Avaliação do consumo de energia em etapas iniciais do projeto : um estudo associando interfaces físicas e digitais como elemento qualificador do processo projetual

Abstract

Modelos físicos possibilitam a manipulação rápida e intuitiva da forma na fase de concepção e exploração do envoltório edificado. Por outro lado, modelos digitais de desempenho oferecem resultados quantitativos que podem contribuir com a tomada de decisões durante a exploração empírica da forma. O diálogo entre ferramentas computacionais e atividades de projeto – desenhar, executar modelos físicos, analisar e testar – envolvem escolhas, por exemplo, quanto à eficiência energética, que podem ser auxiliadas por ferramentas de aprendizagem que explorem a interação entre modelos físicos e digitais. Este trabalho associa a manipulação da forma ao conhecimento sobre seu desempenho energético usando, simultaneamente, dois modelos, físico e digital. O modelo físico apoia a manipulação da composição volumétrica e da fenestração, enquanto o modelo digital permite avaliar o impacto ambiental das escolhas através da simulação do consumo energético. Para capturar a posição dos elementos físicos que compõem o envoltório, o modelo físico utilizou uma câmera e marcadores para capturar a translação e rotação destes elementos. A alteração das dimensões das fenestrações foi controlada, em meio físico, por meio de potenciômetros que gerenciaram a proporção dos planos translúcidos das fachadas com auxílio da plataforma Arduino O modelo físico conectou-se ao modelo digital através das ferramentas computacionais Rhinoceros e Grasshopper, com auxílio do plug-in Firefly e da plataforma ReactVision. O modelo digital simulou o desempenho energético utilizando o software EnergyPlus e os plug-ins do Grasshopper, Ladybug e Honeybee. Como prova de conceito, foi concebido um exercício de exploração da forma, tendo como parâmetro a minimização do consumo de energia para aquecimento e refrigeração do ambiente interno de uma edificação de uso comercial composta por dois prismas regulares. O experimento, que contou com a participação de alunos de graduação de curso de arquitetura e urbanismo, mensurou transformações geométricas, quantidade e desempenho das soluções geradas vis a vis tempo de manipulação (trinta minutos). Relacionando as ações projetuais dos estudantes aos resultados de desempenho da forma, observou-se redução do consumo de energia. Foi possível concluir que o uso do modelo físico associado ao modelo digital pode aumentar a segurança do estudante ao escolher alternativas de projeto ao tomar decisões sobre o desempenho energético de edificações, assim como, pode aumentar a fixação de conteúdos que relacionam forma arquitetônica e desempenho ambiental durante processos de ensino e aprendizagem.

Physical models allow quick and intuitive shape’s manipulation during design and exploration phases of the building’s envelope. On the other hand, digital performance models offer quantitative results, which may contribute to decision making throughout empirical exploration of the shape. The dialogue between computational tools and design activities – drawing, run physical models, analyzing and testing – involves choices, for example, regarding energy efficiency, that be able to aided by learning tools who exploring the interaction between physical and digital models. This work associates shape exploration with the knowledge about the project’s energy performance, apply simultaneously, two models, physical and digital. The physical model supports fenestration and shape composition manipulation, while the digital model allows evaluate the environmental impact of choices through energy consumption simulation. To capture the position of physical elements that make up the building envelope, the physical model used a camera and markers to capture the translation and rotation position of these elements. The manipulation of fenestration dimensions was controlled, in physical media, by means of potentiometers that managed the proportion of façade translucent planes, with support from Arduino platform The physical model connected to the digital model by means of computational tools: Rhinoceros and Grasshopper, with support from Firefly plug-in and the ReactVision platform. The digital model simulated the energy performance using the software EnergyPlus and the Grasshopper plug-ins: Ladybug and Honeybee. As proof of concept, a shape exploration exercise was designed, with as a parameter the energy consumption minimization to heating and cooling the internal environment of a commercial building, composed of two regular prisms. The experiment, that had the undergraduate architecture and urbanism students’ participation, measured geometric transformations, quantity and the performance of generated solutions in relation to manipulation time (thirty minutes). Relating the students’ activities and shape performance results, reduction of energy consumption was observed. It was possible to conclude that using physical models associated with digital models can increase the student reliability when choosing project alternatives, during the building energy performance decision making, as well as, may increase the ability to fix contents that relate architectural shape and environmental performance, during learning and teaching processes.