O setor da construção civil é um dos maiores consumidores de recursos naturais e energia do mundo. As estratégias de projeto para melhorar a eficiência energética são uma solução para aumentar o desempenho de um edifício. No entanto, na maioria dos casos, tais estratégias são avaliadas somente na fase operacional de uma edificação. Para escolher de maneira correta as estratégias de projeto de edifícios, elas devem ser analisadas com uma abordagem multidisciplinar baseada no desenvolvimento sustentável. O conceito de desenvolvimento sustentável baseia-se em três pilares: ambiental, econômico e social. Através do equilíbrio destes três fatores principais, um produto pode ser definido sustentável. Outro aspecto de grande relevância são os efeitos das mudanças climáticas que afetam diretamente o comportamento térmico e energético dos edifícios. Por este motivo, esses efeitos devem ser considerados no desempenho das edificações durante suas vidas úteis. Neste contexto, o objetivo principal desta tese é propor um método que permita escolher estratégias de projeto mais adequadas para obter edificações mais sustentáveis. O método proposto baseia-se no conceito de desenvolvimento sustentável em edifícios. Através da combinação de simulações termoenergéticas, Avaliação do Ciclo de Vida, Análise de Custo do Ciclo de Vida, método de conforto adaptativo e método de tomada de decisão multicritério será possível escolher as estratégias de projeto mais sustentáveis a serem aplicadas nas edificações. Os quatro parâmetros utilizados para avaliar as estratégias de projeto em edifícios são: as horas de conforto obtidas através do método do conforto térmico adaptativo, a demanda de energia no ciclo de vida, as emissões de dióxido de carbono no ciclo de vida e o custo financeiro das estratégias de projeto no ciclo de vida. Além disso, para investigar os efeitos das mudanças climáticas nas edificações, utilizou-se o cenário A2 do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. Para quantificar esses impactos, o programa computacional Climate Change World Weather File Generator foi utilizado para gerar os arquivos climáticos dos anos de 2020, 2050 e 2080. O método proposto foi aplicado em dois países: Brasil e Itália. Uma edificação residencial unifamiliar localizada em três cidades brasileiras foi avaliada considerando vida útil de 63 anos. Neste estudo de caso, foram analisadas doze estratégias de projeto. Foram avaliados quatro elementos de sombreamento, dois tipos de isolantes térmicos, dois revestimentos de paredes externas, dois forros e dois tipos de janelas. Na Itália, um edifício residencial multifamiliar, localizado em Milão, foi avaliado considerando vida útil de 100 anos. Neste contexto, foram avaliadas três estruturas diferentes da edificação: X-Lam, estrutura em concreto armado e em aço. As três estruturas foram analisadas com materiais de isolamento e da envoltória diferentes. Assim, foram avaliados seis estudos de caso: estrutura em X-Lam e lã de rocha (caso real), X-Lam e fibra de madeira, estrutura em concreto armado com blocos de concreto celular, concreto armado com tijolos cerâmicos rettificati (com funções de isolamento térmico), estrutura em aço e paredes leves com lã de rocha, estrutura em aço e paredes leves com fibra de madeira. O programa computacional EnergyPlus foi utilizado para estimar o consumo anual de energia para aquecimento e resfriamento e para avaliar as horas de conforto na edificação com as diferentes soluções de projeto. A avaliação do ciclo de vida energético e das emissões das estratégias de projeto foi realizada por meio do uso de base de dados nacionais e internacionais. Diferentes cenários de manutenção das soluções de projeto também foram aplicados para verificar a influência destes na avaliação do ciclo de vida. A fase de reuso no ciclo de vida das estratégias de projeto foi analisada exclusivamente a título informativo para verificar a importância dela na avaliação da ACV. Por fim, os preços das diferentes estratégias de projeto e das atividades para sua aplicação foram obtidos através do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI) e da Camera di Commercio di Milano, respectivamente no estudo de caso no Brasil e na Itália. A inflação média dos índices de preços ao consumidor dos últimos dez anos nos dois países foi utilizada para avaliar os custos futuros das estratégias de projeto. Um questionário foi aplicado a 30 profissionais no setor da construção civil na região de Milão para identificar as prioridades dos quatro parâmetros e utilizar o método de tomada de decisão multicritério na escolha final das estratégias de projeto. Os resultados obtidos mostraram que através da aplicação do método proposto é possível identificar as estratégias de projeto mais adequadas para se obter edificações mais sustentáveis. Os efeitos das mudanças climáticas nas edificações resultaram ser evidentes tanto no estudo de caso brasileiro quanto no italiano. O aumento da temperatura média anual e da radiação global reduzirão o consumo de energia para aquecimento, mas aumentarão o consumo para o resfriamento interno das edificações. No estudo de caso brasileiro os resultados mostraram que estratégias de projeto que obtiveram bom desempenho energético na fase operacional, nem sempre proporcionaram comportamento adequado nos quatro parâmetros avaliados. As soluções de projeto aplicadas na edificação em três cidades no Brasil resultaram em desempenhos diferentes. Os três cenários de manutenção influenciaram de forma significativa os resultados finais dos parâmetros que avaliam o ciclo de vida das estratégias de projeto, enquanto os diferentes cenários de transporte apresentaram influência menor. Nos dois estudos de caso avaliados, no Brasil e na Itália, as bases de dados utilizadas tanto na avaliação energética quanto na avaliação das emissões de CO2 podem modificar de forma significativa os resultados finais para a seleção das estratégias de projeto. A escolha adequada da base de dados é uma das maiores críticas na avaliação da ACV. A aplicação do método de tomada de decisão multicritério resultou ser um instrumento útil para seleção da melhor solução de projeto. No estudo de caso italiano os resultados mostraram que a solução de projeto com o maior nível de sustentabilidade foi a estrutura de concreto armado com tijolos cerâmicos rettificati (com funções de isolamento térmico), seguida pela estrutura em concreto armado com blocos de concreto celular e a estrutura em X-Lam e fibra de madeira, em comparação com o caso atual da edificação. Esta tese demonstrou a necessidade de aplicar o método proposto para garantir a escolha correta de estratégias de projeto que permitam obter edificações mais sustentáveis. O método apresentado pode ser aplicado em outras tipologias de edificações e em contextos diferentes. Através de uma abordagem mais holística na escolha das estratégias de projeto será possível obter edificações mais eficientes energeticamente, com melhor conforto térmico, reduzindo, ao mesmo tempo, as emissões e os custos financeiros.
Autor:
Andrea Invidiata
Orientador:
Enedir Ghisi, PhD; Coorientadora: Monica Lavagna, PhD.
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