https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/277286 2026-11-10T13:47:14Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/277387 Telhados frios: um estudo de envelhecimento natural, análise termoenergética em edifícios não climatizados e benefícios econômicos Silva, Milena Paim da Telhados frios, isto é, coberturas com alta refletância solar, são uma estratégia passiva eficaz para melhorar o desempenho térmico e energético de edificações em climas quentes, mas seu desempenho diminui com o envelhecimento das superfícies. Além disso, é difícil quantificar os benefícios econômicos dessa técnica em edificações sem condicionamento de ar. Esta tese avalia a influência do envelhecimento natural e da restauração, feita por limpeza, sobre o desempenho térmico, energético e econômico de telhados frios e propõe um método para estimar seus benefícios em edificações sem ar-condicionado. Telhas de fibrocimento pintadas com oito tintas brancas comerciais, além da telha sem pintura, foram expostas por dois anos em Florianópolis, São Paulo e Manaus. A emitância térmica e a refletância solar foram medidas em laboratório nas condições nova, envelhecida e restaurada, após o primeiro e o segundo ano de exposição, e a absortância solar experimental foi comparada com a estimada pela ABNT NBR 15575-1. Os resultados alimentaram simulações de uma edificação residencial no EnergyPlus, e as diferenças de temperatura interna foram convertidas em carga térmica equivalente e, em seguida, em benefício econômico. A emitância variou pouco, entre 0,81 e 0,88, ao passo que a refletância solar foi fortemente afetada pelo envelhecimento, com a maior perda no primeiro ano de exposição, de até 40%. A limpeza recuperou parte expressiva da refletância, em alguns casos, até o valor inicial, mas de forma desigual entre as tintas. O desempenho também variou entre os produtos: a tinta 3 apresentou o resultado mais favorável e a tinta 8, o menos favorável, o que mostra que uma cobertura branca não garante desempenho equivalente. Em Manaus, o benefício econômico equivalente chegou a R$ 9,55/m² por ano para as amostras novas, valor que representa uma estimativa associada à redução da carga térmica, e não uma economia direta na conta de energia. Conclui-se que a avaliação de telhados frios deve considerar a estabilidade da refletância ao longo do tempo e a manutenção da cobertura.; Cool roofs, that is, roofs with high solar reflectance, are an effective passive strategy for improving the thermal and energy performance of buildings in hot climates, but their performance declines as surfaces age. In addition, the economic benefits of this technique are difficult to quantify in buildings without air conditioning. This thesis evaluates the influence of natural aging and of restoration by cleaning on the thermal, energy, and economic performance of cool roofs, and proposes a method for estimating their benefits in buildings without air conditioning. Fiber cement tiles coated with eight commercial white paints, along with an uncoated tile, were exposed for two years in Florianópolis, São Paulo, and Manaus. Thermal emittance and solar reflectance were measured in the laboratory in the new, aged, and restored conditions, after the first and second years of exposure, and the experimental solar absorptance was compared with the value estimated by the Brazilian standard ABNT NBR 15575-1. The results were used as inputs for EnergyPlus simulations of a residential building, and the differences in indoor temperature were converted into an equivalent thermal load and then into an economic benefit. Emittance varied little, between 0.81 and 0.88, whereas solar reflectance was strongly affected by aging, with the largest loss, of up to 40%, occurring in the first year of exposure. Cleaning recovered a substantial share of the lost reflectance, in some cases back to the initial value, but unevenly across paints. Performance also differed among products: paint 3 gave the most favorable result and paint 8 the least favorable, which shows that a white coating does not guarantee equivalent performance. In Manaus, the equivalent economic benefit reached R$ 9.55/m² per year (about US$1.83/m² per year) for new samples, a figure that is an estimate tied to the reduction in thermal load rather than a direct saving on the electricity bill. The study concludes that cool roof assessments should account for the stability of reflectance over time and for roof maintenance. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/277378 Fluxo de trabalho BIM-to-BEM automatizado para avaliação e etiquetagem de eficiência energética de edificaçõees Muta, Luís Filipe Esta tese desenvolve e valida um fluxo de trabalho BIM-to-BEM automatizado aplicável à avaliação e etiquetagem de eficiência energética de edificações por meio de simulação, utilizando o Programa Brasileiro de Etiquetagem de Edificações (PBE Edifica) como referência de demonstração. A pesquisa parte do reconhecimento de que métodos baseados em simulação oferecem maior resolução para representar o comportamento termoenergético das edificações, porém permanecem limitados pelo elevado custo de preparação de modelos, dependência de intervenções manuais e variabilidade interpretativa na tradução de requisitos normativos em configurações de simulação, fatores que reduzem a rastreabilidade e dificultam a aplicação recorrente. Para enfrentar esse problema, o trabalho articula requisitos de informação, diretrizes de modelagem, protocolo de simulação e um pipeline orientado à verificação, correção e enriquecimento de dados exportados. A tese organiza-se em quatro estudos interdependentes: revisão integrativa do cenário brasileiro (28 estudos), revisão sistemática internacional (106 artigos), investigação experimental sobre o efeito da granularidade de modelagem BIM nos resultados de simulação (62 cenários) e proposição de um fluxo BIM-to-BEM automatizado via gbXML, demonstrado em edifício universitário de 8.100 m². A revisão nacional evidencia a predominância de extração de informações geométricas e de soluções pontuais com baixa padronização, enquanto a análise internacional reforça que os desafios de interoperabilidade persistem mesmo em contextos maduros. A investigação experimental demonstra que a granularidade semântica associada às condições internas pode dominar a variabilidade dos resultados (68% entre os extremos) e induzir interpretações inadequadas quando as simplificações não são controladas. Com base nessas evidências, a tese implementa um pipeline automatizado em programação Python que aplica regras de verificação, correção e padronização pósexportação, integra um protocolo de simulação alinhado aos requisitos normativos e operacionaliza o princípio de "tão detalhado quanto útil" por meio de uma granularidade adaptada ao objetivo da avaliação. A demonstração no edifício universitário gera, em aproximadamente 15 minutos, modelos BEM consistentes para condição real e condição de referência, e calcula a classificação energética. Os resultados sustentam que a estruturação integrada do fluxo reduz significativamente o retrabalho manual, favorecendo consistência metodológica e ampliando transparência e rastreabilidade. Como contribuição científica, a tese propõe e demonstra um fluxo de trabalho automatizado que sistematiza a conversão BIM-toBEM por meio da articulação entre requisitos de informação, diretrizes de modelagem, protocolo de simulação e pipeline automatizado de pós-processamento, reduzindo a variabilidade procedimental e viabilizando a aplicação de simulação termoenergética em rotinas normativas de etiquetagem com maior agilidade, transparência e escalabilidade. Essa estrutura oferece à academia um modelo replicável para a integração BIM-BEM e à sociedade um caminho para a ampliar a confiabilidade e a eficiência em esquemas de certificação energética obrigatória.; This thesis develops and validates an automated BIM-to-BEM workflow for energy efficiency assessment and buildings labeling through simulation, using the Brazilian Building Energy Labeling Program (PBE Edifica) as a demonstration reference. The research acknowledges that simulation-based methods offer higher resolution to represent the thermoenergetic behavior of buildings, yet remain limited by high model preparation costs, dependence on manual interventions, and interpretative variability in translating regulatory requirements into simulation configurations â factors that reduce traceability and hinder recurrent application. To address this problem, the work articulates information requirements, modeling guidelines, a simulation protocol, and a pipeline oriented toward verification, correction, and enrichment of exported data. The thesis is organized into four interdependent studies: an integrative review of the Brazilian scenario (28 studies), a systematic international review (106 articles), an experimental investigation on the effect of BIM modeling granularity on simulation results (62 scenarios), and a proposition of an automated BIM-to-BEM workflow via gbXML, demonstrated in an 8,100 m² university building. The national review reveals a predominance of geometric information extraction and ad hoc solutions with low standardization, while the international analysis reinforces that interoperability challenges persist even in mature contexts. The experimental investigation demonstrates that semantic granularity associated with internal conditions can dominate result variability (68% between extremes) and induce inadequate interpretations when simplifications are not controlled. Based on this evidence, the thesis implements an automated Python pipeline that applies post-export verification, correction, and standardization rules, integrates a simulation protocol aligned with regulatory requirements, and operationalizes the principle of \"as detailed as useful\" through granularity adapted to the assessment objective. The demonstration in the university building generates, in approximately 15 minutes, consistent BEM models for actual and reference conditions and calculates the energy rating. The results support that the integrated workflow structure significantly reduces manual rework, promotes methodological consistency and enhances transparency and traceability. As a scientific contribution, the thesis proposes and demonstrates an automated workflow that systematizes BIM-to-BEM conversion through the unprecedented articulation of information requirements, modeling guidelines, simulation protocol, and automated post-processing pipeline, reducing procedural variability and enabling the application of thermoenergetic simulation in regulatory labeling routines with greater agility, transparency, and scalability. This structure offers academia a replicable model for BIM-BEM integration and society as a pathway to expand reliability and efficiency in mandatory energy certification schemes. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/277326 Estudo da retração em sistemas álcali-ativados híbridos baseados em metacaulim com substituição de cinzas residuais: cinza volante e cinza da casca de arroz Moser, Edna Nos últimos anos, materiais sustentáveis como as cinzas residuais têm ganhado ênfase em pesquisa com potencial na substituição do cimento Portland (CP). Os materiais álcali-ativados (MAAs) apresentam boas propriedades mecânicas, além de benefícios ambientais e econômicos. Porém, é importante compreender melhor as magnitudes de retrações que ocorrem em sistemas puros e mistos. Com isso, o objetivo desta pesquisa foi avaliar os mecanismos de retração dos sistemas álcali-ativados (SAAs) híbridos baseados em metacaulim (MK) com a substituição de cinza volante (CV) e cinza da casca de arroz (CCA). Inicialmente, foi investigado a densidade e a resistência mecânica das pastas álcali-ativadas (AAs) com as cinzas residuais, variando a concentração molar de NaOH em 8/10/12/14 M para uma solução ativadora 1:2 (NaOH:SS). As análises preliminares mostraram boa reatividade e resistência mecânica dos materiais com baixa ativação, portanto, seguiu-se os ensaios com 8 M para as argamassas híbridas AAs, com 10% de CP e substituição em 30% e 45% de CV e CCA. As argamassas foram produzidas com uma relação l/a de 0,55 e uma relação 1:2 (aglomerante/areia) em volume, para analisar a retração autógena por 56 dias e a retração por secagem (UR=60±5ºC) por 63 dias. As propriedades das argamassas no estado fresco e endurecido também foram avaliadas, além da microestrutura pelo DRX e FTIR. Os resultados mostram que 30% de cinzas residuais diminuem os efeitos de retração por secagem e autógena nos sistemas híbridos com MK. As cinzas residuais melhoraram a trabalhabilidade e prolongaram o tempo de endurecimento das argamassas, além de proporcionar um aumento tardio na resistência à compressão, em cerca de 40% de 1 para 28 dias. No entanto, conforme aumenta a quantidade de cinzas residuais, menor foi a resistência mecânica e o módulo de elasticidade das argamassas. Em contrapartida, os traços ternários apresentaram melhor durabilidade, com menos poros livres e menor absorção de água. O teste ANOVA confirmou que os materiais precursores (CP, CV e CCA) influenciaram significativamente nos resultados. O uso de CP, acelerou a reação no meio alcalino, formando géis C-S-H e (N,C)-A-S-H, resultando em um endurecimento rápido e gerando maiores tensões no sistema. De modo geral, os traços ternários com 30% de CV e CCA ajudam a reduzir o problema de retração em SAA híbridos à base de MK. A CV reduz a retração por secagem em 12,6% (T1), e a CCA melhorou a retração autógena em 31,7% (T2) em comparação ao traço REF. A diminuição da retração chega a 58% quando comparamos os resultados com o traço híbrido (T0).; In recent years, sustainable materials like residual ashes have gained emphasis in research due to their potential in replacing Portland cement (PC). Alkali-activated materials (AAMs) exhibit good mechanical properties, along with environmental and economic benefits. However, it is crucial to better understand the magnitudes of shrinkage that occur in both pure and mixed systems. Thus, the objective of this research was to evaluate the shrinkage mechanisms in hybrid alkali-activated systems (AASs) based on metakaolin (MK), with the substitution of fly ash (FA) and rice husk ash (RHA). Initially, the density and mechanical strength of alkali-activated pastes (AAs) with residual ashes were investigated, varying the molar concentration of NaOH at 8/10/12/14 M for a 1:2 (NaOH) activating solution. Preliminary analyses showed good reactivity and mechanical strength of the materials with low activation; therefore, the tests were continued with 8 M for the hybrid AAs mortars, with 10% PC and 30% and 45% substitution of FA and RHA. The mortars were produced with a water/binder ratio of 0.55 and a 1:2 binder/sand ratio by volume, to analyze autogenous shrinkage for 56 days and drying shrinkage (RH=60±5%) for 63 days. The properties of the mortars in both fresh and hardened states were also evaluated, as well as the microstructure by XRD and FTIR. The results show that 30% of residual ashes reduce the effects of drying and autogenous shrinkage in hybrid systems with MK. Residual ashes improved the workability and prolonged the setting time of the mortars, in addition to providing a late increase in compressive strength, by about 40% from 1 to 28 days. However, as the amount of residual ashes increased, the mechanical strength and elastic modulus of the mortars decreased. On the other hand, ternary mixes showed better durability, with fewer free pores and lower water absorption. The ANOVA test confirmed that the precursor materials (PC, FA, and RHA) significantly influenced the results. The use of PC accelerated the reaction in the alkaline medium, forming C-S-H and (N,C)-A-S-H gels, resulting in rapid hardening and generating higher stresses in the system. Overall, ternary mixes with 30% FA and RHA help reduce the shrinkage problem in MK-based hybrid AASs. FA reduced drying shrinkage by 12.6% (T1), and RHA improved autogenous shrinkage by 31.7% (T2) compared to the REF mix. The reduction in shrinkage reaches 58% when comparing the results with the hybrid mix (T0). Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2024. 2024-01-01T00:00:00Z