Mínimo Óptimo de Ganancia Solar por fachadas Sistema de doble piel en un edificio de laboratorios en Barranquilla, Colombia. Presentación

MÍNIMO ÓTIMO DE GANHO SOLAR PELAS FACHADAS Sistema de dupla pele em um prédio de laboratórios em Barranquilla, Colômbia

Arquiteto Jorge Hernán Salazar Trujillo Professor Titular UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Latitude: 10 59' Norte °

Altitude: 4 msnm Min média anual 23 C Max média anual 34 C HR 77% - 84% ° °

UNIVERSIDAD DEL NORTE Prédio com alta diversidade de usos Predominância de laboratórios

OBJETIVO

 Atingir um melhor desempenho ambiental da edificação através de técnicas relativas à Otimização de Controle Solar, pela adequada distribuição de um numero constante de painéis pré-fabricados que minimizam o ganho de luz solar direta

Necessidade de reduzir a potencia de resfriamento requerida para um prédio com ar condicionado Interesse dos arquitetos projetistas de fachadas por uma aparência aleatória

METODOLOGIA

1. Distribuição preliminar tentativa 2. Otimização dos componentes 3. Cálculos de carga solar por fachada 4. Construção da ferramenta de cálculo 5. Definição das regras de composição 6. Processo de optimização

N

   6    A    D    A    H    C    A    F

FACHADA 4

   3    A    D    A    H    C    A    F

N

1. DISTRIBUIÇÃO PRELIMINAR TENTATIVA Realizada durante a fase de concurso Setorização interna de acordo com a orientação das fachadas Circulação  Área de serviço Sala de informática Salas de doutorados Escritórios Salas de aula Unidades de controle do ar condicionado

N

Critério de distribuição de 680 painéis em sete fachadas antes dos cálculo Mais painéis nas fachadas mas ensolaradas Cuidar uma imagem coerente do prédio

2. OTIMIZAÇÃO DOS COMPONENTES Simulações de ganho solar para cada elemento e por cada uma das sete orientações

Tamanho constante dos paneis Quatro tipos de painéis : 1. Concreto 2. Vidro 3. Malha metálica + vegetação + terra 4. Vazio

FACHADA 1

FACHADA 2

Simulações individuais do desempenho solar anual FACHADA 3

FACHADA 4

Exemplo MÓDULO DE  VENEZIANAS

FACHADA 5

FACHADA 6

FACHADA 7

3. CÁLCULOS DE CARGA SOLAR POR FACHADA Incidência solar para cada fachada segundo o número e tipo de paneis utilizados

Mistura das simulações de ganho solar individuais

11

11

54

34 Tratamento dos dados em planilhas de cálculo a partir de simulações previamente realizadas

11+11+54+34 = 110 painéis

Exemplo: FACHADA 1

11

11

54

11Go+11Gv+54Gv+34Gb = G(fecha,hora)

34

TOTAL FACHADAS

PROPUESTA

FACHADA 1

FACHADA 2

FACHADA 3

FACHADA 4

PROPUESTA

FACHADA 5

FACHADA 6

FACHADA 7

GANANCIA POR RADIACIÓN SOLAR DIRECTA INTERVALOS DE 10 MINUTOS CADA 15 DIAS

Qualificar o desempenho da somatória de fachadas em uma única cifra 100% corresponde al mismo edificio sin paneis, só com vidro claro

4. CONSTRUÇÃO DA FERRAMENTA DE CÁLCULO Calcular ganancia por radiação solar direta em cada data e hora a partir de simulações de ganho por radiação solar direta

Identificar a fachada com maior ganho solar Qualificar o desempenho do conjunto de fachadas em uma única cifra

2,42% 5,09%

22,03%

1,32% 1,01% 1,55%

5,24%

5,41%

100% corresponde ao mesmo prédio sem paneis, só com vidro

5. DEFINIÇÃO DAS REGRAS DE COMPOSIÇÃO Restrições sobre a distribuição e localização dos elementos Controlar proximidade e repetitividade de seqüências

Fachada Oriental   a    t   e    l   p   m   o    C

  s    i   a    t   e   g   e    V   o   c   a   p   o   o   r    d    i    V   s   a   n   a    i   z   e   n   e    V   s   o    i   z   a    V

Fachada Norte

Fachada Ocidental

Fachada Sul

Verificar áreas ensolaradas resultantes Correspondência com a atividade a realizar no interior

6. PROCESSO DE OPTIMIZAÇÃO Número constante de painéis pré-fabricados

Optimização de controle solar  Avaliação da FASE CONCURSO

2,42% 5,09%

Ganho total por radiação solar direta:

1,32% 1,01% 1,55%

N

5,24%

5,41%

22,03%

Optimização de controle solar  Avaliação do ENSAIO 7

2,52% 3,70%

Ganho total por radiação solar direta :

2,47% 1,75% 2,73%

N

3,06%

2,76%

18,99%

Predio

Simulação dos Ensaios

Fase de concurso 1

2

3

4

5

6

canastra

7

1

5,24%

5,24%

5,24%

5,24%

3,68%

3,04%

3,06%

3,06%

3,02%

2

5,41%

5,41%

3,85%

3,45%

4,26%

4,26%

2,76%

2,76%

3,15%

3

1,01%

1,31%

1,47%

1,47%

1,63%

1,74%

1,74%

1,75%

0,18%

4

5,09%

5,09%

3,63%

3,63%

4,08%

4,08%

4,08%

3,70%

4,78%

5

2,42%

2,42%

2,42%

2,42%

2,42%

2,42%

2,42%

2,52%

2,17%

6

1,32%

1,32%

1,73%

1,73%

1,73%

1,73%

2,44%

2,47%

0,98%

7

1,55%

1,55%

1,98%

1,98%

1,98%

1,98%

2,67%

2,73%

1,36%

TOTAL

2 2, 2,0 4% 4%

2 2, 2,34 %

2 0, 0,3 2% 2%

1 9, 9,9 2% 2%

1 9, 9,7 8% 8%

1 9, 9,2 5% 5%

1 9, 9,1 7% 7%

1 8, 8,9 9% 9%

1 5, 5,6 4% 4%

100,00 ,00% 104 104,69 ,69%

73,13 ,13%

66,88 ,88%

64,69 ,69%

56,41 ,41%

55,16 ,16%

52,34 ,34%

     s      a        d      a        h      c      a        F

6,00%

5,00%

Fachada 1 4,00%

Fachada 2

Fachada 3

3,00%

Fachada 4

Fachada 5

2,00%

Fachada 6 1,00%

0,00%

Fachada 7 Fase de

1 concurso

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

RESULTADOS

CÁLCULO DE GANANCIA POR RADIACIÓN TOTAL DIRECTA UNINORTE

22,03

ORIGINAL CONCURSO

22,03

ENSAYO 4

20,79

20,32

19,92

20,79

19,18 ENSAYO 6

18,98 ENSAYO 7

ENSAYO 1

ENSAYO 5

ENSAYO 2

ENSAYO 3

Redução de até 50% no ganho total por radiação solar direta só cambiando a localização dos paneis Comparação feita com a opção mais eficiente pero economicamente inviável: envolver todo o prédio em venezianas

 A combinação de elementos que formam a solução final da pele da edificação, atingiu todas as condições necessárias, permitiu reduzir o tamanho do equipo para o condicionamento do ar,, seu consumo ar energético, sem maior investimento

CONCLUSÕES

Para garantir a efetividade de tempo de computação, não foi feito um analise baseado somente em simulações . Foi mais útil uma estratégia mista: (simulações parciais + equações tabuladas em planilhas eletrônicas)

CONCLUSÕES

É muito importante levar em consideração quando é bom começar a fazer as simulações e quando elas só são um gasto desnecessário de tempo e recursos  A metodologia utilizada enlaça versatilidade e utilidade. Criar ferramentas à medida das necessidades de casos específicos pode facilitar a criação de soluções computacionalmente económicas

FIM DO DOCUMENTO