2.2 Retrofit de edificações
2.2.1 Métodos e ferramentas de retrofit
Desde os anos 80 procura-se desenvolver ferramentas de auxílio ao diagnóstico de desempenho de edificações para retrofit. Tasdemiroglu e Rico-Avello (1985) desen- volveram um programa computacional para avaliar a conformidade de propriedades relacionadas ao consumo de energia às regulamentações existentes visando o re- trofit. Atualmente diversos métodos e ferramentas de estudo de retrofit vêm sendo desenvolvidos no âmbito acadêmico, principalmente a nível internacional. Essa evo- lução é impulsionada principalmente pela necessidade de adequação dos edifícios existentes e/ou antigos às regulamentações vigentes de desempenho, cada vez mais restritivas. Esses instrumentos podem contemplar o processo de retrofit em sua totali- dade, desde a fase de levantamento de dados do edifício até a fase de monitoramento de seu desempenho após a realização do retrofit. Existem também aqueles desen- volvidos especificamente para determinada etapa do processo. O presente estudo se concentra em três fases para as quais são apresentados métodos e ferramentas para elas desenvolvidos:
• diagnóstico do desempenho da edificação antes do retrofit, • análise de desempenho das estratégias de retrofit e,
• escolha da(s) estratégia(s) a ser(em) aplicada(s).
A fase de diagnóstico é fundamental para identificação de falhas na estrutura ou operação dos sistemas e suas possíveis causas, além de potenciais de conservação de energia para orientar a escolha das estratégias de retrofit. Os itens a serem identifi- cados durante o levantamento de dados para retrofit dependem do objetivo do mesmo. Flourentzou e Roulet (2002) recomendam que a fase de diagnóstico inclua a análise da qualidade ambiental, obsolescência e do uso de energia. Esse método de diagnóstico foi utilizado nos projetos europeus EPIQR (Energy Performance, Indoor Air Quality, retrofit) para edifícios residenciais e TOBUS para edifícios de escritórios. No contexto de intervenções sobre edifícios deteriorados, Guimarães, Carasek e Cascudo (2003) desenvolveram e validaram uma metodologia para avaliar o grau de deterioração de
um grupo de edifícios. A metodologia objetiva auxiliar tomadores de decisão quanto ao momento apropriado e a prioridade de trabalhos de intervenção em fechamentos verticais. A proposta conta com o levantamento de patologias visíveis envolvendo a participação dos usuários e a atribuição de índices de deterioração.
Em Portugal foram desenvolvidas ferramentas computacionais de análise inte- grada a partir de banco de dados para auxiliar no diagnóstico e também na decisão de intervenção. São exemplos os softwares: TOBUS (FLOURENTZOU; ROULET, 2002) e “Patsolutions” (LEITÃO; ALMEIDA, 2004). O software TOBUS permitia calcu- lar custos, realizar o balanço energético de uma edificação e a projeção de cenários de retrofit considerando a obsolescência, o uso de energia e a qualidade do ar interno. O “Patsolutions” auxiliava na identificação de agentes causadores de anomalias e/ou patologias nos componentes construtivos. Em suma, uma plataforma para organizar informações sobre a reabilitação de edifícios e relacionar as causa e as consequência de patologias, sem se aprofundar na avaliação de desempenho energético ou ambien- tal. Na Universidade da Califórnia foi desenvolvido o projeto “VITAL SIGNS” (DEGEL- MAN; SOEBARTO, 1996). Os autores desenvolveram uma metodologia de auxílio que contemplava desde a fase de diagnóstico até a avaliação de desempenho energético das estratégias de retrofit. Essa avaliação podia ser feita com o uso do software de- senvolvido no âmbito do projeto, o “ENER-WIN”. Através de consulta na internet, não foram encontrados meios de se obter nenhum desses programas.
No Brasil é mais comum encontrar trabalhos e metodologias para retrofit de siste- mas de iluminação. Ghisi (1997) propôs um método para retrofit de sistemas de ilumi- nação envolvendo entrevistas com usuários, análises de potencial de conservação de energia, de retorno do investimento e de viabilidade. Já Guo, Belcher e Roddis (1993) desenvolveram uma ferramenta (a nível de pesquisa) chamada RetroLite Consultant para auxiliar projetistas durante o processo de retrofit de iluminação. O retrofit de sis- temas de iluminação é uma opção comum por ser uma intervenção relativamente fácil de se fazer, de baixo custo e de rápido retorno financeiro.
Após a fase de diagnóstico, é necessário estabelecer quais critérios irão nortear a pré-seleção das estratégias de retrofit a serem analisadas. Segundo Chidiac et al. (2011) essa escolha é influenciada pelo clima, ocupação, sistema de condicionamento de ar, propriedades da envoltória e geometria do edifício. Essa etapa do processo não será abordada neste estudo, cujo objetivo é auxiliar na escolha da(s) estratégia(s)
após a análise de desempenho daquelas pré-selecionadas. O desempenho térmico ou energético de um edifício antes ou depois de passar por uma intervenção pode ser estimado por meio de simulação, cujos métodos podem ser divididos em dinâmi- cos ou estáticos (MURRAY et al., 2014). Na Tabela 1 há uma breve revisão sobre algumas ferramentas propostas e os parâmetros a elas associados para a análise de desempenho de retrofit. Observa-se que as ferramentas para análise de desempenho concentram-se no uso da simulação dinâmica e de análises de regressão para estimar o consumo de energia.
Tabela 1 – Parâmetros e ferramentas de análise de desempenho de edifícios não-residenciais para retrofit.
Autores Parâmetros analisados País Ferramentas
(TASDEMIROGLU; RICO-AVELLO, 1985)
Condutividade térmica
da envoltória e con-
sumo de energia para aquecimento
Espanha Simulação estática
(ZMEUREANU, 1990)
Consumo de energia Canadá Simulação dinâmica
(DOE-2.1B) (BROWN;
BARRINGTON-
LEIGH; BROWN,
1993)
Demanda de energia Suíça Regressão Kernel
(DEGELMAN; SO-
EBARTO, 1996) Consumo de energia (não específico) Medição in loco e simu-lação dinâmica (ENER-
WIN) (WESTPHAL;
LAMBERTS; CU- NHA NETO, 2002)
Consumo de energia Brasil Transfer Function Method
(PAN; HUANG;
WU, 2007)
Consumo de energia China Simulação dinâmica
(DOE-2) (NETO; FIORELLI,
2008)
Consumo de energia Brasil Simulação estática (rede
neural artificial) e simu- lação dinâmica (Energy- Plus)
(CHIDIAC et al., 2011)
Consumo de energia Canadá Medição in loco, simu-
lação dinâmica (Energy- Plus) e regressão não- linear (Minitab)
(MURRAY; ROCHER; O’SULLIVAN, 2012)
Uso de energia para aquecimento
Irlanda Medição in loco, simula-
ção estática (graus-hora aquecimento) e, simula- ção dinâmica (IES Virtual Environment)
(MURRAY et al., 2014)
Consumo de energia para aquecimento e resfria- mento
Irlanda Simulação estática
(graus-dia)
(PENG; WANG;
ZHANG, 2014)
Consumo de energia China Simulação dinâmica (De-
signer’s Simulation Tool- kit - DeST )
Após a avaliação de desempenho das estratégias de retrofit, procede-se à escolha da(s) estratégia(s) a ser(em) adotada(s). Esta tarefa pode ser complexa, dependendo da diversidade de critérios a serem avaliados. Para isso, ferramentas de auxílio ao processo de decisão também vêm sendo desenvolvidas. Na Europa muitos estudos estão sendo publicados nesse sentido, mas voltados principalmente para a avaliação de custo ótimo das estratégias de retrofit. Essa é uma resposta do meio acadêmico às exigências da Diretiva 2010/31/EU. A legislação exige que os Estados Membros estabeleçam níveis mínimos de desempenho de edifícios, de seus componentes e sistemas baseados em uma metodologia de custo ótimo, considerando os custos en- volvidos durante o ciclo de vida dos edifícios. De acordo com a Diretiva, o nível de custo ótimo é o nível de desempenho energético do edifício que resulta no menor custo durante seu ciclo de vida econômico estimado (EUROPEAN COMMISSION, 2010). Esta exigência vai ao encontro do que afirmam Vahl, Campos e Casarotto Filho (2013). Os autores defendem que a análise da relação custo-benefício das es- tratégias é mais abrangente e realista do que um estudo comparativo baseado num indicador de custo anual.
A representação proposta por Boermans et al. (2011) para análise da melhor rela- ção custo-benefício entre estratégias é apresentada na Figura 7. Os critérios adotados foram o consumo anual de energia após intervenção versus o custo ao longo do ciclo de vida do edifício e de seus componentes. Trata-se de uma forma simplificada de vi- sualização dos parâmetros essenciais para a escolha das soluções. A Tabela 2 reúne uma breve revisão de literatura sobre métodos de otimização para classificação de estratégias de retrofit, em ordem cronológica. Nota-se um esforço direcionado ao apri- moramento de técnicas de otimização multi-objetiva para atender à complexidade da tarefa a que se destinam. Outro aspecto de destaque é a incorporação, ainda pouco expressiva, de critérios de conforto térmico por essas metodologias.
Durante a revisão da literatura sobre metodologias de retrofit em edifícios não- residenciais foram encontrados muitos trabalhos acadêmicos internacionais. No Bra- sil, ainda são poucas as pesquisas acadêmicas sobre o assunto, e só recentemente o termo retrofit foi inserido em revistas especializadas no mercado da construção civil (OCUPANTES, 2006; SUSTENTARQUI, 2006; NAKAMURA, 2011; HAYDÉE, 2013; CAMPOS, 2015; MARQUES, 2015). Alguns dos fatores que desencorajam o inves- timento em retrofit foram levantados: as limitações físicas da estrutura e de espaço
C
u
st
o
Consumo de energia
Figura 7 – Definição de custo ótimo. Fonte: traduzido de Boermans et al. (2011).
para o canteiro de obras, edifício em uso durante o processo e a falta de mão-de-obra especializada. O alto investimento e baixo retorno financeiro também são a causa do desinteresse de investidores, o que pode ser evitado com planejamento adequado. Segundo Ma et al. (2012), a auditoria energética, a avaliação de desempenho, a quan- tificação dos benefícios energéticos, a análise econômica, a avaliação de risco e a medição e verificação de economia de energia são essenciais para o sucesso de um projeto de retrofit. No caso dos edifícios universitários a falta de interesse também pode ter como causa o tempo de retorno do investimento superior ao período de admi- nistração de seus representantes. Há ainda o agravante de que não há normatização, regras ou legislação específica para projetos de retrofit no Brasil (CBCS, 2015a). O Comitê Temático de Projeto do CBCS (Conselho Brasileiro de Construção Susten- tável) e a Asbea (Associação Brasileira dos Escritórios de Arquitetura) iniciaram em 2013 uma ação de incentivo à divulgação e ao fomento do retrofit por meio da cria- ção de instrumentos para sua operacionalização (CBCS, 2015b). Essa ação objetiva trabalhar em conjunto com projetistas e especialistas para obter soluções técnicas, identificar estímulos econômicos, entre outros. Entretanto, ainda não há documenta- ção disponível para consulta do público.
Muitas das ferramentas apresentadas (sejam para análise de desempenho, sejam para análise multicriterial) exigem um conhecimento muito específico por parte de seus usuários. Em países europeus, onde existe uma legislação bem restritiva quanto ao desempenho de edifícios, a otimização computacional ainda não foi totalmente ado- tada pela indústria da construção (MURRAY et al., 2014). Há a necessidade do de-
Tabela 2 – Critérios e métodos de otimização para classificar estratégias de retrofit.
Autores Método Critérios de seleção
(ROULET et al.,
2002)
Algoritmo da família
ELECTRE (“ELimina-
tion Et Choix Traduisant la REalité”)
Uso final anual de energia, emissão de poluen- tes, horas de desconforto térmico, percentual de insatisfeitos (PPD), nível de ruído e custos. (WRIGHT; LOOSE-
MORE; FARMANI, 2002)
Algoritmo genético Custo de energia para condicionamento de ar
e horas de desconforto térmico
(REY, 2004) Algoritmo da família
ELECTRE
Consumo de energia, emissão de poluentes, desconforto térmico, nível de ruído, uso de ilu- minação natural e artificial, custo inicial e anual.
(SILVA; ALMEIDA,
2010)
ELECTRE III Horas de desconforto térmico e percentual de
insatisfeitos (PPD), isolamento acústico, Fator de Luz Diurna (DF) e consumo anual de ener- gia
(ANTIPOVA et al., 2014)
Algoritmo MILP (Mixed-
Integer Linear Pro-
gram)
Econômicos: custo de energia, custo de im- plantação. Ambientais: emissão de poluentes pelo consumo de energia.
(ASADI et al., 2014) Algoritmo genético e
rede neural artificial
Consumo de energia para condicionamento, custo do retrofit e horas de desconforto térmico (ASCIONE et al.,
2014)
Combinação entre Ma- tLab e EnergyPlus atra- vés de algoritmo gené- tico
Energia primária para condicionamento, horas de desconforto térmico, investimento inicial e custo global ao longo do ciclo de vida do edi- fício
(MURRAY et al.,
2014)
Algoritmo genético Retorno do investimento, emissões de carbono,
custo de energia
(WANG; XIA;
ZHANG, 2014)
Algoritmo de evolução diferencial
Retorno do investimento e economia de ener- gia
(WU; XIA; WANG, 2014)
“Multiobjective neigh-
borhood field opti-
mization algorithm”
(MONFO)
Custo do retrofit, economia de energia e Valor Presente Líquido (VPL)
senvolvimento de uma estrutura de trabalho que aborde aspectos fundamentais para a eficiência energética do edifício e o conforto térmico de seus usuários ao mesmo tempo que seja de fácil utilização pelos projetistas. O presente estudo busca con- tribuir para isto ao propor um procedimento que contemple questões energéticas e de conforto térmico, além de auxiliar no processo de escolha de ações de retrofit de maneira simplificada.
Como demonstrado, os objetivos das ações de retrofit variam conforme o contexto. Entretanto, dentre os trabalhos encontrados durante a revisão da literatura sobre re- trofit de edifícios não-residenciais, foi possível identificar que existe uma concentração
de trabalhos direcionados à redução do consumo de energia e à busca pela melhor relação custo-benefício. O conforto térmico é pouco abordado, provavelmente pelo fato desse tipo de edificação apresentar condicionamento artificial durante quase a totalidade de horas de ocupação. Constatou-se também que dentre os trabalhos en- contrados sobre retrofit a maioria trata de intervenções de eficientização da envoltó- ria ou do sistema de iluminação (MIN; MILLS; ZHANG, 1997; GRASSO et al., 1998; WESTPHAL; GHISI; LAMBERTS, 1998; LEE, 2000; LEE; WESTPHAL; LAMBERTS, 2000a; STEFANO, 2000; MATOS; WESTPHAL; LAMBERTS, 2003; MAHLIA et al., 2005; VAHL; CAMPOS; CASAROTTO FILHO, 2013). Sistemas passivos, quando as- sociados a técnicas de retrofit de eficiência energética, trazem importantes benefícios enumerados pelos autores:
• ambientes internos naturalmente iluminados e mais atrativos,
• menor dependência de sistemas mecânicos evitando agressão à camada atmos- férica,
• menores custos com energia,
• um bom investimento a longo prazo com menor dependência de abastecimento de energia,
• menos sobreaquecimento, mais conforto e um ambiente interno mais saudável e,
• oportunidades para o controle individual.
Tendo em vista os benefícios supracitados, tecnologias passivas de condiciona- mento para retrofit serão apresentadas a seguir. As medidas apresentadas serão utilizadas no processo metodológico deste trabalho. A discussão sobre o uso dessas medidas se dará sob o ponto de vista dos benefícios de sua aplicação em edifícios não-residenciais.