Quadra Zero : método de análise ambiental da forma urbana em clima tropical de altitude

Abstract

A transição para uma sociedade pós-carbono representa um imperativo crescente, dada a significativa influência da atividade humana contemporânea sobre o ambiente natural. Nesse contexto, o ambiente construído desempenha um papel crucial tanto na mitigação desses impactos, devido à sua considerável pegada energética, quanto na adaptação às mudanças climáticas emergentes. O conceito de Zero-Energy Building (ZEB) tem ganhado visibilidade por ser um padrão de construção que possui balanço energético nulo que se atinge por meio da adoção de medidas de eficiência e conservação energética, e da geração de energia com fontes renováveis. No entanto, a maioria das pesquisas relacionadas ao tema se concentra na eficiência energética de edificações isoladas, especialmente em contextos climáticos de países desenvolvidos. Com base nisso. o principal objetivo da tese é analisar o potencial para obtenção de ZEB na escala urbana de diferentes tipologias de quadra residenciais no clima tropical de altitude, especificamente no contexto climático de Brasília, por meio de otimização multiobjetivo com critérios ambientais holísticos. Para tanto, os objetivos específicos são três: consolidar a definição de ZEB na escala urbana; desenvolver um procedimento computacional para a avaliação holística de tipologias de quadra; e discutir indicadores e estratégias de desenho urbano baseados no desempenho ambiental. Neste sentido, a tese possui um aspecto de fundamentação e consolidação metodológica. Na tese, a fundamentação teórica consolida as iniciativas no campo conceitual de ZEB na escala urbana por meio de revisão e análise bibliométricas, a partir do banco de dados Scopus e da ferramenta Biblioshiny. Como método, emprega-se uma abordagem computacional baseada na simulação da performance ambiental, design paramétrico e processo de otimização. Analisam-se três tipologias de quadras urbanas: Torre, Edifícios em Fita e Edifícios Perimetrais com Pátio Interno. Desenvolve-se o design paramétrico na interface de programação visual Grasshopper do programa Rhinoceros3D, enquanto as simulações de performance ambiental realizam-se via Ladybug Tools, que servem de interface de acesso para o Radiance e o EnergyPlus. Já o processo de otimização realizado com o plug-in Opossum, empregado com três objetivos a serem maximizados: Índice de Sombra Médio Ponderado (ISmp) para análise do conforto térmico do pedestre; spatial Useful Daylight Illuminance (sUDI) como indicador da iluminação dos espaços internos e Load Cover Factor (LCF) que contempla o consumo e geração energéticos e assim serve para análise do balanço energético nulo. Analisam-se os resultados por meio de correlação de r-Pearson entre as variáveis de projeto da tipologia, objetivos da otimização e outros indicadores, além de aprofundamento com apoio de gráficos de dispersão e análise das variáveis de projeto com auxílio de gráficos boxplot. Também se realiza a clusterização por meio de algoritmo C-means dos melhores resultados presentes na fronte de Pareto. Por fim, analisam-se os melhores cenários para cada um dos três objetivos, além do Volume Dominado – indicador para o equilíbrio (ou trade-off) entre os objetivos de otimização – para cada uma das tipologias, além de uma análise comparativa. Os resultados do estudo no contexto climático de Brasília apontam desempenho superior das quadras com pátio interno, seguidas das quadras com edificações em fita e por último quadras com torres isoladas. Os melhores resultados obtidos apresentam Índice de Sombra Médio Ponderado (ISmp) de 89%, spatial Useful Daylight Illuminance (sUDI) de 88% e Load Cover Factor (LCF) de 34%. Adicionalmente, os melhores resultados de Volume Dominado apresentam aspectos morfológicos que beneficiam cada um dos objetivos de otimização: 1. Edificações mais baixas, o que auxilia a um melhor Load Cover Factor (LCF); 2. Profundidade da edificação intermediária, com equilíbrio entre faixa perimetral com excesso de iluminância e núcleo com iluminância insuficiente, o que favorece spatial Useful Daylight Illuminance (sUDI) e; 3. Quadras com dimensões menores, o que se beneficiam da proteção solar nas áreas urbanas e assim favorece Índice de Sombra Médio Ponderado (ISmp). Dessa forma, o processo de otimização e o indicador de Volume Dominado demonstram potencial para auxiliar na tomada de decisão de projeto, ao fornecer uma abordagem quantitativa que auxilia na exploração do universo de cenários possíveis. Por fim, a abordagem holística da tese impulsiona a busca por soluções de eficiência energética na escala urbana, além de promover o desenvolvimento de projetos urbanísticos mais resilientes e de maior qualidade ambiental, tão necessários em tempos de desafios climáticos crescentes.