Thermal, energy and daylight performance of office buildings with balconies in subtropical climate
Íris Maria Costa Fajardo Werneck Loche
TESE
Multilíngua
T/UNICAMP L787t
[Desempenho termoenergético e luminoso de edifícios de escritórios com varandas em clima subtropical]
Campinas, SP : [s.n.], 2024.
1 recurso online (164 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Leticia de Oliveira Neves
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Resumo: O uso de varandas em climas tropicais tem o potencial de bloquear a radiação solar direta, reduzindo o consumo de energia com refrigeração e melhorando o conforto visual. As varandas, no entanto, também podem diminuir a disponibilidade de luz natural dentro do ambiente, afetando a satisfação...
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Resumo: O uso de varandas em climas tropicais tem o potencial de bloquear a radiação solar direta, reduzindo o consumo de energia com refrigeração e melhorando o conforto visual. As varandas, no entanto, também podem diminuir a disponibilidade de luz natural dentro do ambiente, afetando a satisfação e o bem-estar dos ocupantes. Do ponto de vista do desempenho da edificação, o projeto de varandas nem sempre é trivial e pode afetar o desempenho do edifício em múltiplos domínios. A complexidade de uma análise multiobjetivo para o projeto de varandas é evidenciada na literatura pela escassez de artigos científicos que exploram os efeitos do uso de varandas no desempenho do edifício considerando uma abordagem multiobjetivo. Em vista disso, o principal objetivo desta tese é fornecer recomendações projetuais de varandas para melhorar o desempenho de luminoso, térmico e energético de edifícios de escritórios multipavimentos que operam em modo-misto de ventilação. Um modelo de referência representando um edifício de escritórios e variações de parâmetros geométricos de varandas foram definidos com base em um banco de dados de edifícios de escritórios localizados na cidade de São Paulo, Brasil. Uma análise paramétrica foi utilizada para avaliar os efeitos dos parâmetros projetuais de varandas combinados com parâmetros geométricos da edificação no desempenho de edifícios de escritórios que operam em modo misto. Uma avaliação multiobjetivo foi realizada por meio de simulações computacionais de desempenho luminoso, térmico e energético, usando programas computacionais confiáveis para avaliar diferentes casos de projeto de varandas. Para melhor precisão dos resultados, simulações de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), validadas com experimentos de túnel de vento, foram usadas para gerar dados de coeficiente de pressão; e ensaios de iluminação natural foram desenvolvidos para validar as simulações de desempenho luminoso. Os resultados das simulações, considerando as variações projetuais de varandas, foram avaliados para disponibilidade de luz natural e conforto visual, bem como para o desempenho térmico, energético e da ventilação natural. Os resultados foram cruzados para desempenho de luminoso, térmico e energético, e recomendações projetuais de varandas foram desenvolvidas para cada orientação solar de fachada e combinadas cuidadosamente com a largura da porta envidraçada. Uma combinação ótima, apresentando uma porta envidraçada de 3 metros de largura e uma varanda de 2 metros de profundidade, mostrou-se benéfica para todas as orientações de fachada e para todos os pavimentos do edifício. No entanto, a escolha do tipo de parapeito deve estar alinhada com a localização da varanda, que está diretamente correlacionada com a profundidade do ambiente. Esta combinação projetual de varanda garante níveis ótimos de disponibilidade de luz natural e melhora o conforto visual em até 14%, aumentando o desempenho termoenergético da sala de escritório em até 40%. Os resultados desta pesquisa são pioneiros em fornecer recomendações de projeto de varandas e oferecem informações valiosas para os projetistas de edifícios, destacando que as varandas não devem ser projetadas apenas como elementos decorativos de fachada ou espaços para serviços. Além disso, os métodos desenvolvidos nesta pesquisa podem ser aplicados por pesquisadores/projetistas em seus próprios estudos de caso
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Abstract: The use of balconies in tropical climates holds the potential to block direct solar radiation, thereby reducing energy consumption for cooling and enhancing visual comfort. However, balconies may also diminish daylight availability within the room, affecting occupants’ satisfaction and...
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Abstract: The use of balconies in tropical climates holds the potential to block direct solar radiation, thereby reducing energy consumption for cooling and enhancing visual comfort. However, balconies may also diminish daylight availability within the room, affecting occupants’ satisfaction and well-being. From a building performance perspective, balcony design is not always trivial and can affect building performance in multiple domains. The complexity in trade-offs of balcony design is evident in the literature, as scientific papers have scarcely explored the effects of the use of balconies on the building performance considering a multi-objective approach. Therefore, the main objective of this thesis was to provide balcony design recommendations to improve daylight, thermal, and energy performance of mixed-mode office buildings. A reference model representing a high-rise mixed-mode office building and possible variations of geometric parameters of balconies were defined based on a database of office buildings located in the city of São Paulo, Brazil. A parametric analysis was used to evaluate the effects of balcony and building design parameters on the reference model’s performance. A multi-objective assessment was performed through building performance simulations (BPS) for daylight, thermal and energy performance, using reliable software tools to assess different balcony design scenarios. To improve accuracy, computer fluid dynamics (CFD) simulations validated with wind tunnel experiments were used to generate wind pressure coefficient data, and daylight experiments were developed to validate the daylight simulations. The trade-offs of balcony design were assessed for daylight availability and visual comfort, as well as for natural ventilation, thermal and energy performance. The results were cross-analysed for daylight, thermal, and energy performance and recommendations for balcony design were tailored to each façade orientation and thoughtfully combined with the glazed door width. An optimal combination, featuring a 3-meter-wide glazed door and a 2-meter-deep balcony, proved beneficial for all façade orientations across all floor levels. However, the choice of parapet type should align with the balcony's location, which is directly correlated with the room's depth. This balcony design combination ensures optimal levels of daylight availability and improves visual comfort by up to 14%, enhancing thermal and energy performance within the room by up to 40%. The results of this research study pioneer in providing balcony design recommendations and offer valuable information for building designers, highlighting that balconies should not be designed solely as decorative façade elements or spaces for building services. Additionally, the methods developed in this research can be applied by researchers/designers to their own case studies
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Aberto
Neves, Leticia de Oliveira, 1980-
Orientador
Souza, Roberta Vieira Gonçalves de
Avaliador
Rupp, Ricardo Forgiarini
Avaliador
Amorim, Cláudia Naves David
Avaliador
Faria, João Roberto Gomes de
Avaliador
Thermal, energy and daylight performance of office buildings with balconies in subtropical climate
Íris Maria Costa Fajardo Werneck Loche
Thermal, energy and daylight performance of office buildings with balconies in subtropical climate
Íris Maria Costa Fajardo Werneck Loche