Design generativo aplicado à conceção de edifícios para otimização do desempenho energético

Abstract

A preservação do meio ambiente é uma preocupação crescente da população em geral que procura reduzir o impacto da atividade humana no planeta. Consciente de que os edifícios são responsáveis por elevados consumos energéticos e emissões diretas e indiretas de carbono, o setor AEC (Arquitetura, Engenharia e Construção), tem demonstrado interesse em minimizar as consequências do elevado consumo energético dos edifícios no meio ambiente. Para o efeito, numa primeira fase, foi levada a cabo uma revisão bibliográfica acerca das estratégias bioclimáticas no que concerne ao impacto da radiação solar, da iluminação natural e da orientação das fachadas, na eficiência energética. Além do referido, para uma melhor compreensão do panorama normativo no que respeita à eficiência energética dos edifícios, procedeu-se a um breve estudo da legislação europeia e nacional nesta matéria. Posteriormente, foi abordado o conceito de design generativo enquanto forma de modelação, em geral, e enquanto uma potencial ferramenta na otimização do comportamento termo energético dos edifícios através da incorporação de algoritmos genéticos. Numa terceira fase, procedeu-se a um estudo prático das potencialidades do design generativo na conceção de um hipotético edifício, aplicando-se conhecimentos de programação visual. Para tal, selecionaram-se alguns parâmetros que podem ser analisados numa fase inicial do projeto do edifício como sejam a geometria solar e, consequentemente, a radiação solar e a iluminação natural, as vistas privilegiadas para o cenário escolhido, a percentagem de área útil com vista para o exterior e o cálculo energético global do edifício. Com o decurso da investigação, efetuaram-se diversas simulações que permitiram avaliar o impacto da geometria dos edifícios no desempenho energético daqueles. Por último, procedeu-se à agregação de todos os resultados das simulações realizadas numa plataforma online, tendo-se obtidos resultados satisfatórios, o que evidencia que, embora a utilização do design generativo como forma de projetar e estudar edifícios seja ainda pouco utilizada, constitui um recurso promissor neste setor.

The environment preservation is a growing concern in the overall population which seeks to reduce the human activities impact on the planet. Conscious that buildings are responsible for high energy consumption and direct and indirect carbon emissions, the AEC (Architecture, Engineering and Construction) sector has shown interest in minimizing the consequences of the high energy consumption of buildings in the environment. For this purpose, a bibliographical review was conducted on bioclimatic strategies regarding the impact of solar radiation, daylighting and façades orientation on buildings thermal behaviour. In addition, for a better understanding of the regulatory landscape with regard to the energy efficiency of buildings, a brief study of European and national legislation in this field was carried out. The concept of generative design was approached as a form of modelling, in general, and as a potential tool in the optimization of thermal energetic building’s behaviour through the incorporation of genetic algorithms. In a third phase, a practical study of the capabilities of generative design in the design of a hypothetical building was carried out, applying visual programming knowledge. To do so, some parameters were selected to be analysed in an initial phase of the building design such as solar geometry and, consequently, solar radiation and daylighting, privileged views for the chosen scenario, percentage of floor area with exterior view and overall energy performance of the building. During the investigation, several simulations were executed to evaluate the building’s geometry impact on the energy performance of the buildings. Finally, the results of the simulations performed on an online platform were aggregated and satisfactory were obtained, which that, although the use of generative design as a way of designing and studying buildings is still small, it is a promising resource in this sector.