Otimização da forma para captação da radiação solar sobre superfícies de edifícios : um exercício de integração entre os programas Rhinoceros e Ecotect

Abstract

Este trabalho tem como objetivo explorar a forma de planos de fachada vinculados à incidência solar, potencializando a aplicação de sistemas fotovoltaicos. A identificação e parametrização de formas segundo os princípios geométricos de captação fotovoltaica, sugerem a aplicação de uma metodologia de projeto para superfícies de fachadas fotovoltaicas, de modo a otimizar a incidência direta da radiação solar, incorporada a volumetria da edificação. O modelo de otimização de fachadas fotovoltaicas consiste em quatro etapas. Inicialmente define-se a tecnologia fotovoltaica e a localização geográfica (1). Posteriormente, é realizada a modelagem elementar tridimensional (2) através do editor de algoritmos gráficos Grasshopper – integrado à ferramenta de modelagem Rhinoceros3D – estabelecendo assim, as restrições e variáveis da forma. Na terceira etapa, correlacionamse transformações geométricas tridimensionais (twist, taper e shear) e incidência solar (3) por meio dos softwares Ecotect Analysis e Grasshopper. Com isso, os parâmetros dimensionais atribuídos às variáveis – transformações geométricas – são vinculados aos parâmetros de radiação solar, visando à geração de formas. Após a seleção das formas com maior potencial fotovoltaico, identificam-se as zonas com maior incidência de radiação solar e realiza-se a manipulação dos pontos de controle das superfícies NURBS (4). Através das transformações geométricas taper, shear e twist foi possível gerar um conjunto de soluções otimizadas, correlacionando dados energéticos e geométricos, integrando métodos de geração de formas e avaliação performática da radiação solar. O estudo identificou que as possibilidades de articulação entre os planos fotovoltaicos e a eficiência energética têm implicações positivas, correlacionando variabilidade formal e geração de energia elétrica.

This work aims explore the shape of façade planes linked to the solar incidence, in order to optimize the use of photovoltaic systems. The identification and parameterization of forms according to geometric principles of photovoltaic capture suggest the application of a design methodology for optimizing the photovoltaic surface façade in order to optimize direct solar radiation, incorporating the volume of the building. The optimization model of photovoltaic façade consists of four steps. Initially decide on the photovoltaic technology and geographic location (1). Subsequently, three-dimensional elementary modeling is performed (2) through the graphic-algorithm editor, Grasshopper, – integrated with the modeling tool, Rhinoceros 3D, – thus establishing, restrictions and variables in shape. In the third stage, threedimensional geometric transformations are correlated (twist, taper and shear) and solar incidence (3) through the computer interfaces of Ecotect Analysis and Grasshopper software. With this, the dimensional parameters assigned to the variables – geometric transformations – are linked to parameters of solar radiation, in order to generate shapes. After the selection of potential photovoltaic shapes, zones with the greatest incident solar radiation are identified and the control points of NURBS surface are manipulated (4). Using the geometric transformations taper, shear and twist, it was possible to generate a set of optimal solutions, correlating geometric and energetic data, integrating shape generating methods and performatic evaluation of solar exposure. The work identified that possibilities of articulation between photovoltaic planes and energetic efficiency have positive results, correlating shape variability and electricity generation.