessoal). GhPython Download (Fonte: food4rhino.com) Instalando Ghpython (Fonte: Acervo Pessoal) Ghpyhton instalado. (Fonte: Acervo Pessoal) Download Ladybug e Honeybee. (Fonte: grasshopper3d.com) Instalando Ladybug e Honeybee (Fonte: Acervo Pessoal).


fIGURA 29 fIGURA 30 fIGURA 31 fIGURA 32 fIGURA 33 fIGURA 34 fIGURA 35 fIGURA 36 fIGURA 37 fIGURA 38 fIGURA 39 fIGURA 40 fIGURA 41 fIGURA 42 fIGURA 43 fIGURA 44 fIGURA 45 fIGURA 46 fIGURA 47 fIGURA 48 fIGURA 49 fIGURA 50 fIGURA 51 fIGURA 52 fIGURA 53 fIGURA 54

Planta baixa e perspectivas do modelo utilizado nas análises. (Fonte: Acervo Pessoal). Iniciando Ladybug. (Fonte: Acervo Pessoal). Arquivo Climático EPW. (Fonte: https://energyplus.net/weather). Incluindo arquivo climático na análise. (Fonte: Acervo Pessoal). Ferramenta para análise Sunpath. (Fonte: Acervo Pessoal). Inputs e Outputs conectados no Sunpath.(Fonte: Acervo Pessoal). Conectando Sunlight Hours Analysis (Fonte: Acervo Pessoal). Gerando os resultados no modelo 3D. (Fonte: Acervo Pessoal). Analisando SunPath com contexto. (Fonte: Acervo Pessoal). Ferramenta Polyline. (Fonte: Acervo Pessoal). Ferramenta ExtrudeCrv. (Fonte: Acervo Pessoal). Ferramenta ExtrudeCrv. (Fonte: Acervo Pessoal). Ferramenta ExtrudeCrv. (Fonte: Acervo Pessoal). Geometria adaptada para análise no EnergyPlus.(Fonte: Acervo Pessoal).

37 38 38 39 39 40 41 41 42 43 43 43 43 43

Ícones do Ladybug e Honeybee que permitem sua utilização. (Fonte: Acervo Pessoal).

44 Inserindo Run EnergySimulation.(Fonte: Acervo Pessoal). 44 Inserindo um arquivo climático (epw). (Fonte: Acervo Pessoal). 45 Definição do período da análise. (Fonte: Acervo Pessoal). 45 Definindo parâmetros a análise – tipo de terreno. (Fonte: Acervo Pessoal). 46 Definindo as zonas. (Fonte: Acervo Pessoal). 46 Brep definindo o Banheiro (Fonte: Acervo Pessoal). 47 Brep definindo o Quarto (Fonte: Acervo Pessoal). 47 Brep definindo o Sala/Cozinha. (Fonte: Acervo Pessoal). 47 Inserindo brise na análise termo-energética. (Fonte: Acervo Pessoal). 47 Iniciando a simulação. (Fonte: Acervo Pessoal). 48 Conferindo a existência de erros na simulação. (Fonte: Acervo Pessoal). 48

fIGURA 55

Pasta com arquivos resultantes da simulação feita. (Fonte: Acervo Pessoal).

49

tabela 1

Comparação entre ferramentas de análise ambiental para Rhinoceros e Grasshopper. (Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013).

28


introdução O meio ambiente está sujeito a diversas alterações devido às intervenções causadas pelo ser humano, acarretando na forte degradação do ecossistema. Um grande exemplo das atividades causadoras de grandes impactos na natureza é a área da construção civil, que no Brasil é um dos setores que mais consomem energia. O Balanço Energético Nacional (BEN, 2017) afirma que a maior parte da energia elétrica produzida no Brasil é consumida pelos setores Industrial, Residencial, Comercial e Público. Sendo que 21,4% são gastos pelo setor Residencial, 14,4% pelo o setor Comercial e 7,0% pelo o setor Público, como mostrado na Figura 1, mesmo pela falta de ferramentas de apoio ao profissional responsável pela projetação de edificações com mais eficiência.

Figura 1 – Balanço do Fluxo de Energia Elétrica (Fonte: BEN, 2017).

Tendo em vista o quadro de gastos energéticos brasileiro, pode-se observar a grande importância de haver uma mudança nos hábitos de consumo. Excluindo, apenas o setor industrial, os demais gastam bastante energia devido à cultura da construção civil brasileira, a qual se caracteriza pelo excessivo desperdício de materiais, intensa extração de matéria prima, mau planejamento de obra e, principalmente, por não investir em métodos novos que permitam soluções mais sustentáveis para a construção civil.

9.


Corbella e Yannas (2003) apontam que a adequada associação do edifício com entorno promove uma redução do consumo de energia, o que é fundamental na busca de uma arquitetura mais sustentável. Porém, muitas vezes o projeto não consegue atingir os níveis satisfatórios de integração com o meio, seja por desconhecimento das condicionantes climáticas, pela falta de ferramentas que deem apoio ao profissional responsável pela projetação de edifícios mais eficientes, ou até mesmo pela forte influência do poder econômico, que muitas vezes não prioriza a qualidade e sim o lucro. Nesse sentido, Rogers (2001) comenta: “Novos edifícios são vistos como pouco mais que meros produtos, como resultado financeiro no balanço patrimonial das empresas. A busca do lucro determina suas formas, qualidades e desempenhos. “ (ROGERS, 2001).

Por consequência, surgem construções que inicialmente deveriam custar menos e consumir menos energia, mas que ao longo do tempo, os gastos energéticos são bem mais elevados do que o esperado, assim, aumentando os custos de manutenção do edifício. Exemplo claro em que a falta de estudos climáticos pode proporcionar um alto custo energético são as diversas edificações que possuem grande quantidade ar condicionado e luz artificial para balancear as más decisões de projeto, no que se diz respeito à ventilação e iluminação natural. Por exemplo, em Brasília, uma das sedes do Banco do Brasil, como ilustrado na Figura 2, é um edifício que possui boas pontuações na certificação LEED1, mas faz pouco uso de sistemas inteligentes. Suas fachadas não possuem distinção de material nem proteções solares, apenas peles de vidro, com proteção interna, mas pouca integração visual com o meio externo, o que mantém a necessidade de utilização de muita iluminação artificial e sistemas de condicionamento de ar para garantir o conforto térmico.

Figura 2 – Sede do Banco do Brasil em Brasília/DF (402 Norte). (Fonte: Google Earth). LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) – Certificação para construções sustentáveis criada pela ONG americana USGBC (U.S. Green Building Council).` 10. 1


Numa perspectiva histórica, pode-se citar o uso de diferentes métodos de construções adaptadas ao clima local. Técnicas que surgiram diante da necessidade de o ser humano sobreviver e se desenvolver no meio ambiente. Métodos, os quais foram determinados a partir de processos experimentais, seguidos de erros e acertos, até definir-se o melhor a ser aplicado nas construções específicas a cada local. Uma boa exemplificação disso foi o modo de experimentação do ser humano em relação as diferentes formas de construção, seja em ambientes frios ou muito quentes, como mostrados na Figura 3 abaixo feita por Chris Mackey, o caso do Iglu e da habitação Yakchal que está ilustrada na Figura 4.

Cabana de pele de animal

Cova subterrânea

Domo no gelo

Caverna no gelo

Cova com piscina rasa

Domo com piscina rasa

Yakhchal

Iglu

Yakhchal avançado

Figura 3 – Evolução dos sistemas construtivos para proteção do ser humano. (Fonte: Video aula Chris Mackey - Youtube).

Figura 4 – Exemplo de Yakhchal no Iran. (Fonte: Website Panoramio).

No entanto, nem sempre a arquitetura conseguiu atingir a máxima qualidade em termos técnicos, principalmente, voltados à eficiência do edifício. Em certos momentos da história, ocorreram rompimentos da boa prática arquitetônica, como pode-se observar na linha do tempo (Figura 5) a seguir, que apresentam boas soluções construtivas e os momentos de ruptura com a boa prática da arquitetura ao longo da história.

11.


PERÍODO GÓTICO: O arquiteto trabalhava junto com artesão, facilitando a resolução de todos os problemas da obra no local, além disso permitiram maiores aberturas nas paredes, possibilitando a passagem mais iluminação natural dentro do edifício.

ROMA ANTIGA: Sistema de aquecimento artificial, Calidarium- água e Ipocausto – ambientes. Utilizava madeira e carvão em fornos para esquentar o ar para os pisos e paredes. Com escassez de madeira surge o aproveitamento do calor solar. (1º legislação ambiental- acesso solar).

PERÍODO NEOLÍTICO: No norte da China as edificações eram subterrâneas e semi subterrâneas para amenizar as extremas temperaturas, que eram altas durante o dia e baixas durante a noite.

RENASCIMENTO: Houve um afastamento da relação entre o arquiteto e o artesão, o que restringiu o conhecimento repassado hereditariamente.

XII. II.

II.

3mil a.C.

PÓS GUERRA: Devido a grande destruição de cidades houve a necessidade de uma rápida reconstrução, logo, a arquitetura se tornou um objeto de fácil replicação e baixa qualidade.

XIV. II.

150 a.C.

VI.

?.

PÓS GUERRAS PÚNICAS: Casas trogloditas na Tunísia eram enterradas a fim de proteger contra as temperaturas extremas e tempestades de vento.

O povo de Mesa Verde se protegiam do sol colocando suas construções nas encostas de grandes rochas a fim de sombrear em momentos de grande irradiação solar e no inverno as rochas absorviam calor e armazenavam, assim garantindo um bom conforto térmico para as habitações.

Em Sevilha, devido a forte incidência solar, eram colocados toldos entre as ruas para sombrear as calçadas, estratégia que permanece até hoje nas ruas.

“EFEITO ESTUFA”

Linha do tempo - abordagem histórica

XX.

XVIII.

REVOLUÇÃO INDUSTRIAL: Trouxe novas possibilidades de materiais de construção, sendo eles aço e concreto armado.

CRISE DO PETRÓLEO: Dividida em 5 fases a segunda (1973) levou ao aumento de 400% do valor do petróleo.

1973.

XX.

ESTILO INTERNACIONAL:

Le Corbusier surge propondo uma arquitetura mais conceituada, porém poucos outros arquitetos conseguiram manter a mesma essência. C o n s e q u e n t e m e n t e, acontece o enfraquecimento do uso de boas estratégias arquitetônicas, principalmente de conforto ambiental.

13.


A partir da crise do Petróleo em 1973, ocorreram diversas discussões a fim de repensar os hábitos das sociedades em relação ao meio ambiente, o que levou a existência de diversas conferências. Em 1987, ocorreu em Estocolmo a conferência que determinou o Protocolo de Montreal, que teve como tema a diminuição da camada de ozônio devido a liberação de gases do tipo CFC. Logo mais, sobreveio o protocolo de Kyoto, acordo feito após várias conferências em Toronto, que discutia a redução de emissões de CO2 na produção de edifícios e em edifícios já existente. A Conferência Eco’ 92 gerou o acordo da Agenda 21 em 1992, que discutiu como o ser humano se desenvolverá de forma mais sustentável dentro das necessidades, tanto atuais quanto futuras. Posteriormente, o encontro Rio+20, realizado em 2012 no Rio de Janeiro, teve como tema a economia verde no contexto sustentável da erradicação da pobreza e a estrutura institucional do desenvolvimento sustentável. Por fim, a conferência mais recente ocorreu em 2015 em Nova Iorque gerando a Agenda 2030 que propõe 17 metas para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), como ilustrado na Figura 6. A situação da ODS no Brasil sustenta-se em três pilares estratégicos, sendo eles: o governo local, o setor privado e a sociedade civil. Cada um desses eixos se responsabiliza por importantes fatores que influenciam na aplicação do acordo no contexto brasileiro, sendo eles fatores administrativos (governo local), econômicos e políticos (setor privado) e fiscalização (sociedade civil). As metas que mais se relacionam às problemáticas energéticas e ambientais na construção civil são a 7. Energia Acessível e Limpa, 9. Indústria, inovação e infraestrutura e 13. Combate às alterações climáticas. Cada estratégia possui algumas especificidades, sendo as mais relevantes para a sustentabilidade na construção civil: 7. a – “Até 2030, reforçar a cooperação internacional para facilitar o acesso à pesquisa e tecnologias de energia limpa, incluindo energias renováveis, eficiência energética [...] “ (Fonte:http://www.estrategiaods.org.br/os-ods/ods7/)

9.1 – “Desenvolver infraestrutura de qualidade, confiável, sustentável e resiliente, incluindo infraestrutura regional e transfronteiriça, para apoiar o desenvolvimento econômico e o bem-estar humano, como foco no acesso equitativo e a preços acessíveis para todos. “ (Fonte:http://www.estrategiaods.org.br/os-ods/ods9/)

13.3 – “Melhorar a educação, aumentar a conscientização e a capacidade humana e institucional sobre mitigação da mudança do clima, adaptação, redução de impacto, e alerta precoce. “ (Fonte:http://www.estrategiaods.org.br/os-ods/ods13/).

Figura 6 – Os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável criados na Agenda 2030. (Fonte: Site da ONU).

14.


Este trabalho se apresenta desde a perspectiva da revolução científica técnico informacional, abordada por Santos (2006), desde a Era Digital do pós-guerra, a qual marca a integração global a partir da ciência, tecnologia e informação, e quando complementada por Maia (2010), mostra que a tecnologia se tornou instantânea e universal, a qual pode ser trabalhada em diferentes lugares simultaneamente. O cenário enfoque desse trabalho, tendo em vista o panorama atual de grande preocupação com o meio ambiente, busca impulsionar os profissionais da área de construção civil a introduzirem soluções mais sustentáveis para as edificações que podem ser facilitadas pelo uso de novas ferramentas tecnológicas computacionais. A Revolução Digital para a concepção de um edifício traz consigo uma variedade de softwares que podem auxiliar arquitetos e profissionais, referentes à construção civil, a obterem soluções mais adequadas durante todas as etapas de projeto. Por exemplo, existem programas que viabilizam o desenho da arquitetura em 2D e 3D de maneira mais eficiente. Outros aspectos que podem ser citados são a parametrização do desenho técnico com informação de custos, quantidade de material, dimensões e simuladores computacionais que conseguem indicar o desempenho, seja ambiental ou energético, do edifício antes mesmo da sua construção. Seguindo o raciocínio, Celani et al (2017), comentam:

“A primeira década do século XXI viu finalmente uma efetiva transformação em termos de tecnologia do projeto de arquitetura aplicada ao processo criativo de maneira acessível a profissionais liberais e estudantes, e não apenas restrita aos círculos acadêmicos e aos grandes escritórios de engenharia e arquitetura. “ (CELANI G., et al 2017)

Dentre as diversas inovações tecnológicas presentes no século XX e XXI, a introdução de softwares como ferramentas voltadas para construção civil foi um dos grandes avanços nesse setor, contribuindo para uma grande evolução no desenvolvimento e utilização de de outras versões de softwares, como mostrado na linha do tempo (Figura 7) a seguir:

15.


Linha do tempo - abordagem atual REVOLUÇÃO DIGITAL: “Projeto Informatizado: CAD-CAE, prototipagem, etc. Produção industrializada integrada com o projeto. Grande possibilidade de atender demandas sociais quantitativas e de originalidade/ identidade/ variabilidade (produção em sistema aberto e objetos únicos – pequena série). ” (SILVA, 2015)

FRANK GEHRY E CATIA: O arquiteto Frank Gehry utilizou o CATIA, que teve sua origem para desenvolver projetos para aviões caça. Essa tecnologia permite construir geometrias complexas.

XX.

GRASSHOPPER: Criado por Daniel Rutten e Robert McNeel e associados, o software usa bases de programação, facilitando a adaptabilidade as necessidades especificas do usuário.

CH2 MELBOURNE o edifício pretende atingir níveis zero de emissão em 2020. Projetado com sistemas passivos de energia.

2006 II.

Anos 90

Anos 80

2004

AutoCAD e RHINO : foram introduzidos o Autocad e Rhino. CAD é um software voltado a representação 2D, já o Rhino nasceu como um plug-in para o CAD e possui tecnologia NURBS voltado para modelagem tridimensional.

EDFICIO SOLAR XXI : Edificio Solar XXI, Lisboa/Portugal. Compatibilização entre técnicas de aproveitamento energético.

2008 II.

2007

BIM: Aumento de companhias que passaram a usar BIM. É uma tecnologia que trabalha com modelagem da informação construída, ou seja, a partir da construção do elemento pode-se retirar diversas informações gerais do projeto. Facilita o gerenciamento colaborativo

16


Dentre tantas tecnologias computacionais mostradas, o Grasshopper foi o escolhido para ser estudado nesse trabalho. Criado em 2008, por David Rutten, o software exerce diversas funções, sendo as mais conhecidas: modelagem 3D, análise estrutural, análise ambiental e análise termo-energética. Outro importante fator é a tentativa de desmistificar o Grasshopper dentro das análises ambientais e termoenergética, a fim de difundir o uso desse software como algo inovador dentro da cadeia de projetos de edifícios sustentáveis.

17.


justificativa Diante da necessidade de renovar os hábitos da construção civil no projeto de edifícios mais sustentáveis, é importante que ha ja uma ampla conscientização dos profissionais envolvidos com esta cadeia: arquitetos, engenheiros, gestores e, sobretudo, estudantes. Essa conscientização deve ser a base para conhecer e explorar novas tecnologias ambientais já disponíveis no mercado. A falta de acesso ou o desconhecimento sobre as ferramentas tecnológicas acaba influenciando na qualidade das construções de edifícios. Muitos projetos são concebidos sem uma compreensão de estratégias de eficiência energética, o que é algo inaceitável em tempos de crise energética. Como mostrado na Figura 8, a região norte do Brasil apresentou 40% do consumo de energia elétrica com o uso de ar condicionado, ultrapassando o chuveiro elétrico, considerado até então o equipamento com maior gasto de eletricidade. O principal motivo do aumento do uso desse equipamento elétrico, surge pela necessidade de amenizar os efeitos das péssimas soluções arquitetônicas concebidas, principalmente, nesse caso, nas fachadas dos edifícios.

Figura 8 – Consumo de energia elétrica por equipamentos nas regiões brasileiras. (Fonte: Artigo da revista online Techné).

Muitas construções não possuem proteções solares, como venezianas e brises, o que segundo Quinalia (2009), ao mencionar Roberto Lamberts, diz que as fachadas deveriam ser projetadas para diminuir a incidência solar de forma mais inteligente, assim, evitando os excessos de calor que pioram o conforto interno do edifício.

19.


Outro fator que pode impulsionar o estudo de tecnologias ambientais é a geração de novas oportunidades de emprego para profissionais das áreas correlatas. Tendo em vista que o mercado de trabalho demanda, cada vez mais, profissionais capacitados para auxiliar em escritórios e construtoras do mundo inteiro, no desenvolvimento de projetos com melhores desempenhos energéticos e, por sua vez, mais sustentáveis. Por fim, discute-se que os programas computacionais devem ser introduzidos na concepção do projeto, pois assim podem diminuir o custo da operação do edifício, já que permitiria avaliar todas as condicionantes necessárias para se conceber o projeto com adequado desempenho ambiental antes da sua construção, diminuindo gastos com materiais,

objetivos GERAL

- Experimentar o software Grasshopper na análise ambiental e termoenergética de projetos de arquitetura.

ESPECíficos - Propor metodologia para auxiliar estudantes e jovens arquitetos no uso de ferramentas de simulação ambiental e de energia com . - Difundir o uso e a prática de novos softwares de simulação ambiental no contexto brasileiro. - Ilustrar a experiência de aprendizagem de uma aluna de arquitetura com o software Grasshopper para estudos ambientais e termoenergéticos de ambientes construídos.

20.


metodologia Para a execução do trabalho foi necessário um momento de capacitação através de tutoriais em formato de vídeo aula. Dessa forma, foi possível descobrir como abordar o tema de forma mais clara, a fim de melhor contribuir com o processo de aprendizagem de um estudante de arquitetura sobre a ferramenta Grasshopper, no contexto de análise ambiental e termo energética. Após o processo de treinamento, iniciou-se as pesquisas de embasamento teórico, para justificar a importância do estudo do software no meio acadêmico brasileiro nos dias atuais. Posteriormente, ao compilar toda a parte introdutória do trabalho, inicia-se o primeiro capítulo, o qual apresenta um manual sobre os softwares em destaque no Ensaio Teórico. Para isso, é necessário introduzir a função de cada programa, explicando como se inter-relacionam para gerar as análises finais, justificando a necessidade de se propor o estudo sobre os programas Rhinoceros, Grasshopper, Ladybug e Honeybee. Entrando no segundo capítulo, tem-se um manual com um passo a passo de como instalar os programas e realizar análises relevantes para estudos bioclimáticos e termo-energético de edifícios com os plug-ins Ladybug e Honeybee, associados aos softwares Rhinoceros e Grasshopper. Essa etapa é de grande importância para o trabalho, pois é a consolidação do conhecimento previamente adquirido na parte teórica. Como consideração final, são colocadas as observações relacionadas a experiência de utilização do software Grasshopper para análises ambientais e termo-energéticas no ambiente construído. Dentre as considerações são apresentados pontos positivos, negativos, algumas dificuldades durante o processo de aprendizagem e recomendações para utilizações futuras do programa, principalmente no meio acadêmico brasileiro. Segue a Figura 8 ilustrando todo processo metodológico aplicado neste trabalho.

21.


(A) FILTRAGEM

1. Vídeo Aula

(B) ANÁLISES ESCOLHIDAS

(Achar melhor tutorial)

(SunPath e EnergyPlus)

(Se) tem aplicabilidade para o design sustentável;

Ver sequência de vídeos (pausadamente);

(Se) o resultado é expresso no modelo 3D;

Estudar as análises (entender os resultados).

(C) APLICAÇÃO DAS ANÁLISES

Testar viabilidade no modelo 3D.

(Se) o conteúdo foi compreendido.

(A) PESQUISAR REFERÊNCIAS

2. introdução

Filtragem de informações; Retórica expositiva e argumentativa;

Temporal (Linha do Tempo)

Exemplos.

Balanço Energético, LEED, ODS (ONU), Revolução Digital.

(A) INSTALAÇÃO

3. MANUAL

(C) HONEYBEE (EnergyPlus)

Captura de tela das etapas de instalação;

Captura de tela das etapas de instalação;

Captura de tela das etapas de instalação;

Explicar em tópicos cada imagem;

Explicar em tópicos cada imagem;

Explicar em tópicos cada imagem;

1. Comparar resultados finais diferentes (melhor entendimento da análise);

1. Utilização básica;

(A) PONTOS POSITIVOS

4. CONSIDERAÇões finais

(B) LADYBUG (SunPath)

(B) PONTOS NEGATIVOS

(C) RECOMENDAÇÕES

Maior entendimento do projeto;

Necessita de muita organização;

Disseminar cultura de design sustentável;

Integração com vários softwares.

Pouca literatura e manual de utilização.

Inserir treinamento do software nos cursos de arquitetura e urbanismo.

Figura 9 – Metodologia aplicada no trabalho. (Fonte: Arquivo pessoal)

22.


CAPítulo 1


1.programas computacionais

No Brasil, nem todos os profissionais da área da construção civil costumam usufruir das tecnologias computacionais voltadas para construção, principalmente os softwares que avaliam a performance ambiental e energética de um edifício. Primeiramente, apesar de a revolução digital ter se iniciado há mais de 20 anos, a maioria dos programas possuem barreiras como interfaces gráficas de difícil leitura, poucos softwares assim como seus manuais não são acessíveis à língua portuguesa o que dificulta a sua difusão no Brasil. Neste sentido, percebe-se que existe apenas um pequeno número de possibilidades de simuladores com precisão para os diferentes climas brasileiros. Combinando a carência de estudos climáticos na arquitetura do Brasil e a introdução de diversos softwares voltados para a tecnologia ambiental, esse Ensaio propõe uma experiência com o software Grasshopper, o qual apresentará simulações ambientais e termo energéticas para um edifício. Conjuntamente, também são trabalhados o software Rhinoceros e os plug-ins Ladybug e Honeybee. Cada um deles possui importâncias singulares para se gerar as simulações, como por exemplo, o Rhinoceros é o programa base em que serão visualizados os modelos tridimensionais, já o Grasshopper trabalha com algorítmicos e é aonde são definidos todos os parâmetros para as análises climáticas e termo-energéticas, mas para isso é necessário associar os plugins Ladybug, que extrai informações de arquivos climatológicos (epw.) para gerar os estudos referentes à envoltória do edifício como exemplificado na Figura 9, e o Honeybee que possibilita a análise de energia mais detalhada, seja sobre questões térmicas ou luminosas do edifício. Ambos plug-ins permitem a integração com diversos outros softwares validados pela ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineer)2 , como mostrado nas Figuras 10 e 11. A grande vantagem do Grasshopper é a de ser um software com princípios de programação, o que fornece grande autonomia e liberdade para o usuário desenvolver qualquer estudo baseado, exatamente, nas suas necessidades.

Figura 10 – Análise solar em modelo 3D. (Fonte: Urban Terrain Digital Lab) Os softwares são validados pelo documento Standard 140-2014 -- Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs (ANSI Approved) 2

25.


Figura 11 – Aplicações para Ladybug. (Fonte: Food4Rhine website)

Figura 12 – Aplicações para o Honeybee. (Fonte: Food4Rhino website)

1.1. rhinoceros O software Rhinoceros surgiu pela necessidade de se desenvolver curvas complexas em modelos tridimensionais. Mais especificamente, engenheiros mecânicos precisavam desenvolver peças para aviões caças, que necessitavam de formas bem singulares para haver um bom desempenho da aeronave. A tecnologia relacionada a essa produção de curvas se chama NURBS , surgiu na década de 50, e faz o uso de representações matemáticas para a construção e reconhecimento de superfícies curvas complexas. Kolarevic (2003) afirma que a vantagem dessa tecnologia vem da facilidade de se controlar a forma a partir dos pontos, pesos e nós referenciados, permitindo a construção de inúmeras geometrias com alto nível de complexidade.

Figura 13 – Superfície curva construída a partir do conjunto de arcos tangentese segmentos retos. (Fonte: KOLAREVIC, B. 2009).

Logo após, o software Rhinoceros se desenvolveu de forma a ser aplicado como um plug-in para o AutoCAD, em meados dos anos 80. Com sua crescente utilização e desenvolvimento, tornou-se um software independente, capaz de potencializar diversas áreas de estudo que necessitam de uma boa e ampla ferramenta de modelagem 3D. NURBS – Non Uniform Rational Basis Spline.

3

26.


1.2. GRASSHOPPER O software Grasshopper é basicamente um editor gráfico de algoritmos, o qual funciona como um plug-in para o Rhinoceros. Segundo Viola e Sadeghipour Roudsari (2013), Grasshopper se destaca pela sua habilidade como uma ferramenta paramétrica dinâmica de modelagem, a qual faz uso de dados referenciados para definir e criar geometrias dentro do Rhinoceros, além de obter uma ótima performance com diferentes tipos de análises ambientais. Portanto, muitos profissionais e estudantes da área de design e arquitetura já o utilizam como uma ferramenta para modelagem e simulações. A vantagem presente na tecnologia algorítmica e paramétrica do Grasshopper vem da não passividade do usuário em relação ao software, já que para o utilizá-lo com sucesso é necessário ter grande domínio do projeto. Além dos designers e arquitetos conseguirem gerar novas funções (códigos e plug-ins) para o software de acordo com as necessidades do profissional. O que são algoritmos e linguagem paramétrica? Algoritmos são gerados por uma linguagem de programação, algo bem distante da realidade de um designer. Dentro desse método é possível explorar mais caminhos que direcionem à diferentes soluções de projetos. A visão de Terzidis (2006) sobre algoritmo é a de um conjunto de instruções fornecidas pelo ser humano ao computador, que tem como função resolver o problema direcionado a ele, ou seja, é uma racionalização do pensamento humano. De acordo com Mueller apud Woodbury (2010), a linguagem paramétrica aplicada a um design, expressa conceitos que possibilitam uma maior interação sobre o comportamento dos componentes do edifício. As alterações do design, a partir de um modelo parametrizado, são muito mais rápidas e permitem um entendimento maior sobre as análises geradas. Complementando a ideia de modelagem paramétrica, Bini e Glafassi afirmam:

“Com a modelagem paramétrica, regras são criadas no desenho e todo seu desenvolvimento toma partido dessas diretrizes iniciais, tornando mais fácil e rápida a revisão e modificação de todo o desenho. “ (BINI e GALAFASSI, 2017)

27.


1.3. ladybug

Dentre diversos plug-ins disponíveis para o Grasshopper, Ladybug se destaca como uma ótima ferramenta para gerar análises ambientais. Esse plug-in permite a leitura de dados climatológicos disponíveis no formato epw. que podem ser importados do banco de dados do site do EnergyPlus. Devido a sua interface gráfica interativa, há um maior entendimento das análises feitas, além da representação direta de alguns resultados nos modelos 3D, acarretando em um bom suporte de estudo dessa ferramenta durante todas as etapas do projeto. De acordo com Sadeghipour Roudsari (2013), existem outros quatro plug-ins disponíveis para Rhinoceros e Grasshopper capazes de analisar o desempenho ambiental e energético do edifício, porém nenhum tão completo quanto Ladybug, como ilustrado na Tabela 1 a seguir: PROCESSO

FERRAMENTA DE ANÁLISE Ladybug Heliotrope

Geco

Gerilla

Diva for Rhino

Análise Análise Climática

Visualização

Massa/ Estudo de orientação Estudo de iluminação natural Modelagem Energética *Limitado a uma zona termal **Somente diagrama do caminho do sol diário

Tabela 1 – Comparação entre ferramentas de análise ambiental para Rhinoceros e Grasshopper. (Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013).

Ladybug permite estudos de radiação solar, orientação do edifício em relação ao sol e o efeito do percurso solar na construção (sunpath), além de muitos outros. Para as análises de radiação, tem-se três diferentes tipos, sendo elas Tregenza Sky Dome, Radiation Rose e Radiation CallaLily. O primeiro estudo de radiação, Tregenza Sky Dome como mostrado na Figura 13, apresenta as diferentes condições do céu, podendo ser selecionado com qualquer período do ano de forma gráfica, sem associação do resultado gráfico com o modelo 3D.

Figura 14 – Exemplo gráfico do Tregenza SkyDome. (Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013).

28.


Já o segundo tipo de radiação (Figura 14), Radiation-Rose trabalha com a intensidade da radiação em diferentes orientações, pode-se mudar o ângulo vertical da superfície, o período e o resultado apresentado, o que também é apenas representado em modelo gráfico 2D.

Figura 15 – Exemplo gráfico do Radiation Rose. (Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013).

Por fim, o terceiro estudo de radiação, Radiation CallaLily, permite a associação direta do resultado com as superfícies do modelo 3D, seja em qualquer ângulo, o usuário consegue visualizar a relação dos dados referentes ao estudo de radiação solar diretamente na geometria, tal qual demonstrado na Figura 15.

Figura 16 – Exemplo gráfico do Radiation CallaLily. (Fonte: ROUDSARI S.M., et al 2013).

Nos estudos de orientação, é possível analisar a quantidade de radiação recebida nas fachadas do edifício, além de saber a quantidade de horas em que o sol incide na superfície. Também se pode associar um contexto urbano à análise, possibilitando maior assiduidade nos resultados obtidos. Dentro das análises sobre o percurso do sol, é possível criar conexões com as informações das condições climáticas obtidas no weather data (epw). O usuário pode filtrar a posição do sol em que deseja fazer o estudo, por exemplo, para as piores situações durante o ano, o que pode proporcionar uma melhor solução construtiva a partir dos resultados obtidos. Um importante exemplo de estudo vinculado a essa função é o de tecnologias de proteção solar (brise), que pode ser feito facilmente por causa da modelagem paramétrica, que permite comparar e testar diversas situações com comandos mais rápidos (Figura 16).

29.


Figura 17 – Exemplo de estudo de proteção solar com Ladybug. (Fonte: Video Aula - Youtube)

1.4. Honeybee

Honeybee surge como uma extensão do plug-in Ladybug, devido a grande quantidade de funções que ambos possuem. Honeybee é uma ferramenta que permite análises muito mais complexas, trabalhando diretamente com Radiance, Daysm e EnergyPlus, softwares certificados pela ASHRAE. Dessa forma, a utilização desse plug-in se torna essencial nas fases mais adiantadas do projeto, pois nessas etapas serão considerados materiais da envoltória e tipos de abertura, além de já servir para análises em fase final de projeto quando já se tem noção dos equipamentos que serão utilizados. Para criar uma análise no Honeybee, normalmente são necessárias quatro etapas, sendo elas a preparação da geometria (Figura 17) para simulação, adaptando alguns elementos da modelagem para que o plug-in reconheça melhor cada função.

Figura 18 – Exemplo de simplificação da geometria e dicas de desenho para Honeybee. (Fonte: Video Aula Chris Mackey-Youtube).

30.


O segundo passo é a inserção das informações (Inputs) para que se inicie a terceira etapa, a simulação propriamente dita. Nessa fase, para o EnergyPlus, por exemplo, é necessário introduzir os arquivos climáticos codificados pelo Ladybug (epw). Por fim, o último passo é a visualização dos resultados obtidos nas análises (Outputs), uma vantagem do plug-in Honeybee é a disponibilização de diferentes componentes que permitem explorar os resultados de variadas formas. Segundo a Figura 18 abaixo, é possível entender o panorama geral da ferramenta Honeybee dentro do processo de criação de um design.

Criar zonas na geometria no Rhino.

assimilar zonas com propriedades no Honeybee

mudar todas as propriedade para simular com exatidão

Processo de tentativa com diferente estratégia p/ melhorar o design.

carregar e visualizar resultados

UM BOM DESIGN!

entender os resultados

Processo para análise energética. Processo de tentativa pós erro.

simular

testar diferentes estratégias

Figura 19 – Processo de simulação com Honeybee. (Fonte: Vídeo Aula Chris Mackey-Youtube).

31.


CAPítulo 2


2. Método aplicado [manual] Esse capítulo consiste em um Manual Prático dos plug-ins Ladybug e Honeybee. Com isso, são mostrados os passo a passo de instalação de cada software necessário para o funcionamento dos plug-ins, a análise do caminho do Sol (SunPath) feita pelo Ladybug e análise que envolve o EnergyPlus feita pelo Honeybee.

2.1. instalação Com a intenção de se instalar todos os softwares necessários para que o Ladybug e Honeybee possam funcionar, apresentam-se onze passos, sendo eles:

1.

A instalação do Rhinoceros é feita pelo download direto no próprio site: https://www.rhino3d.com/download, e seguindo as instruções do próprio software para a sua instalação.

2.

Para instalar o Grasshopper é necessário fazer o download do arquivo no site: www.rhino3d.com/download/grasshopper/1.0/wip.

Figura 20 – Download Grasshopper3D (Fonte: rhino3d.com)

4.

Abra o Rhinoceros e digite na barra de ação – Grasshopper – e aperte Enter.

Figura 21 – Abrindo o Grasshopper3D (Fonte: Acervo pessoal).

33.


5.

Próximo passo é instalar o GhPython. Esse plug-in interpreta a linguagem Python de programação,tornando-a mais acessível a todos os componentes do Grasshopper. O download é feito no site: http://www.food4rhino.com/app/ ghpython

Figura 22– GhPython Download (Fonte: food4rhino. com).

6.

Ao finalizar o download, abra o Rhinoceros o Grasshopper e a pasta onde se encontra o arquivo Ghpython e arraste o arquivo para dentro do Grasshopper.

Figura 24- Ghpyhton instalado. (Fonte: Acervo Pessoal).

Figura 23 –Instalando Ghpython (Fonte: Acervo Pessoal).

34.


7.

Para instalar Ladybug e Honeybee é necessário acessar o site: http://www.grasshopper3d.com/group/ladybug e fazer o download dos plug-ins.

Figura 25 – Download Ladybug e Honeybee. (Fonte: grasshopper3d.com).

8.

Ao término do download, extraia a pasta com todos os arquivos e arraste para dentro do Grasshopper todos os arquivos baixados.

Figura 26 – Instalando Ladybug e Honeybee (Fonte: Acervo Pessoal).

35.


8.

Figura 27- Ladybug e Honeybee Instalados - Barras de comando (Fonte: Acevo Pessoal).

9.

Agora instale o Radiance, faça o download no site https://www.radiance-online. org/download-install e siga as instruções de instalação oferecidas pelo software.

necessário que se instale o EnergyPlus. Faça o download nesse site: (https:// 10. Éenergyplus.net/downloads). Escolha a versão mais atual/ou compatível com as versões do LadyBug e Honeybee e siga as instruções de instalação do próprio software.

Figura 28- Interface da página de download do EnergyPlus -Versão 8.8.0. (Fonte: Acevo Pessoal).

fim, instale o plug-in falsecolor2.exe que se encontra disponível para 11. Por download no site: https://github.com/tbleicher/wxfalsecolor-Ao baixar, o plug-in arraste-o para a pasta C:\Radiance\bin.

36.


2.2. análise sunpath Com a finalidade de se fazer um manual, foi gerado um modelo 3D básico no Rhinoceros, a unidade necessária para se trabalhar com Ladybug e Honeybee é Metros. O modelo possui três cômodos e foi baseado em uma construção de baixo custo, como apresentado na Figura 28 a seguir:

Figura 29 – Planta baixa e perspectivas do modelo utilizado nas análises. (Fonte:Acervo Pessoal).

A análise do caminho do sol é contextualizada para o clima de Brasília resultando no estudo de horas de incidência solar nas fachadas, e para isso é apresentado, também, o edifício com contexto urbano (inclusão de um edifício em altura vizinho) para a judar na visualização de diferentes situações da análise SunPath.

37.


1.

Arraste a função do

Ladybug para iniciar sua utilização.

Figura 30 – Iniciando Ladybug. (Fonte: Acervo Pessoal).

2.

Baixe no site www.energyplus.net/weather o arquivo EPW da cidade em que deseja trabalhar.

Figura 31 – Arquivo Climático EPW. (Fonte: https://energyplus.net/weather).

3.

Abra o

Ladybug_Open EPW Weather data.

4.

Abra Ladybug_import EPW. Para esse trabalho foi escolhido o arquivo climático de Brasília.

38.


5.

Clique duas vezes com o botão esquerdo do mouse, digite boolean toggle, conecte-o ao LB_Open EPW e clique duas vezes para ativá-lo (True). Booelan toggle: tem a mesma função de um botão de liga e desliga. Ao ativá-lo aparece a pasta onde está salvo o arquivo EPW, apenas abra o arquivo selecionado.

Figura 32 – Incluindo arquivo climático na análise. (Fonte: Acervo Pessoal).

6.

Arraste a ferramenta Ladybug_Sunpath que se encontra no quadro 2|Visualize WeatherData. A função desse quadro é gerar o gráfico da Carta Solar.

Figura 33 – Ferramenta para análise Sunpath. (Fonte: Acervo Pessoal).

39.


7.

Conecte as funções Input Number Slider (north_), Boolean Toggle e Panel e Outputs Mesh, Geometry e Text Tag. Para isso, clique duas vezes com botão esquerdo do mouse e digite cada uma delas. Number slider: é um controle deslizante para se aplicar um número ao parâmetro conectado com a rápida possibilidade de alteração. Panel: função que permite ler as informações da “caixa” em que for conectado. Mesh: para formar a malha (mesh) do gráfico de carta solar por onde o Sol percorre. -

Geometry: cria geometria representativa do Sol.

Text tag: gera o texto com as informações do período de análise e o resultado no gráfico.

8.

Defina as horas, data e mês em que queira fazer a análise (o que pode ser feito de diversas formas). Nesse caso iremos utilizar a função Panel e digitar hora (15h) e mês (05).

Figura 34 – Inputs e Outputs conectados no Sunpath (Fonte: Acervo Pessoal).

40.


9.

Arraste a função Sunlight Hours Analysis que irá calcular a quantidade de horas em que o Sol incide na fachada do edifício. Ferramenta está na aba 3|Environmental Analysis.

Figura 35 – Conectando Sunlight Hours Analysis (Fonte: Acervo Pessoal).

conectar os inputs Brep, Number slider (_gridSize_ e disFromBase) 10. Ée necessário Boolean Toggle (_runIt) e os outputs Mesh (sunlightHoursResult) e Geometry (legendBasePt). -

Brep: permite a associar com a geometria escolhida para ser analisada.

- gridSize_: o número conectado irá definir o tamanho do grid criado na superfície do modelo 3D. - disFromBase: distância do grid à superfície de análise. *Obs: Para visualizar melhor o resultado gráfico no modelo, coloque o 3D do Rhinoceros em estilo Wireframe.

Figura 36 – Gerando os Resultados no modelo 3D. (Fonte: Acervo Pessoal).

41.


Para aplicar um contexto na análise, crie outro Brep e o conecte ao input context.

11. Dessa forma é possível obter análises mais condizentes com a realidade, como

se pode observar quando colocamos um edifício vizinho bem mais alto perto da habitação em análise.

Figura 37 – Analisando SunPath com contexto. (Fonte: Acervo Pessoal).

2.3. análise energyplus A utilização do Honeybee permite que o software EnergyPlus funcione dentro do Grasshopper. O EnergyPlus é um software de análise de desempenho de edificações, capaz de gerar simulações completas sobre o edifício. Exemplo disso é a possibilidade de executar schedules que são planilhas definidoras das características funcionais do edifico, além de poder aplicar a simulação com vários tipos de equipamentos elétricos, o que permite uma maior veracidade nos resultados das análises obtidas. No passo a passo a seguir será apresentada a análise básica feita pelo EnergyPlus para o clima de Brasília, deixando claro que existem muito mais conteúdos a ser abordados devido ao seu amplo campo de atuação nas análises termo-energéticas.

42.


1.

Adapte o modelo para que a geometria seja simplificada em zonas. É importante que se organizem as zonas em camadas. Para esse modelo, a geometria foi refeita no Rhinoceros com as ferramentas 1.Polyline, 2. ExtrudeCrv e 3. Layers, como mostrado nas figuras abaixo.

Figura 38 – Ferramenta Polyline. (Fonte: Acervo Pessoal).

Figura 39 – Ferramenta ExtrudeCrv e selecione ‘S’ [solid]. (Fonte: Acervo Pessoal). Figura 41 – Selecionar a geometria e definir o layer. (Fonte: Acervo Pessoal).

Figura 40 – Criando Layers. (Fonte: Acervo Pessoal).

Figura 42– Geometria adaptada para análise no EnergyPlus (Fonte: Acervo Pessoal).

43.


2.

Arraste as funções Ladybug e Honeybee (Let them Fly). Os ícones encontram-se na aba 00|Honeybee.

Figura 43 – Ícones do Ladybug e Honeybee que permitem sua utilização. (Fonte:Acervo Pessoal).

3.

Arraste função 10| Energy|Energy.

‘Run Energy Simulation’ que encontra-se na aba

Figura 44 – Inserindo Run EnergySimulation (Fonte: Acervo Pessoal).

44.


4.

Insira o arquivo climático (epw) através da função Ladybug_Open EPW Weather data. Para isso ative a ferramenta colocando a função Booelan toggle em true e conecte a caixa Run Energy Simulation.

Figura 45 –Inserindo um arquivo climático (epw). (Fonte: Acervo Pessoal).

5.

Próxima função a ser conectada na simulação é a Analysis Period, que determina o período em que a análise será feita. A função se encontra na aba 01| AnalyzeWeatherData do Ladybug. - Para essa análise foi definido o período de 1 de janeiro à 28 de fevereiro, através da ferramenta Number Slider na posição (2).

Figura 46 - Definição do período da análise. (Fonte: Acervo Pessoal).

45.


6.

Outra função a ser conectada é a EnergySimPar que pode estabelecer 11 parâmetros a análise energética. O parâmetro utilizado nessa análise será apenas o terrain, o qual define a característica do ambiente a ser instalado o modelo 3D. Esse parâmetro a juda na caracterização dos tipos de ventos, para isso se define em (0) cidade, (1) subúrbio, (2) cidade interiorana, (3) cidade praiana. - Para esta análise foi definido o meio de uma cidade (0) com a ferramenta Number Slider.

Figura 47 -Definindo parâmetros a análise – tipo de terreno. (Fonte: Acervo Pessoal).

7.

Agora serão definidas as zonas. Utiliza-se a função Mass2Zone que se encontra na aba 00|Honeybee. Nessa caixa será definida a geometria de cada zona pelo Brep, os nomes com Panel de cada zona e o programa do edifício com bldgProgram e ListZonePrograms. - Para esta análise foi definido o programa com um Apartamento pequeno, a fim de trazer as características de uma residência.

Figura 48 -Definindo as zonas. (Fonte: Acervo Pessoal).

46.


8.

Cada Brep está definido uma zona da casa, sendo elas Banheiro, Quarto e Sala/Cozinha.

Figura 49 -Brep definindo o Banheiro (Fonte: Acervo Pessoal).

Figura 50 -Brep definindo o Quarto (Fonte: Acervo Pessoal).

Figura 51 -Brep definindo o Sala/ Cozinha (Fonte: Acervo Pessoal).

9.

Também foi definida a geometria da proteção solar com EP_Context. Para isso é necessário definir um Brep com a geometria do brise.

Figura 52 -Inserindo brise na análise termo-energética. (Fonte: Acervo Pessoal).

47.


próxima etapa é definir como True o input writeIDF, mudar o diretório 10.Aonde serão salvos os resultados e o nome do arquivo com Panel e True novamente para começar a simulação. - Foram escolhidas as análises de zoneEnergyUse e zoneComfortMetrics ao se arrastar a função Generate EPOutput e definir como True para essas simulações.

Figura 53- Iniciando a simulação. (Fonte: Acervo Pessoal).

a simulação terminar, é muito importante conferir se ocorretam erros graves 11. Após durante a análise, para isso conecte Panel no Output report.

Figura 54 -Conferindo a existência de erros na simulação. (Fonte: Acervo Pessoal).

48.


finalizar, acesse a pasta onde se encontram os resultados e abra o arquivo em 12. Pra HTML para ver o relatĂłrio.

Figura 55 -Pasta com arquivos resultantes da simulação feita. (Fonte: Acervo Pessoal).

49.


considerações finais O presente trabalho demonstra a utilização de um novo software a ser aplicado na arquitetura, principalmente em estudos analíticos de cunho ambiental e termo-energético. O trabalho construiu-se em parte introdutória e um manual de utilização dos programas envolvidos sobre as avalições de desempenho do edifício. A experiência de utilização do software se consolidou, em sua maioria, de forma positiva devido ao estudo prévio dos tutoriais encontrados em vídeo aula, e em seguida as tentativas de aplicação da análise recém estudadas no edifício modelado para esse trabalho. Com esse ciclo de estudos é possível aprender e captar a forma em que o Grasshopper se desenvolve, pois para um estudante de arquitetura a linguagem paramétrica, através de algoritmos, é algo bem distante da sua realidade. Sendo assim, há um estranhamento inicial na forma de se raciocinar parametricamente, porém a constante utilização, permite um fortalecimento da relação com o software, permitindo que o autor do projeto compreenda muito mais cada intenção proposta no edifício. Outro ponto forte do software é o poder de integração com vários outros programas, não tendo a necessidade de aprender cada um separadamente. Ao se compreender muito bem como o Grasshopper trabalha, o usuário já consegue usar os outros programas, todos com caraterísticas importantes para se contemplar um bom estudo de desempenho ambiental e termoenergético de um edifício dentro da mesma interface, sendo eles: EnergyPlus, Radiance, Diva, Daysm, Therm Window, OpenStudio e outros. Porém, a utilização do Grasshopper necessita de uma organização muito maior em relação aos outros softwares de análise bioclimática e energética. Isso se dá pela necessidade de construir cada etapa da análise, desde os gráficos até a construção de cada camada de parede. Outro ponto negativo é que devido a complexidade inicial do software em relação a sua utilização em estudos ambientais e termo energéticos, ainda não existem muitas literaturas e manuais que expliquem de forma completa as possíveis análises desenvolvidas no Grasshopper. Dessa forma, as únicas fontes de referência são alguns sites relacionados ao programa e vídeos disponibilizados por usuários mais experientes. Durante o processo de aplicação do tutorial no modelo 3D do trabalho, ocorreram alguns contratempos relacionados ao resultado. Primeiramente, com a análise realizada no Ladybug, foi pré-estabelecido analisar contextos de cidades diferentes visando demonstrar variados resultados gráficos. No entanto, a análise do caminho do sol acaba não obtendo grande diferença quando aplicada em diferentes locais, apenas aplicando diferentes contextos ao modelo 3D.

51.


Já na análise proposta pelo Honeybee, ocorreram dois problemas na aplicação dos tutoriais ao modelo. O primeiro acontece ao se fazer o passo a passo inicial do EnergyPlus, o qual foi necessário o uso da função EnergySimPar que não possuía o mesmo input mostrado no vídeo (input terrain). Logo, foi necessário baixar outra versão dos softwares já instalados para, assim, tentar achar a função. Essa solução foi dada próprio pelo autor do vídeo aula, após questioná-lo sobre o problema. Por fim, o segundo problema foi a não compatibilização da análise ensinada no tutorial com o modelo utilizado no trabalho. Exemplo disso foi a tentativa de aplicar zonas no modelo 3D do Ensaio Teórico, sendo que no vídeo foi feita apenas uma zona e o modelo trabalhado apresenta três zonas. Logo, foi necessário um maior estudo das ferramentas e das mensagens de problemas dados pelas mesmas sobre o que não estava dando certo, até que se solucionasse essa divergência. Visando todo o quadro de aplicação do programa, pode-se concluir que é de extrema importância a sua utilização no ambiente acadêmico. Pois é uma ferramenta que possibilita aproximar o autor do projeto com um design sustentável, impondo que ha ja uma melhor compreensão do projeto, logo, um cuidado maior com cada etapa desenvolvida no design do edifício, principalmente no contexto brasileiro, o qual possui um déficit enorme de edifícios que tenham um bom desempenho energético. Dessa forma, seria de grande crescimento para a arquitetura brasileira, a inserção de conteúdos sobre softwares que trabalhem com análises ambiental e termo-energética no ambiente acadêmico, como forma de capacitação dos futuros arquitetos para desenvolverem edifícios mais eficazes e que gerem menos impactos no meio ambiente.

.Pontos Positivos

.recomendações

- Maior compreensão do projeto e análise;

- Software de grande importância dentro do ambiente acadêmico;

- Maior integração com outros softwares. * EnergyPlus, Radiance, Diva, Daysm, Therm Window, Open Studio...

.Pontos negativos - Necessita maior organização ; - Pouca literatura e manuais sobre a utilização do Grasshopper como ferramenta de análise ambiental e termo-energética.

.erros

- Aproxima autor do projeto com o próprio projeto;

(Logo) Maior compreensão e qualidade do projeto;

Maior capacitação dos profissionais em executarem projetos de edifícios eficientes desde a base acadêmica;

- Ladybug: Mudança na amostra de resultados pelo ; - Honeybee: .Versão utilizada inicialmente não tinha a mesma função; e .Não compatibilização do tutorial com a necessidade do modelo 3D do manual (Zonas).

52.


anexos

o que é?

Rhinoceros • Software de modelagem 3D com tecnologia NURBS (Non Uniform Rational Basis Spline); *NURBS: Criada por engenheiros, é uma representação matemática a fim de reconhecer superfícies curvas para o desing de chassis de atuomóveis. (Década de 50)

rhino p/ grasshopper

aplicações

• Surgiu como plugin do AutoCAD, depois tornou-se um aplicativo independente;

• Utilizado nas áreas de: arquitetura; engenharia mecânica; e design.

• O Rhinoceros é o software base para o funcionamento do Grasshopper; • Visualizador da modelagem 3D a ser analisada;

53.


o que é?

• Gerados por linguaguem de programação;

análise ambiental e termo-energética

• Software grátis com princípios de linguagem de programação, algoritmos;

algoritmos

grasshopper

• Criado em 2008 por David Rutten;

• Conjunto de instruções dadas ao computador; • Racionalização do pensamento humano; • Maior autonomia do usuário sob o software.

• Leitura de arquivos .epw; • Visualização da análise direto no modelo 3D; • Possibilidade de diferentes tipos de análise no mesmo software; .Carta Solar; .Incidência solar; .Ventilação; .Estudo Psicométrico; .Desempenho luminoso; 54.


ladybug

tipos de análises

FUNÇões

o que é?

• Plugin grátis criado para o Grasshopper; •Apresenta diversas análises graficamente agradáveis;

ambientais

•Trabalha com softwares certificados pela ASHRAE; • Permite diversas análises de cunho ambiental e termo-energético em uma só plataforma.

• Leitura de arquivos .epw;

• Caminho solar (SolarPath); • Incidência solar (Radiation); • Fluxo do vento (Wind Rose); • Estudo Psicométrico (Psychometric Chart);

55.


FUNÇões

o que é?

honeybee

• Plugin grátis criado para o Grasshopper; • Direcionado para estudos mais detalhados em modelos 3D do que no Ladybug;

• A partir da leitura dos dados .epw no Ladybug, Honeybee permite o desempenho de outros softwares para análise luminosa e termo-energética. • Utiliza a propriedade dos materiais nas análises;

tipos de análises

• Trabalha com zonas dentro do edifício.

• • • • • •

EnergyPlus; Dayism (Desempenho luminoso); Radiance (Desempenho luminoso); OpenStudio; Diva (Desempenho luminoso); gbXml (padronização de análises). 56.


referências

CELANI, G.; MONTEIRO, A. M. G.; FRANCOJ. M. S.; CALIXTO, V.Integração de tecnologias CAD/CAE/CAM no ateliê de arquitetura: Uma aplicação no projeto de edifícios altos. Gestão & Tecnologia de Projetos, São Carlos. v.12 n.1 p29-52 Jan/Abr 2017. http://dx.doi. org/10.11606/gtp.v12i1.99222 CORBELLA, Oscar e YANNAS, Simos. Em busca de uma Arquitetura Sustentável pra os trópicos. Rio de Janeiro: Revan, 2009. CURTI, Corrado. Lebbeus Woods. Arquitetura como estado sólido de reflexões: uma conversa com Lebbeus Woods. Entrevista, São Paulo, ano 2012, n. 045.02, Vitruvius, jan. 2011 <http://www.vitruvius.com.br/revistas/ read/entrevista/12.045/3714/pt_BR>. GINI, C. e GALAFASSI, M. Desenvolvimento de um fluxo de trabalho para dimensionamento de elementos de osbstrução solar, utilizando softwares de modelagem paramétrica. In: XIV Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído. 2017, Balneário Camboriu, SC. Disponível em: http:// www.infohab.org.br/encac/files/2017/topico4artigo23.pdf GUERRA, L. O caso da certificação LEED no Distrito Federal, Brasília: UnB, 2016. KOLAREVIC, B. Architecture in Digital Age – Design and Manufacturing. Nova Iorque, 2009. MAIA, L. O conceito de meio técnico científico informacional em Milton Santos e a não-visão da luta de classes. 2010 MENDES, N.; WESTPHAL, F. S.; LAMBERTS, R.; NETO, J. A. B. C. Uso de instrumentos computacionais para análise do desempenho térmico e energético de edificações no Brasil. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 5, n.4, p. 47-68, 2005 QUINALIA, E. Apesar das iniciativas do governo para minimizar o consumo energético em edificações, o Brasil ainda tropeça na adequação de projetos mais eficientes. Revista Techné. 2009. Disponível em: http://techne.pini.com. br/engenharia-civil/146/artigo285460-1.aspx ROGERS, Richard. Cidades para um pequeno planeta. Barcelona: Gustavo Gili, 2001. ROUDSARI S.M., et al. Ladybug: A parametric environmental plug-in for Grasshopper to help designers create an environmental- conscious design. In: 13th Conference of International Building Performance Simulation. 2013, Chambery, França. Disponível em: https://pdfs.semanticscholar.org/ b2da/2e7f518376ba5ba068b1e39ae574776e9eaa.pdf SANTOS M. A Natureza do Espaço: Técnica e Tempo, Razão e Emoção. 4. ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2006. 57.


Sites importantes -Canal base para Tutoriais sobre Grasshopper. (Autor: David Rutten) https://www.youtube.com/user/DavidMTRutten/videos -Canal base para Tutoriais com Grasshopper no geral. (Autor: Paramarch) https://www.youtube.com/channel/UCk-taU3sDSSyM6qehAJmTRg -Canal base para Tutoriais do Ladybug e Honeybee. (Autor: Mostapha Sadeghipour Roudsari) https://www.youtube.com/channel/UCX0holrRypJilkFo-Dv4JsQ -Canal base para Tutoriais do Ladybug e Honeybee. (Autor: Chris Mackey) https://www.youtube.com/user/chrismackey88/featured -Canal base para Tutorial utilizado no manual do EnergyPlus. (Autor: Brendon Levitt) https://www.youtube.com/channel/UCBAPP9rsJWW1LGQWAIdIxfA -Site com todos os componentes dos plug-ins existentes: https://rhino.github.io/index.html

58.


Experiência Grasshopper-metodologia para análise digital Ambiental e Termo-Energética na Arquitetura  

Produto final do trabalho de pesquisa realizado na disciplina de Ensaio Teórico (2º semestre de 2017) da Faculdade de Arquitetura e Urbanism...

Experiência Grasshopper-metodologia para análise digital Ambiental e Termo-Energética na Arquitetura  

Produto final do trabalho de pesquisa realizado na disciplina de Ensaio Teórico (2º semestre de 2017) da Faculdade de Arquitetura e Urbanism...

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