Edição especial ENCAC
Leticia Dalpaz de Azevedo1
Matheus Soares Geraldi2
Enedir Ghisi3
1Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis- SC-Brasil
2Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis - SC -Brasil
3Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis - SC -Brasil
Palavras-chave: Avaliação do ciclo de vida; Simulação computacional de edificações; Habitação de interesse social
Keywords: Life cycle assessment; Computational simulation of buildings; Affordable housing
O setor da construção civil é um importante influenciador no consumo mundial de recursos naturais e energia elétrica, além de representar parcela significativa da economia no Brasil (ASADOLLAHFARDI; ASADI; KARIMI, 2015; BRASIL, 2017). Devido ao elevado consumo de recursos e à grande quantidade de melhorias que podem ser implementadas, este setor é o que apresenta o maior potencial e oportunidades na economia de energia e redução de emissão de carbono (KYLILI; ILIC; FOKAIDES, 2017).
Segundo a Agência Internacional de Energia (INTERNATIONAL..., 2019), é previsto o aumento da participação do consumo de energia elétrica nas edificações de 20% (2018) para 22% em 2050. Esse aumento está relacionado principalmente aos sistemas de aquecimento ou resfriamento do ambiente, aquecimento de água e iluminação, que somam cerca de 70% da energia total consumida. Por meio de intervenções nesses sistemas e na envoltória da edificação é possível reduzir o consumo energético em até 50% (HARISH; KUMAR, 2016).
Além do consumo energético e de água, aspectos ecológicos, econômicos e sociais também influenciam na sustentabilidade de uma edificação. Entretanto, é comum não se considerar os custos dos impactos ambientais causados ao longo de um projeto. Considerar todas essas influências é essencial para que o setor da construção civil apresente desenvolvimento sustentável (BUYLE; BRAET; AUDENAERT, 2013).
Devido à maior conscientização dos impactos provocados pela operação das edificações, cresceu a busca pelo desenvolvimento de projetos que apresentem baixo consumo energético ao longo de seu uso (BUYLE; BRAET; AUDENAERT, 2013). Nesse contexto, a simulação computacional de edificações auxilia na tomada de decisões para a construção de ambientes que atendam os requisitos mínimos de desempenho com consumo reduzido de recursos. A simulação pode influenciar características de projeto, engenharia, operação e gerenciamento das edificações analisadas (WANG; ZHAI, 2016; HARISH; KUMAR, 2016).
A padronização das características consideradas e sua proximidade com a realidade é fundamental para a simulação. Essas informações têm sido cada vez mais fortalecidas pelo surgimento de normas e códigos que trazem requisitos de desempenho (WANG; ZHAI, 2016).
O método de avaliação do ciclo de vida (ACV) apresenta-se como uma ferramenta muito detalhada e completa para avaliação dos impactos provocados pelas edificações. A avaliação de todo o ciclo de vida de um empreendimento permite a identificação dos principais influenciadores dos potenciais impactos ambientais causados, facilitando a tomada de decisões para redução dos impactos ambientais. Sem essa visão global é possível que decisões sejam tomadas de forma a alterar somente o tipo de impacto que é causado, ou então apenas alterá-lo de lugar dentro do ciclo (ASADOLLAHFARDI; ASADI; KARIMI, 2015; CURRAN, 2013; RASHID; YUSOFF, 2015).
Conforme a NBR ISO 14040 (ABNT, 2014), um estudo de avaliação do ciclo de vida é composto por quatro fases: definição de objetivo e escopo, análise de inventário, avaliação de impactos e interpretação. Na primeira fase são definidos o nível de detalhamento e os limites da análise, que variam significativamente conforme o objetivo principal do estudo. A análise de inventário é a fase em que são levantados os dados conforme os limites definidos anteriormente. Na fase de avaliação de impactos, as informações obtidas na segunda fase são complementadas de forma a facilitar sua interpretação. Na última fase, os resultados são avaliados e as conclusões definidas, conforme o objetivo principal definido na primeira fase. Para alguns casos, é possível eliminar a fase de avaliação de impactos. Quando isso ocorre o estudo desenvolvido é denominado de inventário do ciclo de vida (ICV) e não mais de avaliação do ciclo de vida. É importante ressaltar que a técnica aplicada na ACV é iterativa, ou seja, cada fase apresentada necessita das informações obtidas em outras fases para garantir a veracidade das conclusões e medidas adotadas (ABNT, 2014).
Apesar de sua aplicação considerar todo o ciclo de vida do produto ou serviço, a ACV não tem como finalidade prever impactos ambientais de forma precisa ou absoluta, e sim estimar impactos potenciais, uma vez que sua metodologia depende da unidade de referência adotada (ABNT, 2014). Por causa de algumas de suas limitações, os resultados encontrados com a aplicação desse método devem ser interpretados e utilizados de forma criteriosa.
De acordo com a análise histórica desenvolvida por Buyle, Braet e Audenaert (2013), os primeiros estudos relacionados à ACV foram realizados entre os anos de 1960 e 1970. Com o envolvimento de instituições, foram desenvolvidos documentos e procedimentos para o uso da avaliação do ciclo de vida, atraindo e unindo profissionais interessados na aplicação do método. Dentre eles, destacam-se a NBR ISO 14040 (2014) e o Manual do International Reference Life Cycle Data System (ILCD), desenvolvido pela Comissão Europeia de Produção e Consumo Sustentável e Plano de Ação Sustentável em Política Industrial (RASHID; YUSOFF, 2015; VAN OOTEGHEM; XU, 2012).
Para o setor da construção civil, os estudos desenvolvidos abrangeram principalmente casas e edifícios residenciais e prédios comerciais (BUYLE; BRAET; AUDENAERT, 2013; RAMESH; PRAKASH; SHUKLA, 2010; RASHID; YUSOFF, 2015). Segundo Buyle, Braet e Audenaert (2013), das 34 avaliações publicadas no setor a partir do ano 2000, 26 delas foram aplicadas para edificações residenciais e duas para instituições de ensino. Para o setor da construção civil, a ACV abrange tradicionalmente dois aspectos principais: os materiais e a fase de operação das edificações (VAN OOTEGHEM; XU, 2012).
No Brasil, o Programa Minha Casa Minha Vida (PMCMV) facilita a construção de habitações de interesse social. Entretanto, os projetos utilizados não consideram os impactos ambientais com a sua construção, sendo replicados em diferentes zonas bioclimáticas e desenvolvidos sem a adoção de medidas de eficiência energética (MONTES, 2016). Além disso, sua qualidade é prejudicada pela busca da redução de custos e dos curtos prazos de entrega (LOPES, 2010). Nesse contexto, alguns estudos considerando o ciclo de vida dessas edificações foram desenvolvidos no país.
Caldas et al. (2016) utilizaram o consumo energia primária e emissões de CO2 como indicadores ambientais para avaliar o ciclo de vida de quatro sistemas de fachadas para habitações de interesse social. Os sistemas considerados foram o light steel framing, parede de concreto moldada no local, blocos de concreto estruturais e blocos cerâmicos estruturais. A fronteira do sistema estabelecida considerou as fases de extração e processamento e manutenção dos materiais e componentes. A vida útil considerada para a fase de manutenção foi de 50 anos. Considerando o ciclo de vida estudado, o sistema de parede de concreto apresentou menor consumo de energia e de emissões de CO2, sendo definido como o mais indicado para uso em habitações de interesse social (HIS).
Paulsen e Sposto (2013) analisaram todas as fases do ciclo de vida energético de uma edificação do programa Minha Casa Minha Vida localizada perto de Brasília. A edificação possui 48 m² de área construída e, devido ao padrão da construção, não foi considerado o uso de ar-condicionado. A vida útil definida foi de 50 anos. O maior percentual de energia vem da extração e produção dos materiais, totalizando 41,5%. No entanto, 41,1% da energia embutida é oriunda da manutenção ao longo do ciclo de vida. Para os materiais, o tijolo cerâmico foi o que apresentou maior influência no total de energia embutida, mas o valor para manutenção da pintura foi o maior devido à periodicidade da manutenção. Com isso, o elemento de maior demanda de energia embutida foi a parede da edificação. A energia de operação resultou em 68,9%, sendo 45,5% devido ao consumo de eletricidade e 23,4% ao cozimento de alimentos. A energia embutida somou 30,1% da energia no ciclo de vida.
Caldas, Lira e Sposto (2017) avaliaram o ciclo de vida de duas habitações de interesse social de 46 m². O escopo do estudo foi definido como do "berço ao portão com opções", considerando as fases de produção dos materiais, substituição e uso de energia para operação da edificação. O método utilizado foi o IMPACT 2002+ e a vida útil escolhida foi de 50 anos. Foram consideradas todas as zonas bioclimáticas do país e as paredes foram alteradas entre alvenaria estrutural de blocos cerâmicos e painéis pré-moldados de concreto armado. O uso de ar-condicionado foi considerado em todos os ambientes de longa permanência. A fase de operação foi a mais significativa para todas as categorias de impacto. A alvenaria cerâmica obteve melhores cenários para o ciclo de vida considerado no estudo. Os resultados apresentaram variações significativas para o mesmo sistema construtivo em diferentes zonas bioclimáticas.
Para o levantamento das características predominantes nos projetos arquitetônicos financiados pelo PMCMV na região, foi realizada uma busca no mercado local por meio de sites de compra e venda. Foram levantadas informações a respeito da localização, área total, quantidade e divisão dos cômodos e uso de aparelhos de refrigeração. Os projetos analisados apresentaram área total entre 50 m² e 83 m² e, em sua maioria, dois dormitórios e um banheiro. A sala de estar e a cozinha não eram integradas somente em um dos projetos estudados, e em todos os projetos a área de serviço não tinha um cômodo exclusivo. Todas as edificações nas quais foi possível avaliar o uso de ar-condicionado apresentavam pontos de instalação elétrica nos quartos e nenhum na sala de estar/cozinha. Sobre a orientação do projeto, três comentaram ter boa ventilação e insolação, sendo todos da mesma construtora. A Figura 2 apresenta a planta baixa desenvolvida. O projeto desenvolvido apresenta similaridade com as tipologias identificadas por Triana, Lamberts e Sassi (2015).
Segundo Ghisi et al. (2015), o principal componente construtivo de parede utilizado em habitações construídas pelo financiamento do PMCMV é o de bloco cerâmico. O percentual levantado indica que 75% das áreas secas e 95% das áreas molhadas foram construídas com esse componente construtivo. Por meio de consulta aos escritórios de arquitetura da região que trabalham com o conceito de arquitetura sustentável, foi possível perceber que todos os escritórios que foram consultados apresentam a terra como alternativa de matéria-prima para o material de vedação. A Figura 3 apresenta as duas paredes selecionadas para estudo.
Os tipos de cobertura analisados são compostos pela telha e pelo forro ou laje. As características desses elementos foram definidas como sendo aquelas que apresentaram maior frequência de uso em Ghisi et al. (2015). A estrutura do telhado foi considerada igual para todos os casos, não precisando ser contabilizada para a ACV por ser igual para todos os casos comparados entre si. A inclinação escolhida para a cobertura foi de 32%. Para avaliar a influência do uso de laje para fechamento horizontal da edificação no ciclo de vida, considerou-se a laje maciça em um dos componentes construtivos. O Quadro 1 apresenta a composição final das coberturas consideradas.
Como não existe nenhuma norma brasileira específica para a ACV de edificações, segundo os critérios definidos pela EN 15978, norma europeia que apresenta o método de cálculo para a avaliação do desempenho ambiental de edifícios, o escopo da ACV desenvolvida pode ser caracterizado como de "berço ao portão com opções" (BUILDING..., 2018). Para essa categoria, somente são mandatórias a fase de pré-uso dos materiais, que envolve o fornecimento de matéria-prima, transporte e a fabricação dos produtos utilizados.
A vida útil escolhida foi de 50 anos, conforme adotado em outros trabalhos na literatura (BUYLE; BRAET; AUDENAERT, 2013; CALDAS et al., 2016; PAULSEN; SPOSTO, 2013). Considerou-se como unidade funcional para o desenvolvimento da ACV a construção e operação de uma edificação de 48,24 m², com ocupação de quatro habitantes ao longo de toda vida útil. O sistema de produto definido considerou cada componente construtivo como um processo. A Figura 4 apresenta o sistema de produto e a fronteira do sistema.
O levantamento das áreas foi realizado computacionalmente por meio do programa Revit, evitando o uso de estimativas. A quantificação dos insumos considerados no inventário foi baseada nas composições unitárias das Tabelas de Composições de Preços para Orçamentos (TABELA..., 2010), em manuais de boas práticas referentes aos componentes construtivos e em pesquisa aos fornecedores locais para informações sobre os produtos.
A produção dos tijolos de adobe foi considerada de maneira artesanal no local da obra. Seu desperdício no processo construtivo não foi considerado, visto que os tijolos quebrados podem ser refeitos com o aproveitamento dos materiais do próprio tijolo. Para o tijolo cerâmico, o desperdício considerado foi de 5% (TCPO, 2010).
Para a argamassa de assentamento das paredes de bloco cerâmico foi considerado o traço de 1:2:9 de cimento, cal hidratada e areia e, para a parede de adobe, foi considerado traço de 7:3 de solo e serragem, com volume de 23% de água (CHRISTOFOROU et al., 2016). A distância de distribuição dos materiais foi medida pela mediana dos três principais fornecedores de cada material para a região central de Florianópolis.
O padrão de ocupação, de uso de equipamentos, de iluminação e de abertura de esquadrias foi definido por meio do relatório publicado por Ghisi et al. (2015). Os dados dos materiais construtivos para uso na simulação (espessura, condutividade, densidade, absortância térmica, absortância solar e absortância visível) foram obtidos por meio de revisão bibliográfica e estão apresentados nas Tabelas 1 e 2. Como não foi avaliada a influência da mudança da cor utilizada nas paredes, as absortâncias solar e visível foram fixadas em 35%. Esse valor pode equivaler às cores branca, azul, verde, laranja, amarelo, salmão ou bege (GHISI et al., 2015).
O programa utilizado para a avaliação de impacto do ciclo de vida (AICV) foi o SimaPro na versão 9.0.0.47. O método de cálculo definido para uso foi a versão 2.15 do IMPACT 2002+, conforme utilizado por Souza et al. (2016) e Caldas, Lira e Sposto (2017). Por meio dele são considerados os métodos clássicos e os mais recentes de previsão de impacto. O método clássico quantifica os impactos considerados como midpoint, que compõem o início da cadeia de causa e efeito. As abordagens utilizadas recentemente caracterizam os impactos conhecidos como endpoint, agrupando os impactos em categorias de dano (HUMBERT et al., 2012).
Para confirmar a escolha do conjunto com menor impacto, a ACV foi refeita considerando o uso de outro método de AICV. O método utilizado foi o ReCiPe Midpoint hierárquico versão 1.03. Esse método foi considerado porque, assim como o IMPACT 2002+, é um dos mais utilizados em estudos da área no setor da construção civil e apresenta tanto categorias de impacto como de dano. A perspectiva hierarquista foi utilizada pelo fato de seus mecanismos de impactos serem baseados em consenso científico (NATIONAL..., 2017). O Quadro 3 apresenta as categorias de impacto consideradas pelo método e as suas unidades.
Fonte: baseado em Weber et al. (2017).
Fonte: 1Weber et al. (2017), 2Programas de Empleo y Juventud (2009) e 3Meneses (2010).
ASADOLLAHFARDI, G.; ASADI, M.; KARIMI, S. Life-cycle assessment of construction in a developing country. Environmental Quality Management, v. 24, n. 4, p. 11-21, jun. 2015. [ Links ]
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 14040:2009: gestão ambiental: avaliação do ciclo de vida: princípios e estrutura. Rio de Janeiro, 2014. [ Links ]
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional. Rio de Janeiro: Epe, 2017. [ Links ]
BUILDING RESEARCH ESTABLISHMENT. Global methodology for the environmental assessment of buildings using EN 15978:2011. Reino Unido: BRE Global Ltd, 2018. [ Links ]
BUYLE, M.; BRAET, J.; AUDENAERT, A. Life cycle assessment in the construction sector: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 26, p. 379-388, out. 2013. [ Links ]
CALDAS, L. R. et al. Sustentabilidade na Construção Civil. Sustentabilidade em Debate, v. 7, n. 2, p. 238-256, nov. 2016. [ Links ]
CALDAS, L. R.; LIRA, J. S. de M. M.; SPOSTO, R. M. Avaliação do Ciclo de Vida de habitações de alvenaria estrutural de blocos cerâmicos e painéis pré-moldados de concreto considerando diferentes zonas bioclimáticas. Revista Latino-americana em Avaliação do Ciclo e Vida, Brasília, v. 1, n. 1, p.138-167, dez. 2017. [ Links ]
CHRISTOFOROU, E. et al. Cradle to site Life Cycle Assessment (LCA) of adobe bricks. Journal of Cleaner Production, v. 112, p. 443-452, jan. 2016. [ Links ]
CURRAN, M. A. Life cycle assessment: a review of the methodology and its application to sustainability. Current Opinion in Chemical Engineering, Cincinnati, v. 2, n. 3, p.273-277, ago. 2013. [ Links ]
GHISI, E. et al. Uso racional de água e eficiência energética em habitações de interesse social: volume 1: hábitos e indicadores de consumo de água e energia. Florianópolis: Laboratório de Eficiência Energética em Edificações, 2015. [ Links ]
HARISH, V. S. K. V.; KUMAR, A. A review on modeling and simulation of building energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 56, p. 1272-1292, abr. 2016. [ Links ]
HUMBERT, S. et al. IMPACT 2002+: user guide. Quantis, 2012. [ Links ]
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. World Energy Outlook 2019. 2019. Disponível em: Disponível em: https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/ieo2019.pdf/ . Acesso em: 03 mar. 2020. [ Links ]
KYLILI, A.; ILIC, M.; FOKAIDES, P. A. Whole-building Life Cycle Assessment (LCA) of a passive house of the sub-tropical climatic zone. Resources, Conservation and Recycling, v. 116, p.169-177, jan. 2017. [ Links ]
LOPES, T. do P. Desempenho térmico de habitações de interesse social com diferentes sistemas construtivos em Santa Catarina. Florianópolis, 2010. 128 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2010. [ Links ]
MENESES, T. A. da F. Estudo do comportamento térmico de construções em alvenaria de adobe. Aveiro, 2010. 138 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade de Aveiro, Aveiro, 2010. [ Links ]
MONTES, M. A. T. Abordagem Integrada no Ciclo de Vida de Habitações de Interesse Social considerando mudanças climáticas. Florianópolis, 2016. 573 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2016. [ Links ]
NATIONAL INSTITUTE FOR PUBLIC HEALTH AND THE ENVIRONMENT. Ministry Of Health. ReCiPe 2016 v1.1: a harmonized life cycle impact assessment method at midpoint and endpoint level: report I: characterization. Bilthoven: Rivm, 2017. [ Links ]
PAULSEN, J. S.; SPOSTO, R. M. A life cycle energy analysis of social housing in Brazil: case study for the program "MY HOUSE MY LIFE". Energy and Buildings, v. 57, p. 95-102, fev. 2013. [ Links ]
PROGRAMAS DE EMPLEO Y JUVENTUD. Proyecto de Energía Solar Sto. Tórnas. Casas Solares 1: Manual de Construcción. Energía Solar en los Andes. Peru: Asociación Religiosa Programas de Empleo y Juventud Prelatura de Sicuani, 2009. [ Links ]
RAMESH, T.; PRAKASH, R.; SHUKLA, K. K. Life cycle energy analysis of buildings: an overview. Energy and Buildings, v. 42, n. 10, p. 1592-1600, out. 2010. [ Links ]
RASHID, A. F. A.; YUSOFF, S. A review of life cycle assessment method for building industry. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 45, p. 244-248, maio2015. [ Links ]
SOUZA, D. M. de et al. Comparative life cycle assessment of ceramic brick, concrete brick and cast-in-place reinforced concrete exterior walls. Journal of Cleaner Production, v. 137, p. 70-82, nov. 2016. [ Links ]
TABELAS TABELAS de Composição de Preços para Orçamentos. 13. ed. São Paulo: Pini, 2010. [ Links ]
TRIANA, M. A.; LAMBERTS, R.; SASSI, P. Characterisation of representative building typologies for social housing projects in Brazil and its energy performance. Energy Policy, v. 87, p. 524-541, dez. 2015. [ Links ]
VAN OOTEGHEM, K.; XU, L. The life-cycle assessment of a single-storey retail building in Canada. Building and Environment, v. 49, p. 212-226, mar. 2012. [ Links ]
WANG, H.; ZHAI, Z. Advances in building simulation and computational techniques: a review between 1987 and 2014. Energy and Buildings, v. 128, p. 319-335, set. 2016. [ Links ]
WEBER, F. S. et al. Elaboração de uma biblioteca de componentes construtivos brasileiros para o uso no programa EnergyPlus. Florianópolis: LABEEE, 2017. [ Links ]