Regression models to assess the thermal performance of Brazilian low-cost houses: consideration of natural ventilation

• Main Author: Rossi, Michele Marta
• Other Authors: Chvatal, Karin Maria Soares
• Format: Others
• Language: en
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2016
• Subjects: Brazilian Lowcost house [LCH]; Building performance simulation; conforto térmico; estratégias de ventilação natural; habitações de interesse social [HIS] brasileiras; modelos de regressão (meta-modelos); Natural ventilation strategies; Regression models (meta-models); Simulações do desempenho de edificações; Thermal Comfort
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/102/102131/tde-13102016-163056/

Building performance simulations [BPS] tools are important in all the design stages, mainly in the early ones. However, some barriers such as time, resources and expertise do not contribute to their implementation in architecture offices. This research aimed to develop regression models (meta-models) to assess the thermal discomfort in a Brazilian low-cost house [LCH] during early design. They predicted the degree-hours of discomfort by heat and/or by cold as function of the design parameters changes for three Brazilian cities: Curitiba/PR, São Paulo/SP, and Manaus/AM. This work focused on using the meta-models to evaluate the impact of the parameters related to natural ventilation strategies on thermal performance in LCH. The analyzed Brazilian LCH consisted in a naturally ventilated representative unit developed based on the collected data. The most influential parameters in thermal performance, namely as key design parameters, were building orientation, shading devices positions and sizes, thermal material properties of the walls and roof constructive systems as well as window-to-wall ratios (WWR) and effective window ventilation areas (EWVA). The methodology was divided into: (a) collecting projects of Brazilian LCH, and based on that a base model that was able to represent them was proposed, (b) defining the key design parameters and their ranges, in order to compose the design space to be considered, (c) simulating thermal performance using EnergyPlus coupled with a Monte Carlo framework to randomly sample the design space considered, (d) using the greater part of the simulation results to develop the meta-models, (e)using the remaining portion to validate them, and (f) applying the meta-models in a simple design configuration in order to test their potential as a support design tool. Overall, the meta-models showed R2 values higher than 0.95 for all climates. Except for the regression models to predict discomfort by heat for Curitiba (R2 =0.61) and São Paulo (R2 =0.74). In their application, the models showed consistent predictions for WWR variations, but unexpected patterns for EWVA. === Simulações do desempenho de edificações são ferramentas importantes em todo processo de desenvolvimento do projeto, especialmente nas etapas iniciais. No entanto, barreiras como tempo, custo e conhecimento especializado impedem a implementação de tais ferramentas nos escritórios de arquitetura. A presente pesquisa se propôs a desenvolver modelos de regressão (meta-modelos) para avaliar o desconforto térmico em uma habitação de interesse social [HIS] brasileira. Estes meta - modelos predizem os graus-hora de desconforto por calor ou por frio em função de alterações nos parâmetros de projeto para três cidades brasileiras: Curitiba/PR, São Paulo/SP e Manaus/AM. O foco deste trabalho é o uso dos meta-modelos para avaliar o impacto de parâmetros relacionados com estratégias de ventilação natural no conforto térmico em HIS. A HIS brasileira analisada consistiu em uma unidade representativa, naturalmente ventilada e desenvolvida baseada em dados coletados. Os parâmetros que mais influenciam o conforto térmico, nomeados parâmetroschave de projeto foram: orientação da edificação, posição e tamanho das proteções solares, propriedades térmicas dos sistemas construtivos das paredes e do telhado, assim como, áreas de janela nas fachadas e áreas efetiva de abertura. A metodologia foi dividida em: (a) coleta de projetos de HIS brasileiras que embasaram a proposição de um modelobase que os representassem, (b) definição dos parâmetros chave de projeto e suas faixas de variação, a fim de compor o universo de projeto a ser explorado, (c) simulações térmicas usando o EnergyPlus acoplado com uma ferramenta de Monte Carlo para variar randomicamente o universo de projeto considerado, (d) uso da maior parte dos resultados das simulações para o desenvolvimento dos meta-modelos,(e) uso da porção remanescente para a validação dos meta-modelos e (f) aplicação dos meta-modelos em uma simples configuração de projeto, visando testar o seu potencial como ferramenta de suporte de projeto. De modo geral, os meta-modelos apresentaram R2 superiores a 0,95 para todos os climas, exceto os meta-modelos para predizer desconforto por calor para Curitiba (R2 =0,61) e São Paulo (R2 =0,74). Na fase de aplicação, os modelos mostraram predições consistentes para variações na área de janela na fachada, mas incoerências para variações nas áreas efetiva de abertura.