Metodologia BIM e modelagem paramétrica para otimização energética em prédio da UFPR

Abstract

Resumo : Diante da crescente necessidade de reduzir o consumo energético e melhorar o conforto térmico em edificações, este trabalho apresenta a aplicação integrada das metodologias Building Information Modeling (BIM) e modelagem paramétrica para a otimização energética do prédio PK da Universidade Federal do Paraná (UFPR). Por meio da programação paramétrica em ferramentas avançadas como Rhino 3D, Grasshopper e a suíte Ladybug Tools, foram desenvolvidos modelos dinâmicos que permitiram simulações detalhadas, explorando cenários de eficiência energética e conforto térmico. O uso de Python foi essencial para a personalização e automação dos processos, possibilitando maior controle sobre as variáveis analisadas. A modelagem paramétrica permitiu criar diferentes cenários considerando desde as condições originais do edifício até a implementação de estratégias como brises solares, janelas de controle solar e telhas sanduíche com isolamento térmico. Foram avaliados impactos da radiação solar direta e difusa no desempenho energético, utilizando softwares como EnergyPlus e OpenStudio para calcular cargas térmicas e balanços energéticos. Os dados gerados foram processados e visualizados de forma integrada, permitindo uma compreensão clara das interações entre materiais, estratégias de design e consumo energético. Como principais resultados, verificou-se que a substituição das janelas por vidros de controle solar e a adoção de telhas sanduíche resultaram em uma redução significativa na carga térmica e no consumo de energia, sem comprometer a iluminação natural interna. Este trabalho demonstra como o uso de ferramentas computacionais e simulações podem orientar intervenções projetuais para a otimização energética de edificações existentes, promovendo eficiência energética e sustentabilidade. A abordagem proposta serve como referência para futuras aplicações em projetos acadêmicos e edifícios de alta complexidade

Abstract : Given the growing need to reduce energy consumption and improve thermal comfort in buildings, this work presents the integrated application of Building Information Modeling (BIM) methodologies and parametric modeling for energy optimization of the PK building at the Federal University of Paraná (UFPR). Through parametric programming in advanced tools such as Rhino 3D, Grasshopper, and the Ladybug Tools suite, dynamic models were developed to enable detailed simulations, exploring scenarios of energy efficiency and thermal comfort. The use of Python was essential for process customization and automation, allowing greater control over the analyzed variables. Parametric modeling enabled the creation of different scenarios, ranging from the building's original conditions to the implementation of strategies such as solar shading devices, solar control windows, and sandwich panels with thermal insulation. The impacts of direct and diffuse solar radiation on energy performance were evaluated using software like EnergyPlus and OpenStudio to calculate thermal loads and energy balances. The generated data were processed and visualized in an integrated manner, allowing for a clear understanding of the interactions between materials, design strategies, and energy consumption. As key results, it was found that replacing windows with solar control glass and adopting sandwich panels led to a significant reduction in thermal loads and energy consumption without compromising the internal natural lighting. This work demonstrates how the use of computational tools and simulations can guide design interventions for energy optimization of existing buildings, promoting energy efficiency and sustainability. The proposed approach serves as a reference for future applications in academic projects and high-complexity buildings