https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/214168 2026-04-30T13:43:06Z 2026-04-30T13:43:06Z Casanova, Ellen https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/272928 2026-03-24T23:26:28Z 2026-01-01T00:00:00Z

Avaliação de consumo de energia e qualidade do ambiente interno: estudo de caso em escola de ensino fundamental em Florianópolis/SC Casanova, Ellen Este trabalho apresenta uma avaliação do consumo de energia e da qualidade do ambiente interno (QAI) em uma escola pública de ensino fundamental em Florianópolis/SC. A pesquisa foi desenvolvida por meio de uma abordagem de avaliação pós-ocupação, integrando auditoria energética, medições in loco da QAI, questionário de satisfação dos ocupantes e simulação computacional calibrada utilizando o programa EnergyPlus. A auditoria energética consistiu no levantamento de todos os sistemas e equipamentos consumidores de energia elétrica, realizado detalhadamente por ambiente. Para equipamentos representativos, como geladeiras, freezers e micro-ondas, foram efetuadas medições in loco de potência. Os valores obtidos foram combinados com os perfis de uso, permitindo estimar os usos finais de energia anual, de verão e de inverno. As medições da QAI contemplaram os domínios térmico, lumínico e de qualidade do ar em duas salas de aula, com monitoramento de uma semana em cada sala, nas estações quente e fria. No domínio térmico, foram registradas temperatura do ar, umidade relativa, temperatura de globo e velocidade do ar. No domínio lumínico, realizou-se uma medição pontual de iluminância no plano de trabalho, e a qualidade do ar foi avaliada pela concentração de CO2. Além disso, a avaliação da QAI incluiu a aplicação de questionário de satisfação dos ocupantes abrangendo os domínios térmico, lumínico, qualidade do ar e acústico. A análise energética revelou densidades de potência de iluminação (DPI) e de equipamentos (DPE) abaixo dos parâmetros normativos, mas a QAI indicou níveis de iluminância insuficientes, evidenciando que baixo consumo não significa eficiência. Observou-se também que cargas internas padronizadas em simulações computacionais tendem a superestimar o consumo real, reforçando a importância de dados medidos para calibrar as simulações. A avaliação da QAI também identificou problemas no domínio térmico e na qualidade do ar interno, com horários fora da faixa de temperatura operativa e episódios de altas concentrações de CO2 associados à operação inadequada do sistema de climatização e à falta de renovação de ar eficiente. Medidas de eficiência energética foram propostas e avaliadas por simulação computacional, indicando que é possível reduzir o consumo e melhorar simultaneamente o conforto, desde que adotadas estratégias integradas de projeto, operação e uso da edificação. O estudo fornece evidências para revisão de parâmetros de simulação e referência práticas para gestão e políticas de melhoria do ambiente escolar.; Abstract: This paper presents an assessment of energy consumption and indoor environmental quality (IEQ) in a public elementary school in Florianópolis, Santa Catarina. The research was conducted using a post-occupancy evaluation approach, integrating an energy audit, on-site IEQ measurements, an occupant satisfaction questionnaire, and a calibrated computer simulation using the EnergyPlus program. The energy audit consisted of a detailed survey of all electrical energy-consuming systems and equipment in each environment. For representative equipment, such as refrigerators, freezers, and microwaves, on-site power measurements were taken. The values obtained were combined with usage profiles, allowing for estimates of annual, summer, and winter energy end uses. IAQ measurements covered the thermal, lighting, and air quality domains in two classrooms, with one week of monitoring in each room during the hot and cold seasons. In the thermal domain, air temperature, relative humidity, globe temperature, and air velocity were recorded. In the lighting domain, a spot measurement of illuminance was taken at the work surface, and air quality was assessed by CO2 concentration. In addition, the IAQ assessment included a satisfaction questionnaire for occupants covering the thermal, lighting, air quality, and acoustic domains. The energy analysis revealed lighting power densities (LPD) and equipment power densities (EPD) below regulatory parameters, but the IAQ indicated insufficient illuminance levels, showing that low consumption does not mean efficiency. It was also observed that standardized internal loads in computer simulations tend to overestimate actual consumption, reinforcing the importance of measured data to calibrate simulations. The IAQ assessment also identified problems in the thermal domain and indoor air quality, with times outside the operating temperature range and episodes of high CO2 concentrations associated with improper operation of the air conditioning system and lack of efficient air renewal. Energy efficiency measures were proposed and evaluated by computer simulation, indicating that it is possible to reduce consumption and simultaneously improve comfort, provided that integrated strategies for building design, operation, and use are adopted. The study provides evidence for reviewing simulation parameters and practical references for management and policies to improve the school environment. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2026.

2026-01-01T00:00:00Z Moura, Thais Marques da Silva https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/272663 2026-03-11T00:03:31Z 2026-01-01T00:00:00Z

Análise da compensação de retração em materiais álcali-ativados por sistema expansivo binário ? Cimento de Aluminato de Cálcio (CAC) e fonte de Sulfato (Gesso FGD) Moura, Thais Marques da Silva A busca por materiais de construção com menor impacto ambiental tem impulsionado o desenvolvimento de materiais álcali-ativados (AA) como alternativa ao cimento Portland, devido à sua capacidade de valorizar resíduos industriais e reduzir as emissões de CO2. No entanto, a elevada instabilidade volumétrica, manifestada por altas taxas de retração autógena e por secagem, permanece como um dos principais desafios técnicos para a aplicação prática desses sistemas, frequentemente resultando em fissuração e comprometimento da durabilidade das estruturas. Nesse contexto, esta tese propõe uma abordagem inovadora ao desenvolver e aplicar um sistema expansivo binário composto por cimento de aluminato de cálcio (CAC) e gesso residual proveniente da dessulfurização de gases de combustão (FGD), projetado para mitigar a retração em matrizes álcali-ativadas. A inovação reside na exploração da sinergia entre o CAC e o gesso FGD para promover a formação controlada de etringita (AFt) em ambiente altamente alcalino, atuando como agente de compensação de retração. O estudo foi conduzido em etapas que envolveram a caracterização de precursores, como metacaulim (MK), cinza pesada (CZP) e lama vermelha (LV), seguida pelo desenvolvimento do agente expansivo CAC-FGD, sua aplicação em sistemas de argamassas AA e a avaliação da influência de diferentes teores desse agente sobre o comportamento de retração em distintas condições de cura. O método experimental consistiu na obtenção do material expansivo por meio da análise da formação controlada da fase AFt, utilizando técnicas térmicas e microestruturais, além da avaliação da expansão resultante. Os precursores CZP e LV foram investigados em sistemas baseados em metacaulim. Na primeira etapa, pastas ativadas com três molaridades de solução alcalina (10 M, 12 M e 14 M) foram avaliadas, constatando-se que a concentração de 10 M foi suficiente para ativar o MK, a LV e a CZP, possibilitando a cura em temperatura ambiente. A análise por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) revelou que a banda característica Si?O?T, típica do processo de geopolimerização, esteve associada à formação do gel N?A?S?H em todas as composições analisadas. Maiores deslocamentos dessa banda foram observados nas misturas contendo CZP e LV, indicando modificações na estrutura do gel que contribuíram para o aumento das resistências mecânicas. Os resultados demonstraram que a incorporação do sistema expansivo influenciou positivamente as propriedades mecânicas iniciais e a microestrutura, promovendo o refinamento da rede porosa e a redução dos tempos de pega. Observou-se que a eficácia do sistema na mitigação da retração depende da dosagem do agente expansivo e das condições de cura, sendo que o teor de 10% de CAC-FGD associado à cura úmida apresentou os resultados mais promissores na redução das deformações. As análises microestruturais por termogravimetria (TG) e difração de raios X (DRX) confirmaram a presença de etringita, AH3 e gel N?A?S?H, fases que contribuíram para a redução da retração observada nesse sistema. Além disso, a substituição parcial do metacaulim pelos resíduos CZP e LV favorece a sustentabilidade do material e contribui para a redução da retração por secagem. Por fim, a avaliação de modelos numéricos indicou que modelos tradicionais desenvolvidos para cimento Portland tendem a subestimar a retração em materiais álcali-ativados, evidenciando a complexidade desses sistemas e reforçando a necessidade de abordagens específicas, como a proposta nesta pesquisa.; Abstract: The search for construction materials with lower environmental impact has driven the development of alkali-activated materials (AAMs) as an alternative to Portland cement, due to their ability to valorize industrial residues and reduce CO2 emissions. However, high volumetric instability, manifested by elevated autogenous and drying shrinkage, remains one of the main technical challenges for the practical application of these systems, often resulting in cracking and compromising the durability of structures. In this context, this thesis proposes an innovative approach by developing and applying a binary expansive system composed of calcium aluminate cement (CAC) and flue gas desulfurization gypsum (FGD), designed to mitigate shrinkage in alkali-activated matrices. The innovation lies in exploiting the synergy between CAC and FGD gypsum to promote the controlled formation of ettringite (AFt) in a highly alkaline environment, acting as a shrinkage-compensating agent. The study was conducted in stages that involved the characterization of precursors such as metakaolin (MK), bottom ash (BA), and red mud (RM), followed by the development of the CAC?FGD expansive agent, its application in AAM mortar systems, and the evaluation of the influence of different contents of this agent on shrinkage behavior under distinct curing conditions. The experimental method consisted of obtaining the expansive material through the analysis of the controlled formation of the AFt phase using thermal and microstructural techniques, in addition to evaluating the resulting expansion. The precursors BA and RM were investigated in metakaolin-based systems. In the first stage, pastes activated with three alkaline solution molarities (10 M, 12 M, and 14 M) were evaluated, and the 10 M concentration was found to be sufficient to activate MK, RM, and BA, allowing curing at ambient temperature. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis revealed that the characteristic Si?O?T band, typical of the geopolymerization process, was associated with the formation of the N?A?S?H gel in all analyzed compositions. Larger shifts of this band were observed in mixtures containing BA and RM, indicating modifications in the gel structure that contributed to increased mechanical strength. The results demonstrated that the incorporation of the expansive system positively influenced the early mechanical properties and microstructure, promoting pore network refinement and reducing setting times. It was observed that the effectiveness of the system in mitigating shrinkage depends on the dosage of the expansive agent and curing conditions, with the 10% CAC?FGD content combined with moist curing showing the most promising results in reducing deformation. Microstructural analyses by thermogravimetry (TG) and X-ray diffraction (XRD) confirmed the presence of ettringite, AH3, and N?A?S?H gel, phases that contributed to the reduction of shrinkage observed in this system. Furthermore, the partial replacement of metakaolin with BA and RM residues enhances the sustainability of the material and contributes to the reduction of drying shrinkage. Finally, the evaluation of numerical models indicated that traditional models developed for Portland cement tend to underestimate shrinkage in alkali-activated materials, highlighting the complexity of these systems and reinforcing the need for specific approaches, such as the one proposed in this research. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2026.

2026-01-01T00:00:00Z Milani, Julia Beatriz Saugo https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/272642 2026-03-11T00:03:02Z 2026-01-01T00:00:00Z

Impacto ambiental de uma habitação de interesse social sob diferentes cenários de eficiência e de autossuficiência energética Milani, Julia Beatriz Saugo Esta pesquisa investiga o impacto ambiental do ciclo de vida de habitação de interesse social unifamiliar situada em Florianópolis, por meio da avaliação de diferentes estratégias de eficiência energética e autossuficiência energética. O método adotado combina simulações termoenergéticas realizadas no EnergyPlus, dimensionamento de sistema fotovoltaico e modelagem detalhada da Avaliação de Ciclo de Vida para quantificação das emissões incorporadas e associadas à etapa de operação. Medidas de eficiência energética foram aplicadas à edificação, com foco na melhoria do desempenho térmico da envoltória, e a Avaliação de Ciclo de Vida foi conduzida de forma estática e dinâmica ao longo de vida útil de 50 anos. A abordagem dinâmica considerou a variação temporal das condições climáticas e da matriz energética brasileira, permitindo analisar de que forma essas mudanças influenciam o consumo de energia e as emissões associadas à fase de operação da edificação. Os resultados indicam que decisões de projeto, em conjunto com projeções futuras de clima e matriz energética, influenciam diretamente as emissões totais da habitação. Na avaliação estática, as diferenças entre alternativas estão relacionadas principalmente ao equilíbrio entre emissões incorporadas nos materiais e emissões associadas ao consumo de energia durante a operação. Nos cenários sem geração própria de energia, a etapa de operação apresentou participação predominante nas emissões totais, variando entre aproximadamente 54% e 61%, evidenciando sua relevância em clima quente. Entre as alternativas sem geração local de energia, a solução com medidas de eficiência energética associadas à redução simultânea do consumo operacional e das emissões incorporadas apresentou o menor impacto ambiental total. Em contrapartida, a alternativa com maior incremento de materiais na cobertura resultou no maior impacto global, em função do aumento das emissões incorporadas sem compensação proporcional na etapa de operação. As configurações com geração fotovoltaica suficiente para compensar o consumo anual de energia elétrica alcançaram o melhor desempenho ambiental, eliminando as emissões associadas ao uso e reduzindo em mais de 50% as emissões totais em relação às configurações equivalentes sem autossuficiência energética. Na avaliação dinâmica, a matriz energética demonstrou influência significativamente mais expressiva do que as alterações climáticas. Os maiores impactos foram associados a trajetórias com maior participação de fontes fósseis, enquanto a ampliação da geração eólica resultou em redução de cerca de 40% nas emissões vinculadas ao consumo de energia. As variações entre cenários climáticos permaneceram inferiores a 3%, em razão da baixa participação do sistema de climatização no consumo total da edificação. A comparação entre Avaliação de Ciclo de Vida estática e dinâmica revelou tanto reduções quanto aumentos das emissões totais, da ordem de aproximadamente 16%, conforme a trajetória político-energética considerada, evidenciando o potencial das políticas de descarbonização para alterar de forma significativa os resultados da análise ambiental de habitações unifamiliares. As configurações de autossuficiência energética se destacaram pela maior estabilidade frente às incertezas futuras, indicando que edificações com consumo energético compensado por geração local de energia constituem estratégia robusta para mitigação de emissões ao longo do tempo.; Abstract: This research investigates the environmental impact of the life cycle of a single-family social house located in Florianópolis by evaluating different energy-efficient and selfsufficient strategies. The method combines building energy simulations performed using EnergyPlus, photovoltaic system sizing, and detailed Life Cycle Assessment modeling to quantify embodied emissions and emissions associated with the operation stage. Energy efficiency measures were applied to the dwelling, focusing on improving the thermal performance of its envelope, and the Life Cycle Assessment was conducted using both static and dynamic approaches over a 50-year service life. The dynamic approach considered the temporal variation of climatic conditions and the Brazilian electricity mix, allowing an assessment of how these changes influence energy consumption and emissions associated with the building operation phase. The results indicate that design decisions, combined with future projections of climate and electricity mix, directly influence the total emissions of the dwelling. In the static assessment, differences among alternatives are mainly related to the balance between embodied emissions in materials and emissions associated with operational energy consumption. In scenarios without on-site energy generation, the operation stage accounted for a predominant share of total emissions, ranging from approximately 54% to 61%, highlighting its relevance in hot climates. Among the alternatives without local energy generation, the solution combining energy efficiency measures with simultaneous reductions in operational energy demand and embodied emissions presented the lowest total environmental impact. In contrast, the alternative with a greater increase in roofing materials resulted in the highest overall impact due to higher embodied emissions without proportional compensation during operation. Configurations with photovoltaic generation sufficient to offset the annual electricity consumption achieved the best environmental performance, eliminating emissions associated with energy use and reducing total emissions by more than 50% compared to equivalent configurations without energy self-sufficiency. In the dynamic assessment, the electricity mix exerted a significantly stronger influence than climate change. The highest impacts were associated with pathways with a greater share of fossil energy sources, while the expansion of wind power resulted in a reduction of approximately 40% in emissions linked to energy consumption. Variations among climate scenarios remained below 3% due to the low contribution of the air-conditioning system to the building?s total energy use. The comparison between static and dynamic Life Cycle Assessment approaches revealed both reductions and increases in total emissions of approximately 16%, depending on the energy policy considered, highlighting the potential of decarbonization policies to significantly alter the environmental assessment results of single-family housing. Energy self-sufficient configurations also stood out for their greater stability under future uncertainties, indicating that buildings with energy consumption offset by on-site generation constitute a robust strategy for long-term emission mitigation. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2026.

2026-01-01T00:00:00Z Custódio, Isadora Pauli https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/272462 2026-02-24T23:26:09Z 2026-01-01T00:00:00Z

An investigation into the spatial perception of integrating solar photovoltaics in architecture Custódio, Isadora Pauli Este estudo investiga como a integração de sistemas fotovoltaicos (FV) influencia a percepção espacial da arquitetura, buscando ampliar o diálogo entre estética, tecnologia e sustentabilidade. Enquanto a arquitetura contemporânea costuma camuflar a tecnologia, especialmente no caso dos elementos fotovoltaicos, esta pesquisa adota uma postura contrária: propõe o FV como um componente visível e perceptível da arquitetura. Ao fazer isso, destaca o potencial expressivo e arquitetônico do FV como elemento simultaneamente tecnológico e estético, alinhado ao princípio da honestidade material. O referencial teórico apoia-se em teorias da estética e da percepção espacial, enfatizando a percepção como base da experiência arquitetônica. O estudo de caso do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina (Fotovoltaica/UFSC, www.fotovoltaica.ufsc.br) serve como base empírica da pesquisa. Com múltiplas aplicações de FV integrado à edificação (BIPV) e aplicado à edificação (BAPV), além de usinas fotovoltaicas de solo e um sistema agrivoltaico (AVS), o laboratório oferece um campo de experimentação privilegiado para explorar a relação entre tecnologia fotovoltaica e percepção arquitetônica. A partir das análises realizadas nesse contexto, foram estabelecidos os conceitos operacionais de ordem compositiva (OC) e informação visual (IV) como indicadores para avaliar de que forma o FV contribui para estados de caos, monotonia ou beleza no ambiente construído. Nessa perspectiva, os sistemas fotovoltaicos passam a ser compreendidos como parte integrante da expressão arquitetônica, e não apenas como dispositivos de geração de energia. As análises deram origem ao modelo desenvolvido na tese: dois gráficos de avaliação quantificam a ordem compositiva (OC) e a informação visual (IV) em cenas com BIPV, enquanto o BIPV Beauty Graph (Gráfico de Beleza BIPV) representa a interação entre essas dimensões, indicando se um espaço tende a ser percebido como belo, monótono ou caótico. Em conjunto, essas ferramentas fornecem a arquitetos e engenheiros um meio compartilhado e mensurável de antecipar os efeitos perceptivos da integração fotovoltaica e de apoiar o desenvolvimento de espaços que mantenham coerência sem renunciar à riqueza sensorial e à profundidade experiencial. De modo mais amplo, o estudo insere o FV nos debates contemporâneos da arquitetura sobre transparência, autenticidade e consciência tecnológica, incentivando os arquitetos a tratarem-no como parte visível e essencial da linguagem arquitetônica, ao mesmo tempo em que promove uma colaboração mais próxima entre arquitetos e engenheiros na criação de edifícios sustentáveis e esteticamente significativos.; Abstract: This study investigates how the integration of photovoltaic (PV) systems influences the spatial perception of architecture, aiming to expand the dialogue between aesthetics, technology, and sustainability. While contemporary architecture demonstrates a tendency to camouflage technology, particularly in the case of PV elements, this research adopts a contrasting approach: working with PV as a visible and perceptible architectural element. By doing so, it emphasizes the expressive and architectural potential of PV as both a technological and aesthetic element, aligned with the principle of material honesty. The theoretical framework draws on aesthetic theory and spatial perception models, emphasizing perception as the foundation of the architectural experience. The case study of the Solar Energy Research Laboratory at Universidade Federal de Santa Catarina (Fotovoltaica/UFSC, www.fotovoltaica.ufsc.br) serves as the foundation for this work. With multiple Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) and Building Applied Photovoltaic (BAPV) applications, ground-mounted PV plants, and an Agrivoltaic System (AVS), the Laboratory provides a testing ground for exploring the relationship between PV technology and architectural perception. Based on the analyses conducted within this context, the operational concepts of Compositional Order (CO) and Visual Information (VI) were established as indicators to evaluate how PV contributes to states of chaos, monotony, or beauty in the built environment. From this perspective, photovoltaic systems are understood as an integral part of architectural expression, rather than merely as energy-generating devices. These analyses gave rise to the model developed in this thesis: two evaluation charts quantify Compositional Order (CO) and Visual Information (VI) in scenes with BIPV, while the BIPV Beauty Graph represents the interaction between these dimensions, indicating whether a space tends to be perceived as beautiful, monotonous, or chaotic. Together, these tools give architects and engineers a shared, measurable way to anticipate the perceptual effects of PV integration and to support the development of spaces that maintain coherence while achieving greater experiential depth. More broadly, the study situates PV within current architectural debates on transparency, authenticity, and technological awareness, encouraging architects to treat PV as a visible, integral part of architectural language and promoting closer collaboration with engineers to deliver sustainable, aesthetically meaningful buildings. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2025.

2026-01-01T00:00:00Z