Uso de algoritmos genéticos para otimização do desempenho termoenergético em edificações nas etapas iniciais de projeto

Autor(es)

Felipe da Silva Duarte Lopes

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
• Data de defesa: 2020-02-20

Membros da banca

Lucila Chebel Labaki; Alberto Hernandez Neto; Nathan Mendes; Martin Ordenes Mizgier; Luiz Bueno da Silva

• Orientador: Lucila Chebel Labaki

Resumo

A demanda de energia em edificações vem aumentando consideravelmente nos últimos anos, e no Brasil os edifícios já são responsáveis pela metade do consumo total de eletricidade no país. Em relação ao meio ambiente, regulamentos energéticos em edifícios têm sido desenvolvidos para reduzir o impacto nas mudanças climáticas. Como estas normativas requerem a quantificação do consumo energético, ferramentas de simulação podem ajudar arquitetos na tomada de decisão nas fases iniciais de projeto de edifícios de alto desempenho, visando a melhoria dos aspectos ambientais, energéticos e econômicos. Existem diversas variáveis a serem consideradas no projeto arquitetônico, e nesse contexto, métodos de otimização podem gerar muitas alternativas para solucionar um problema, obtendo-se as soluções mais adequadas a partir de critérios conflitantes, como custos do consumo energético durante o ciclo de vida da edificação e horas de desconforto térmico. Os algoritmos genéticos, por exemplo, são métodos de otimização baseado na seleção natural dos organismos vivos que otimiza funções de avaliação a partir de operadores de diversidade. Esta pesquisa teve como objetivo avaliar a aplicação de um método com algoritmos genéticos para encontrar soluções ótimas nas etapas iniciais de projeto a partir de critérios de eficiência energética, custo do ciclo de vida e conforto térmico. O trabalho tem como intenção a proposição de um procedimento de otimização para sugerir uma melhoria do atual Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Comerciais, de Serviços e Públicas (RTQ-C). A metodologia da tese se baseia em uma pesquisa exploratória aplicada a estudos de casos. Foi realizada uma revisão sistemática da literatura sobre algoritmos genéticos em estudos de eficiência e conforto, dando suporte aos estudos de simulação de desempenho com o software EnergyPlus. O estudo de validação aplicou um algoritmo genético multiobjetivo para um edifício de escritórios de médio porte na cidade de São Paulo, utilizando estratégias passivas para minimizar o custo inicial da construção e o custo energético no ciclo de vida. 213 casos foram simulados e foi observada uma redução de custo da construção de 6,7% e do custo energético em 5,8% quando comparadas com os resultados do caso base. No segundo caso, o procedimento de otimização acoplou o método non-dominated and crowding distance sorting genetic algorithm (NSGA-II) com o EnergyPlus para reduzir o custo do ciclo de vida e horas de desconforto térmico em outra edificação de escritórios para três cidades em diferentes regiões bioclimáticas brasileiras. As variáveis de projeto foram divididas em geometria, envelope e sistema de ar-condicionado, e a otimização foi realizada no programa jEPlus+EA. Os resultados demonstraram um potencial de redução de 11% no custo do ciclo de vida e de até 37% nas horas de desconforto. Os resultados do trabalho sugerem que o uso dos algoritmos genéticos tem grande potencial em contribuir com as normativas de eficiência energéticas brasileiras, gerando projetos arquitetônicos mais econômicos, energeticamente eficientes e com alta qualidade ambiental em diferentes regiões bioclimáticas do país (AU)

• Processo FAPESP: 16/21667-1 - Método de avaliação do desempenho termoenergético em edifícios de escritório com algoritmos genéticos
• Beneficiário: Felipe da Silva Duarte Lopes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado