Multi-objective optimization of the geometry of single-family housing to improve thermal performance

Abstract

Abstract Brazil's current housing deficit exceeds 6 million homes and a demand of 10 million homes for low-income families is expected by 2040. On the other hand, during the last 10 years, approximately 850,000 social housing units have been delivered through the "My House, My Life" Program - (Programa Minha Casa, Minha Vida - PMCMV). Despite these numbers, several studies suggest some problems related to the low quality of the houses. This article aims to investigate the design parameter related to the geometry of social housing in Chapecó/SC, Brazil, which contributes to the achievement of the best thermal performance. Parametric methods and multi-objective optimizations were utilized, two objective-functions were optimized regarding the degree-hours for cooling and heating. The results showed significant improvements, reaching up to 98% during the hot period and 49% during the cold period. Guidelines were defined to assist architects in the early-phases of the social housing design based on the climate of the target region. However, the best design solutions for thermal comfort throughout the year can only be indicated with computational methods.Resumo O déficit habitacional atual do Brasil supera 6 milhões de moradias e pesquisadores ainda preveem um aumento de demanda de 10 milhões de habitações para a população de baixa renda até 2040. Por outro lado, nos últimos 10 anos foram entregues cerca de 850 mil unidades para essa mesma população, através do Programa Minha Casa Minha Vida. Apesar da expressividade dos números, diversos estudos apontam para a baixa qualidade das moradias, dentre eles em relação ao conforto térmico. A partir disso, o objetivo desse artigo foi investigar as configurações de parâmetros relativos à geometria de habitações sociais em Chapecó/SC que contribuem para alcançar os melhores desempenhos térmicos. Com o auxílio de métodos paramétricos e otimizações multiobjetivo, foram otimizadas duas funções-objetivo referentes aos graus-hora de resfriamento e aquecimento. Os resultados mostraram melhorias significativas, chegando a 98% no período quente e 49% no período frio. A partir disso foi possível elencar diretrizes a fim de auxiliar arquitetos nas definições iniciais do projeto arquitetônico de habitações sociais adequadas ao clima da região. Além disso, foi possível perceber que quando o objetivo é priorizar o desempenho ao longo do ano todo, apenas métodos computacionais podem nos indicar as melhores configurações de fechamentos.