Desenvolver um edifício com eficiência energética perfeita é relativamente fácil de fazer - se você não der aos ocupantes do edifício qualquer controle sobre o ambiente. Já que ninguém quer esse tipo de construção, O professor Christoph Reinhart concentrou sua carreira em encontrar maneiras de tornar os edifícios mais eficientes em termos de energia, mantendo as necessidades do usuário em mente.

"Neste ponto do projeto de edifícios, a maior incerteza vem do comportamento do usuário, "diz Reinhart, que chefia o Laboratório de Design Sustentável no Departamento de Arquitetura do MIT. "Depois de entender o fluxo de calor, é uma ciência muito exata para ver quanto calor adicionar ou retirar de um espaço. "

Treinado em física, Reinhart mudou para a arquitetura porque queria aplicar os conceitos científicos que aprendeu para tornar os edifícios mais confortáveis ​​e com eficiência energética. Hoje, ele é conhecido internacionalmente por seu trabalho no que os arquitetos chamam de "luz natural" - o uso de luz natural para iluminar interiores de edifícios - e análise de desempenho ambiental de edifícios em nível urbano. As ferramentas de design que surgiram de seu laboratório são utilizadas por arquitetos e planejadores urbanos em mais de 90 países.

O trabalho do Sustainable Design Lab também produziu duas empresas spinoff:Mapdwell, que fornece análises individualizadas de custo-benefício para instalação de painéis solares; e Solemma, que fornece ferramentas de análise ambiental, como DIVA-for-Rhino, um componente de software de modelagem de energia e luz natural altamente otimizado. Reinhart é cofundador e consultor de desenvolvimento estratégico da Mapdwell, e ele é CEO da Solemma.

Através de tudo, a física permaneceu como um pilar central. "Tudo o que nosso laboratório desenvolve é baseado na física primeiro, "diz Reinhart, que obteve o título de mestre em física pela Albert Ludwigs Universität em Freiburg, Alemanha, e Simon Fraser University em Vancouver, Canadá.

Informando o design

Um ambientalista ao longo da vida, Reinhart diz que foi inspirado a estudar arquitetura em parte pelo trabalho do Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar, que construiu uma casa solar totalmente autossuficiente em Freiburg no início de 1990.

Ao terminar sua dissertação de mestrado, Reinhart diz, ele também leu um artigo que sugeria que recursos como a cor podem ser mais importantes do que o desempenho para arquitetos que escolhem um sistema solar - uma ideia que o levou a encontrar maneiras de capacitar os arquitetos a considerarem a estética e o desempenho ambiental de seus projetos ao mesmo tempo . Ele começou este esforço investigando a iluminação natural na Universidade Técnica de Karlsruhe, Alemanha.

A luz é incrivelmente importante do ponto de vista do design - os arquitetos falam em "pintar com luz" - mas também existem desafios técnicos significativos envolvidos na iluminação, por exemplo, como controlar o calor e o brilho, Reinhart diz.

"Você precisa de bons modelos do céu e boas ferramentas de renderização para modelar a luz. Você também precisa da ciência da computação para torná-lo mais rápido - mas isso é apenas o básico, "Reinhart diz, observando que o próximo passo é considerar como as pessoas percebem e usam a luz natural. "Essa maneira de pensar realmente sutil é o que torna a luz do dia tão divertida e interessante."

Por exemplo, os designers costumam renderizar edifícios com todas as cortinas abertas. Se eles aprenderem que as pessoas manterão as cortinas fechadas 90 por cento do tempo com um determinado design, eles provavelmente o repensarão, Reinhart diz, porque "ninguém quer isso."

O software de análise de luz natural desenvolvido pela equipe de Reinhart em 1998 fornece exatamente esse tipo de informação. Conhecido como DAYSIM, agora é usado em todo o mundo para modelar a disponibilidade anual de luz do dia dentro e ao redor de edifícios.

Reinhart também publicou livros sobre iluminação natural:"Manual de iluminação natural I:fundamentos e projetando com o sol" foi publicado em 2014, e um segundo volume, "Daylighting Handbook II:Daylight Simulations and Dynamic Facades, "foi lançado em outubro passado.

"A iluminação natural foi realmente minha primeira forma de entrar na arquitetura, "Reinhart diz, observando que ele acha maravilhoso que o campo combine "ciência sólida da rocha", como modelagem do céu, com questões mais subjetivas relacionadas à experiência dos usuários, tais como:"Quando a luz solar é uma responsabilidade?" e "Quando adiciona interesse visual?"

Ensinando e aconselhando

Depois de obter seu doutorado em arquitetura pela Universidade Técnica em 2001, Reinhart lecionou brevemente na Universidade McGill no Canadá antes de ser nomeado professor associado de arquitetura na Escola de Graduação em Design da Universidade de Harvard. Em 2009, o fórum estudantil lá nomeou-o membro do corpo docente do ano.

Em 2012, ele se juntou ao corpo docente do MIT, onde ele normalmente supervisiona sete ou oito alunos de pós-graduação, incluindo cerca de três trabalhando em seus Ph.D.s. Muitas vezes, ele também tem alunos trabalhando em seu laboratório por meio do Programa de Oportunidades de Pesquisa em Graduação. Vários alunos com especialização em ciência da computação se mostraram particularmente úteis, ele diz.

"É incrível o que os alunos do MIT podem implementar, " ele diz.

Reinhart também é instrutor, claro, nomeadamente ensino 4.401 / 4.464 (Tecnologias Ambientais em Edifícios), que se concentra em como avaliar a eficiência energética dos edifícios.

"Não há nada mais divertido - especialmente em uma instituição como o MIT - do que ensinar esses conceitos, " ele diz.

A Iniciativa de Energia do MIT (MITEI) está agora trabalhando para disponibilizar esse assunto online via MITx, e espera-se que a aula faça parte de um certificado de graduação planejado em energia, de acordo com Antje Danielson, Diretor de educação do MITEI.

Modelagem em escala de cidade

Enquanto isso, Reinhart ampliou sua própria pesquisa para modelar o uso de energia no nível da cidade. Em 2016, ele e seus colegas revelaram um modelo de energia para Boston que estima as demandas de gás e eletricidade de cada edifício na cidade - e sua equipe desde então avaliou outras áreas urbanas.

Este trabalho destacou para ele o quão significativo é o comportamento do usuário para o cálculo do uso de energia.

"Para um edifício individual, você pode ter uma ideia do comportamento do usuário, mas se você quiser modelar uma cidade inteira, esse problema explode em você, "Reinhart diz, observando que sua equipe usa métodos estatísticos como calibração Bayesiana para determinar os comportamentos prováveis.

Essencialmente, eles coletam dados sobre o uso de energia e treinam o computador para reconhecer diferentes cenários, como a energia usada por diferentes números de pessoas e aparelhos.

"Jogamos 800 comportamentos de usuários em uma amostra de edifícios, e como sabemos quanta energia esses edifícios realmente usam, nós apenas mantemos os padrões de comportamento que nos dão o uso correto de energia, "Reinhart diz, explicando que repetir o processo produz uma curva que indica os usos mais prováveis ​​dos edifícios. "Não sabemos exatamente onde as pessoas estão, mas no nível urbano, nós acertamos. "

Determinar como a energia está sendo usada nesta escala ampla fornece informações críticas para atender às necessidades do sistema de energia como um todo, Reinhart diz. É por isso que Reinhart está trabalhando atualmente com a Exelon Corporation, um grande fornecedor nacional de energia, para avaliar o uso de energia em Chicago. "Nós podemos dizer, vamos promover esses tipos de atualizações e praticamente garantir que é assim que a carga de energia em um bairro ou para subestações específicas mudará - que é exatamente o que as concessionárias querem saber, " ele diz.

O nexo comida-energia-água

Recentemente, Reinhart também começou a pesquisar maneiras de tornar a produção de alimentos mais eficiente e sustentável em termos de energia. Seu laboratório está desenvolvendo um componente de software que pode estimar a produção de alimentos, uso associado de energia e água, e as emissões de carbono resultantes para diferentes tipos de fazendas urbanas.

Por exemplo, A agricultura hidropônica de contêineres - um sistema de cultivo de alimentos sem solo dentro de algo como um contêiner de transporte - agora está sendo promovida por empresas em algumas cidades, incluindo Boston. Este sistema normalmente usa mais eletricidade do que a agricultura convencional, mas esse uso de energia pode ser mais do que compensado pela necessidade reduzida de transporte, Reinhart diz. Já, A equipa de Reinhart mostrou que a agricultura em telhados e contentores em terrenos disponíveis em Lisboa, Portugal, poderia teoricamente atender à demanda total de vegetais da cidade.

Este trabalho explora o nexo entre os alimentos, energia, e a água é apenas o próximo nível de complexidade para Reinhart em uma carreira dedicada a mover o ponteiro da sustentabilidade. Felizmente, ele não está sozinho em seu trabalho; ele enviou uma série de jovens acadêmicos ao mundo para trabalhar em questões semelhantes.

Os ex-alunos de pós-graduação de Reinhart agora trabalham em universidades, incluindo Cornell, Harvard, Siracusa, e a Universidade de Toronto, e ele continua a colaborar com eles em projetos.

É como ter uma família em crescimento, diz Reinhart, pai de dois filhos. "Os alunos nunca vão embora. É como as crianças."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.