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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.102.2018.tde-31082018-154505
Documento
Autor
Nome completo
Rosilene Regolão Brugnera
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Chvatal, Karin Maria Soares (Presidente)
Bueno, Cristiane
Dornelles, Kelen Almeida
Ino, Akemi
Mateus, Ricardo Filipe Mesquita da Silva
Silva, Sandra Maria Gomes Monteiro da
Título em português
Análise integrada de desempenho energético, impacto ambiental e custo: estudo de soluções de fachada para edifícios de escritórios no Brasil
Palavras-chave em português
Análise de custo ótimo
Avaliação de ciclo de vida
Eficiência energética
Impactos ambientais
MARS-SC
Resumo em português
Mundialmente, o setor da construção civil é um dos principais responsáveis pelo consumo de energia primária e emissão de CO2. No Brasil, cerca de 48,5% do consumo de energia elétrica advém do setor de edificações, sendo os edifícios comerciais responsáveis por 14,4% deste valor. Nesse contexto, as características da fachada considerada o maior elemento construtivo nos edifícios comerciais -, influenciam diretamente o consumo energético e os impactos ambientais desse tipo de edificação. Por conta disso, o investimento em políticas que promovam a eficiência energética pode ser considerado a chave para o desenvolvimento sustentável e mitigação das alterações climáticas. Diversos acordos mundiais, como o Protocolo de Kyoto, a Diretiva Europeia 2010/31/EU (com os renomados objetivos 20-20-20) e o Anexo 57, da Agência Internacional de Energia (IEA), estabeleceram limites para as emissões de CO2, redução do consumo de energia, investimento na produção de energias renováveis e métodos para avaliar a energia incorporada e as emissões de CO2 dos edifícios. Dentre os sistemas utilizados para avaliar e produzir edificações mais sustentáveis, destaca-se a Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). Essa técnica é capaz de fazer uma avaliação holística de todo o ciclo de vida um produto, identificando elementos que impactam o meio ambiente. Através dela, evidencia-se o do consumo energético advindo da fase de uso da edificação como um fator importante no ciclo de vida de um edifício, que pode gerar impactos ambientais significativos. Assim, uma série de ferramentas estão disponíveis no sentido de integrar a avaliação do desempenho energético ao ambiental, dentre elas, destacam-se para a presente pesquisa as metodologias MARS-SC e a Análise de Custo Ótimo. A primeira é uma análise multicritério, que realiza a normalização dos impactos ambientais (calculados na ACV) por categorias de indicadores, enquanto a segunda prevê um estudo de otimização entre um cenário-base e vários cenários de reabilitação energética, considerando custo, emissões de CO2 e consumo de recursos energéticos. Com isso, o objetivo dessa pesquisa consiste na avaliação integrada do consumo de energia, impactos ambientais e custo, ao longo do ciclo de vida de distintas soluções (288 cenários) de fachada de edifícios de escritórios no Brasil por meio de metodologias de análises multicritério (MARS-SC) e Custo Ótimo. Para os cenários de análise, foram calculados o consumo energético e a quantidade de materiais - que geraram os impactos ambientais e os custos. Os resultados indicaram a importância da fase de uso no ciclo de vida do edifício, a qual foi responsável por cerca 70% em média das emissões de CO2 ao longo de 60 anos de utilização do edifício. Tal impacto se refletiu no custo do ciclo de vida das soluções construtivas, pois os cenários com maior consumo energético na fase de uso causaram um grande impacto no custo operacional. Dentre os parâmetros avaliados em cada cenário, o tipo de fachada e a porcentagem de abertura na fachada foram os que mais influenciaram os resultados, em todos os aspectos (energético, ambiental e custo). Os cenários com Fachada Tradicional foram os que obtiveram os melhores desempenhos, enquanto que o de Fachada Cortina, PAF de 80%, vidro incolor e sem dispositivo de sombreamento foi o de maior consumo energético, mais impactante ambientalmente e mais caro. Em contrapartida, o uso de dispositivos de sombreamento, apesar de aumentar as emissões de CO2 na fase de pré-uso, reduziu o consumo energético na fase de uso da edificação. Este fato promoveu, no balanço final, reduções dos impactos ambientais totais e do custo das soluções construtivas, ou seja, a redução do custo operacional se sobrepôs ao custo de construção. Dessa forma, ter como premissa a eficiência energética atrelada ao projeto arquitetônico, pode garantir edifícios melhores não apenas energeticamente, mas também ambiental e economicamente. Tal fato pode impactar não apenas um edifício isolado, mas todo um conjunto edificado de um bairro, uma cidade ou mesmo um país.
Título em inglês
Integrated analysis of energy performance, environmental impact and cost: study of façades solutions for office buildings in Brazil
Palavras-chave em inglês
Cost optimum analysis
Energy efficiency
Environmental impacts
Life cycle assessment
MARS-SC
Resumo em inglês
Globally, the construction industry is one of the main sectors responsible for primary energy consumption and CO2 emissions. In Brazil, about 48.5% of electricity consumption comes from the building sector, with commercial buildings representing 14.4% of this value. In this context, the characteristics of the façade - considered the greatest constructive element in commercial buildings - directly influence energy consumption and the environmental impacts of this type of building. As a result, investment in policies that promote energy efficiency can be considered the key to sustainable development and climate change mitigation. Several global agreements, such as the Kyoto Protocol, the European Directive 2010/31 / EU (with the well-known "20-20-20" objectives) and Annex 57, from the International Energy Agency (IEA), have established limits to CO2 emissions, energy consumption reduction, investments in production of renewable energy and methods for assessing a building´s incorporated energy and CO2 emissions. Among the systems used to evaluate and create more sustainable buildings, the Life Cycle Assessment (LCA) stands out. This technique can make a holistic assessment of a product´s entire life cycle and identify issues that impact the environment. This method makes it evident that the energy consumption yielding from the building´s use phase is an important factor in the building´s life cycle, bringing significant environmental impacts. Among all the tools available to integrate the evaluation of energy with environmental performance, MARS-SC Methodology and Cost Optimum Analysis stand out on this research. The first is a multicriteria analysis, which performs the normalization of environmental impacts by indicator´s categories, while the second one provides an optimization study between a baseline scenario and several energy rehabilitation ones, considering cost, CO2 emissions and energy resources consumption. The objective of this research is to assess the integrated energy consumption, environmental impact and cost of different life cycle façade solutions (288 scenarios) from office buildings in Brazil through methodologies of multi-criteria analysis (MARSSC) and Cost Optimum Analysis. For the analysis scenarios, the energy consumption and material quantities - which generated the environmental impacts and costs - were calculated. The results showed the importance of a building´s life cycle´s use phase, which represented an average of 70% in CO2 emissions. This impact was reflected in the life cycle cost of construction solutions, as the scenarios with higher energy consumption in the use phase caused the major operating costs impact. Among the parameters evaluated, for each scenario, the type of façade and the window-to-wall ratio were the ones that most influenced the results in all aspects (energy, environmental and cost). The Traditional Façade scenarios obtained the best performance, while the Curtain Façade, WWR 80%, colorless glass without shading devices had the highest energy consumption, more expensive and more environmentally impacting. In contrast, the use of shading devices, despite of increasing CO2 in the pre-use phase, reduced energy consumption in the building´s use phase. This fact showed, on ending accounts, reductions in the total environmental impact and cost of construction solutions, i.e. the reduction of operating costs surpassed the cost of construction. Thus, the premise of having energy efficiency linked to the architectural project can guarantee better buildings, not only energetically, but also environmentally and economically. This may impact not only one building, but a whole group of buildings within a neighborhood, a city or even a country.
 
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Data de Publicação
2018-09-10
 
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