UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL DE UMA EDIFICAÇÃO ESCOLAR: DIAGNÓSTICO E PROPOSIÇÃO DE MELHORIAS CONSTRUTIVAS CONSIDERANDO
DIFERENTES ZONAS BIOCLIMÁTICAS
LÍVIA SOUZA MANÇÃNO CHAVES
AVALIAÇÃO AMBIENTAL DE UMA EDIFICAÇÃO ESCOLAR: DIAGNÓSTICO E PROPOSIÇÃO DE MELHORIAS CONSTRUTIVAS CONSIDERANDO
DIFERENTES ZONAS BIOCLIMÁTICAS
Lívia Souza Mançãno Chaves
Projeto de Graduação apresentado ao curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro.
Orientadores: Prof. Dsc. Romildo Dias Toledo Filho
Prof. Msc. Lucas Rosse Caldas
Rio de Janeiro Fevereiro de 2020
AVALIAÇÃO AMBIENTAL DE UMA EDIFICAÇÃO ESCOLAR: DIAGNÓSTICO E PROPOSIÇÃO DE MELHORIAS CONSTRUTIVAS CONSIDERANDO
DIFERENTES ZONAS BIOCLIMÁTICAS
Lívia Souza Mançãno Chaves
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DEENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
________________________________________________ Prof. Romildo Dias Todelo Filho, D.Sc. ________________________________________
Prof. Lucas Rosse Caldas, M.Sc. ________________________________________
Profa. Sandra Oda, D.Sc.
_______________________________________ Profa. Camila Aparecida Abelha Rocha, D.Sc.
Chaves, Lívia Souza Mançãno
Avaliação ambiental de uma edificação escolar: diagnóstico e proposição de melhorias construtivas considerando diferentes zonas bioclimáticas/ Lívia Souza Mançãno Chaves – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2020.
xii, 62 p.:il.; 29,7 cm.
Orientador: Romildo Dias Toledo Filho, Lucas Rosse Caldas
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, 2020.
Referências Bibliográficas: p. 61-63
1. Introdução 2. Revisão Bibliográfica 3. Metodologia 4. Resultados e Discussão 5. Conclusão
I. I. Toledo Filho, Romildo Dias; II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Título
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais Cassia e Aloisio por todo o carinho e suporte em todas as fases da minha vida. Vocês sempre foram meus maiores incentivadores e são parte fundamental de todas as minhas conquistas.
Ao meu irmão Rafael, agradeço a cumplicidade e por sempre deixar as coisas mais leves.
Ao meu namorado João e às minhas amigas da escola, agradeço por sempre estarem presentes, nos melhores momentos e também nos difíceis.
Ao meu orientador Romildo, pela inspiração, conhecimentos compartilhados e oportunidades oferecidas.
Ao meu orientador Lucas, pela atenção, direcionamentos e disponibilidade, essenciais para a conclusão desse trabalho.
À minha orientadora de iniciação científica Camila, pelos conselhos e por ter desenvolvido meu gosto pela pesquisa.
Dedico este trabalho aos meus pais, Cassia e Aloisio.
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
AVALIAÇÃO AMBIENTAL DE UMA EDIFICAÇÃO ESCOLAR: DIAGNÓSTICO E PROPOSIÇÃO DE MELHORIAS CONSTRUTIVAS CONSIDERANDO
DIFERENTES ZONAS BIOCLIMÁTICAS
Lívia Souza Mançãno Chaves
Fevereiro de 2020
Orientadores: Romildo Dias Toledo Filho / Lucas Rosse Caldas
A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) tem se mostrado como uma metodologia eficaz para a avaliação dos potenciais impactos ambientais de edificações durante o seu ciclo de vida. No Brasil, ainda é pouco difundida a aplicação dessa metodologia durante o projeto de edificações. Neste estudo realizou-se uma avaliação ambiental, considerando o ciclo de vida (com o escopo do berço ao portão) de uma edificação escolar localizada no Rio de Janeiro. O estudo teve como objetivos a avaliação do Potencial de Aquecimento Global (GWP100) da edificação, verificando onde os impactos estão concentrados (hotspots) e estudar soluções para minimizá-los, melhorando o desempenho energético da construção, utilizando sistemas construtivos com um melhor desempenho térmico. A edificação estudada foi modelada no programa Revit e exportada para o DesignBuilder onde foram realizadas simulações termoenergéticas. Essas soluções foram testadas para cidades de três diferentes zonas bioclimáticas (Rio de Janeiro, Curitiba e Brasília) do país. O cenário relativo à utilização de brises de bioconcreto nas janelas foi o mais vantajoso e
implicou em uma redução de pelo menos 100 toneladas de CO2-eq em todas as cidades
analisadas. Foi constatado que a partir do momento que o projeto se torna mais eficiente energeticamente as emissões incorporadas adquirem maior participação nas emissões totais do ciclo de vida da edificação, ressaltando a necessidade da busca constante por materiais com menor impacto GWP100 em sua produção. Os resultados encontrados nessa pesquisa serviram para a elaboração de algumas diretrizes para projetos de edificações escolares de menor pegada de carbono.
Palavras-chave: Emissões de CO2; BIM; Edificação Escolar; Bioconcreto;
Abstract of the Graduation Project presented to the Polytechnic School / UFRJ as part of the necessary requirements to obtain the degree of Civil Engineer.
LIFE CYCLE ASSESSMENT OF A SCHOOL BUILDING: ENVIRONMENTAL DIAGNOSIS AND PROPOSITION OF CONSTRUCTIVE IMPROVEMENTS
CONSIDERING DIFFERENT BIOCLIMATIC ZONES
Lívia Souza Mançãno Chaves
February 2020
Advisors: Romildo Dias Toledo Filho / Lucas Rosse Caldas
The Life Cycle Assessment (LCA) has shown to be an effective method for assessing the environmental impacts caused by buildings during the life cycle. In Brazil, the application of this methodology during the design of buildings is still not widespread. In this study, an environmental assessment is carried out, considering the life cycle (with a cradle to gate scope) of one building located in Rio de Janeiro. The study aimed to evaluate the Global Warming Potential (GWP100) of the building, in order to find where the impacts are concentrated (hotspots) and study solutions to minimize them, improving the energy performance of the construction, using systems built with a better energy performance. A case study was modeled in Revit software and exported to DesignBuilder where thermo-energy simulations were carried out. These solutions were tested for cities in three Brazilian bioclimatic zones (Rio de Janeiro, Curitiba and Brasília). The scenario regarding the use of bio-concrete louvres in windows was the most advantageous and
implied a reduction of at least 100 tons of CO2-eq in all the cities analyzed. It was found
that from the moment that the design becomes more efficient energetically, the embodied carbon acquires greater share in the total life cycle carbon emissions., These finds show the need of constant exploration for materials with less GWP100 impact in its production. The results found in this research were used to elaborate some design guidelines for school building with a lower carbon footprint.
Keywords: CO2 Emissions; School Building; BIM; Bioconcrete; Sustainability in
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1-1-EMISSÕES DE CO2 DO SETOR DE EDIFÍCIOS NO CENÁRIO DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL,2000-2030
(IEA,2019). ... 4
FIGURA 1-2-ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO ABNT(2003)... 5
FIGURA 2-1-ESTRUTURA DA ACV.ADAPTADO DE ABNT(2006) ... 10
FIGURA 2-2-TIPOS DE CERTIFICAÇÃO LEED(GBC,2020) ... 17
FIGURA 2-3-PERFIL MÍNIMO DE DESEMPENHO PARA A OBTENÇÃO DA CERTIFICAÇÃO AQUA(VANZOLINI,2020) ... 18
FIGURA 2-4-LOGOMARCAS DO SELO CASA AZUL NÍVEIS OURO,PRATA E BRONZE (CAIXAECONÔMICAFEDERAL,2010) ... 18
FIGURA 2-5-CICLO DE VIDA DA CONSTRUÇÃO DEFINIDO PELA EN15978.ADAPTADO DE BSEN15978:2011− SUSTAINABILITY OF CONSTRUCTION WORKS − ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL PERFORMANCE OF BUILDINGS − CALCULATION METHOD ... 20
FIGURA 2-6–GRÁFICO DA DISTRIBUIÇÃO DOS ESTUDOS CONSIDERADOS NA REVISÃO ORGANIZADOS POR LOCALIDADE E TIPO DE ESTUDO.ADAPTADO DE CABEZA ET AL. (2014) ... 21
FIGURA 3-1EDIFICAÇÃO DO ESTUDO EM FINALIZAÇÃO DA OBRA ... 29
FIGURA 3-2–FLUXOGRAMA ILUSTRANDO AS ETAPAS DA PESQUISA. ... 29
FIGURA 3-3–(A)PLANTA BAIXA DO TÉRREO (B) PLANTA BAIXA DO PRIMEIRO PAVIMENTO.) ... 30
FIGURA 3-4-EDIFICAÇÃO MODELADA NO PROGRAMA AUTODESK REVIT. ... 31
FIGURA 3-5-EDIFICAÇÃO IMPORTADA NO PROGRAMA DESIGNBUILDER ... 31
FIGURA 3-6–(A)ESQUEMA PISO TÉRREO COM RADIER ACABAMENTO EM GRANITINA E (B) CAPTURA DE TELA DO PROGRAMA DESIGNBUILDER ... 33
FIGURA 3-7–(A)ESQUEMA PRIMEIRO PAVIMENTO DE SIMPLIFICAÇÃO DE LAJE NERVURADA COM EPS E ACABAMENTO EM GRANITINA E (B) CAPTURA DE TELA DO PROGRAMA DESIGNBUILDER ... 33
FIGURA 3-8–(A)ESQUEMA DE SIMPLIFICAÇÃO DE BLOCOS VASADOS DAS VEDAÇÕES EXTERNAS E (B) CAPTURA DE TELA DO PROGRAMA DESIGNBUILDER ... 33
FIGURA 3-9–MODELO COM APRESENTAÇÃO DOS MATERIAIS APLICADOS NO PROGRAMA DESIGNBUILDER ... 34
FIGURA 3-10-MODELO COM VISÃO INTERNA DOS MATERIAIS APLICADOS NO PROGRAMA DESIGNBUILDER ... 35
FIGURA 3-11-ESTÁGIOS CONSIDERADOS NO ESCOPO DO TRABALHO ... 36
FIGURA 3-12-TABELA DE CO2-EQ – DADO DE SAÍDA GERADO PELO DESIGNBUILDER ... 37
FIGURA 3-13-LOCALIZAÇÃO DA EDIFICAÇÃO AVALIADA EM VERMELHO E BASES AÉREAS DO RIO DE JANEIRO EM AZUL. ... 38
FIGURA 3-14-EXEMPLO DE CONFIGURAÇÃO DE OCUPAÇÃO DE UMA ZONA ... 38
FIGURA 3-15-ESPECIFICAÇÕES BRISE BIOCONCRETO ... 40
FIGURA 3-16-(A)VISTA LATERAL BRISE E (B)VISTA FRONTAL BRISE ... 40
FIGURA 3-17-MODELO COM OS BRISES APLICADOS EM TODAS AS JANELAS ... 40
F 4-2-C R J ( ),B
E CURITIBA. ... 43
FIGURA 4-3-GRÁFICO COMPARATIVO DE EMISSÕES NA FASE DE FABRICAÇÃO DOS INSUMOS E NA FASE DE OPERAÇÃO DO EDIFICO. ... 44
FIGURA 4-4-EMISSÕES DE CO2-EQ DEVIDO AO CARBONO INCORPORADO CONSIDERANDO A PINTURA ANUAL DE TODA A ESCOLA ... 45
FIGURA 4-5-EMISSÕES RELATIVAS À PRODUÇÃO, OPERAÇÃO E REPOSIÇÃO DE PINTURA EM 50 ANOS ... 45
FIGURA 4-6-EMISSÕES DE CO2-EQ NA FASE DE PRODUÇÃO DOS INSUMOS NOS CENÁRIOS ANALISADOS ... 47
FIGURA 4-7-BALANÇO DE CALOR NA EDIFICAÇÃO DAS 0H ÀS 24H ... 48
FIGURA 4-8-CORTE TRANSVERSAL COM DISTRIBUIÇÃO DE TEMPERATURA E FLUXO DE AR ... 48
FIGURA 4-9-CORTE EM PLANTA COM DISTRIBUIÇÃO DE TEMPERATURAS E FLUXO DE AR ... 49
FIGURA 4-10-CONSUMO ANUAL DE ELETRICIDADE EM CADA UM DOS CENÁRIOS ANALISADOS PARA AS TRÊS CIDADES DO ESTUDO ... 50
FIGURA 4-11-EMISSÕES EQUIVALENTES POR EDIFICAÇÃO CONSIDERANDO DIFERENTES CENÁRIOS E FATORES DE EMISSÃO DO GRID NA CIDADE DO RIO DE JANEIRO ... 51
FIGURA 4-12-EMISSÕES EQUIVALENTES POR EDIFICAÇÃO CONSIDERANDO DIFERENTES CENÁRIOS E FATORES DE EMISSÃO DO GRID NA CIDADE DE BRASÍLIA ... 52
FIGURA 4-13--EMISSÕES EQUIVALENTES POR EDIFICAÇÃO CONSIDERANDO DIFERENTES CENÁRIOS E FATORES DE EMISSÃO DO GRID NA CIDADE DE CURITIBA ... 53
FIGURA 4-14-PARTICIPAÇÃO DO CARBONO INCORPORADO NO TOTAL DE EMISSÕES DO CENÁRIO BASE PARA AS TRÊS CIDADES ANALISADAS NO ESTUDO COM DIFERENTES FATORES DE EMISSÃO DO GRID ... 54
FIGURA 4-15-ORÇAMENTO DA OBRA NOS CENÁRIOS 0 E 1 ... 55
LISTA DE TABELAS
TABELA 2-1-ESCOPOS DE ESTUDO DA ACV,ADAPTADO DE ABNTISO14044 ... 11
TABELA 3-1-SISTEMAS CONSTRUTIVOS E REVESTIMENTOS DA EDIFICAÇÃO ... 32
TABELA 3-2-COEFICIENTES ADOTADOS PARA CADA MATERIAL. ... 32
TABELA 3-3-VALORES DE TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA CONSIDERADOS NAS 3 CIDADES ANALISADAS NO TRABALHO ... 34
TABELA 3-4-CUSTOS E CO2-EQ ADOTADOS PARA CADA MATERIAL ... 35
TABELA 4-1-NÚMERO DE ALUNOS, ÁREA CONSTRUÍDA E CONSUMO ANUAL DE ESCOLAS PERTENCENTES A MESMA REDE NO ANO DE 2018 ... 43
TABELA 4-2-ECONOMIA ANUAIS EM REAIS EM ELETRICIDADE PARA CADA CIDADE E CADA CENÁRIO... 55
TABELA 4-3-TEMPO DO RETORNO DO INVESTIMENTO NO CENÁRIO 1 E ECONOMIA NA FASE OPERACIONAL DO EDIFÍCIO CONSIDERANDO O MESMO CENÁRIO ... 55
SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ... 9 LISTA DE TABELAS ... 11 SUMÁRIO ... 12 1 INTRODUÇÃO ... 1 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ... 1
SUSTENTABILIDADE NAS CONSTRUÇÕES E AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA ... 3
ESTRATÉGIAS DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL PARA PROJETOS ESCOLARES ... 7
JUSTIFIVATIVA DA PESQUISA ... 8
OBJETIVOS: ... 9
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 10
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) ... 10
2.1.1 Definição do objetivo e escopo ... 11
2.1.2 Análise do Inventário do Ciclo de Vida ... 12
2.1.3 Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida ... 12
2.1.4 Interpretação do Ciclo de Vida ... 13
ACV DE EMISSÕES DE CARBONO ... 14
ACV ENERGÉTICA ... 15
2.3.1 Energia incorporada e energia operacional ... 15
2.3.2 Certificações sustentáveis... 16
ACV APLICADA AO SETOR DA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 19
2.4.1 BIM ... 22
2.4.2 Integração ACV e BIM ... 24
ACV EM EDIFICAÇÕES ESCOLARES ... 26
DESENVOLVIMENTO DO MODELO NO REVIT E EXPORTAÇÃO
DESIGNBUILDER ... 30
3.1.1 Geometria e materiais ... 30
3.1.2 Custos e carbono ... 34
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DA EDIFICAÇÃO ... 36
AVALIAÇÃO DE CENÁRIOS PARA A MELHORIA AMBIENTAL DO PROJETO ... 39 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 41 CENÁRIO ATUAL ... 41 4.1.1 Carbono incorporado ... 41 4.1.2 Carbono operacional ... 42 CENÁRIOS ALTERNATIVOS ... 46 4.2.1 Carbono incorporado ... 46 4.2.2 Carbono operacional ... 47 4.2.3 Análise de custos ... 54
DIRETRIZES PARA PROJETOS DE EDIFICAÇÃO ESCOLAR DE BAIXO CARBONO ... 56
5 CONCLUSÃO ... 59
SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ... 60
1 INTRODUÇÃO
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
As cidades estão enfrentando desafios demográficos, ambientais, econômicos, sociais e espaciais sem precedentes. Houve uma mudança fenomenal em direção à urbanização, com 6 em cada 10 pessoas no mundo a residir em áreas urbanas até 2030. Mais de 90% desse crescimento ocorrerá na África, Ásia, América Latina e Caribe. Na ausência de um planejamento urbano eficaz, as consequências dessa rápida urbanização serão dramáticas. (ONU, 2019)
Em 1987, o termo ‘desenvolvimento sustentável’ foi definido como o uso racional dos recursos do planeta para atender as demandas atuais sem comprometer as necessidades das
gerações futuras. (COMISSÃO MUNDIAL SOBRE MEIO AMBIENTE E
DESENVOLVIMENTO, 1987). A busca por cidades mais sustentáveis se tornou essencial para garantir os recursos naturais para as futuras gerações. O consumo desenfreado, antes estimulado, deixa sequelas no meio ambiente e prejudica a qualidade de vida das pessoas.
Um marco importante para a discussão de questões ambientais foi a Conferência de Estocolmo, organizada pelas Nações Unidas em 1972. Após a sua realização, a ONU criou o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente.
Foi de grande relevância para a busca do desenvolvimento sustentável a ECO-92, a Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento, também conhecida como Cúpula da Terra. Nessa reunião acordou-se que os países em desenvolvimento deveriam receber apoio financeiro e tecnológico a fim de atingirem um modelo de desenvolvimento mais sustentável, inclusive com a redução dos padrões de consumo — especialmente de combustíveis fósseis. Com isso, a dicotomia entre meio ambiente e desenvolvimento diminuiu. A principal entrega dessa conferência foi a Agenda 21, que enumera de forma prática os objetivos a serem atingidos pelas sociedades para obter a sustentabilidade.
Focando no contexto de redução da emissão de CO2, destaca-se o Protocolo de Kyoto,
tratado criado em 1997, que definiu metas de redução de emissões para os países desenvolvidos, considerados os mais influentes na mudança do clima. Os países-membros do acordo, foram organizados em dois grupos, sendo que cada um tinha uma obrigação diferente a cumprir: Anexo I - Países desenvolvidos e Não Anexo I - Países em desenvolvimento. As metas do Protocolo de Kyoto não foram iguais para todos, sendo níveis diferentes para os países do
Anexo I. Os países em desenvolvimento como Brasil, Argentina, México e Índia, que fazem parte do não Anexo I, não receberam metas obrigatórias, mas mesmo assim deveriam realizar ações sustentáveis por meio de projetos destacados pelo Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL). O Protocolo entrou em vigor em 2005 e entre 2008 e 2012, 37 países industrializados e a Comunidade Europeia comprometeram-se a reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) para uma média de 5% em relação aos níveis de 1990. (ONU MEIO AMBIENTE, 1997).
Desde então, foram realizadas diversas conferências focadas em discutir, compartilhar e propor metas visando a redução de emissões e o aumento da sustentabilidade dos países. Os últimos relatórios do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente se baseiam nos compromissos adotados no Acordo de Paris. Ele foi adotado na 21ª Conferência das Partes (COP21), em Paris, com o objetivo central de fortalecer a resposta global à ameaça da mudança do clima e de reforçar a capacidade dos países para lidar com os impactos decorrentes dessas mudanças. O acordo visa limitar o aquecimento global abaixo de 2°C acima dos níveis pré-industriais. Os países se propuseram a reduzir, ou não aumentar, suas emissões de gases de efeito estufa (GEE) até 2020. O acordo determina que os países desenvolvidos deverão investir 100 bilhões de dólares por ano em medidas de combate à mudança do clima e adaptação, em países em desenvolvimento. Uma novidade é a possibilidade de financiamento entre países em desenvolvimento, chamada “cooperação Sul-Sul”, o que amplia a base de financiadores dos projetos. (ONU MEIO AMBIENTE, 2015)
Em 2017, o Brasil era responsável por 2,3% das emissões de GEE do G20. (UNITED NATIONS ENVIRONMENT PROGRAMME, 2018). O processo de ratificação do Acordo de Paris foi concluído pelo Brasil em setembro de 2016. O país comprometeu-se a reduzir até 2025 as emissões de gases de efeito estufa em 37% abaixo dos níveis de 2005, e a reduzir até 2030 as emissões de gases de efeito estufa em 43% abaixo dos níveis de 2005. Para isso, o país se comprometeu a aumentar a participação de bioenergia sustentável na sua matriz energética, restaurar e reflorestar milhões de hectares de florestas e alcançar uma participação estimada de 45% de energias renováveis na composição da matriz energética em 2030 (ONU MEIO AMBIENTE, 2015).
Em 2016 ocorreu a Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável, promovida pela ONU, na qual se chegou ao entendimento que as cidades podem ser a fonte de soluções dos desafios enfrentados pelo mundo atualmente, em vez de sua causa. Se bem planejada e administrada, a urbanização pode ser uma poderosa ferramenta para o desenvolvimento
sustentável tanto para países desenvolvidos quanto para países em desenvolvimento (ONU, 2019).
Na Declaração de Quito, presente na Nova Agenda Urbana (ONU, 2019), as nações se comprometem a desenvolver medidas de redução de risco de desastres e de mitigação e adaptação às mudanças climáticas em processos de desenvolvimento e planejamento urbano e territorial, incluindo a redução das emissões de gases de efeito estufa, o desenho de espaços, edifícios, construções, serviços e infraestrutura com base na resiliência e na eficácia do ponto de vista climático e o desenvolvimento de soluções inspiradas na natureza.
Todavia é insuficiente pensar em sustentabilidade apenas do ponto de vista ambiental. A sustentabilidade é composta por três pilares: social, econômico e ambiental. Portanto para a proposição de soluções sustentáveis essas outras vertentes devem ser levadas em consideração para que se mantenha o equilíbrio e se adeque ao meio que estas estarão inseridas.
SUSTENTABILIDADE NAS CONSTRUÇÕES E AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA
O setor da construção civil impacta significativamente no meio ambiente visto que consome entre 14% e 50% de toda a matéria-prima extraída da natureza, 16% de recursos hídricos e 40% de toda fonte de energia (TAVARES, 2006). Além disso, gera de 40% a 70% dos resíduos sólidos e, ainda, é responsável por 10% das emissões de gases de efeito estufa na atmosfera. Esse cenário demonstra que o setor tem um grande potencial para buscar soluções sustentáveis que minimizem os impactos gerados por sua atividade (MEDEIROS, DURANTE, & CALLEJAS, 2018).
A necessidade de uma agenda internacional voltada para a construção sustentável era notável e o Conselho Interacional de Pesquisa Inovação em Construção Civil (CIB) publicou sua Agenda 21 sobre Sustentabilidade na Construção Civil (Publicação do Relatório CIB 237) em 1999, após uma extensa pesquisa. (CONSELHO INTERNACIONAL DE PESQUISA E INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL, 1999).
Em abril de 2018, a CSI e a Agência Internacional de Energia (IEA, na sigla em inglês) lançaram uma atualização do roteiro tecnológico da indústria do cimento. O documento, chamado Transição de Baixo Carbono na Indústria de Cimento, tem o objetivo de prover informações, identificar oportunidades e estimular um esforço colaborativo internacional para que a indústria de cimento contribua com as metas de longo prazo de redução de emissões de
industriais de dióxido de carbono. O documento brasileiro mapeia tecnologias atuais e potenciais capazes de auxiliar a indústria do cimento a reduzir suas emissões de gases de efeito estufa, melhorar a eficiência energética e, assim, atender às demandas futuras da sociedade e suas políticas públicas (VOTORANTIM CIMENTOS, 2018).
Segundo dados da Agência Internacional de Energia as emissões dos edifícios aumentaram em 2018 pelo segundo ano consecutivo, subindo acima do nível de 2013 para o nível mais alto de todos os tempos. Isso resultou de vários fatores, incluindo condições climáticas extremas que aumentaram a demanda de energia para aquecimento e resfriamento, que juntos representam um quinto do aumento global total da demanda final de energia em 2018. Um enorme potencial permanece inexplorado devido ao uso generalizado de tecnologias menos eficientes, falta de políticas eficazes e investimento insuficiente em edifícios
sustentáveis (IEA, 2019). Na Figura 1-1 estão representadas as emissões de CO2 dos edifícios
no período de 2000 a 2018 e a projeção das reduções necessárias para o atingimento da meta de emissões para 2030.
Figura 1-1 - Emissões de CO2 do setor de edifícios no cenário de desenvolvimento
sustentável, 2000-2030 (IEA, 2019).
Ao se pensar em diretrizes para construções sustentáveis no Brasil há ainda o obstáculo da grande dimensão territorial do país. Além de facilidade de acesso a matérias primas desiguais e realidades sócio econômicas distintas, a influência do clima é diferente pelo país. Ao todo, o país apresenta oito zonas bioclimáticas diferentes, apresentadas na Figura 1-2, que solicitam
0 2 4 6 8 10 12 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Gt
Emissões de CO2 do setor de edifícios no cenário de desenvolvimento sustentável, 2000-2030
performances energéticas diferentes dos materiais e soluções construtivas não uniformes por todo o país. A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é uma ferramenta para analisar sistematicamente desempenho ambiental de produtos ou processos ao longo de todo o seu ciclo de vida e, por isso, o interesse na incorporação dessa análise na tomada de decisão para a seleção de produtos e também para a avaliação e otimização de processos de construção é crescente (ASDRUBALI et al, 2013).
Figura 1-2- Zoneamento bioclimático brasileiro ABNT(2003)
A ACV pode considerar os processos de extração de matérias-primas, fabricação, uso, fim de vida, que pode ser diferentes opções, como aterramento ou reciclagem, assim, é muitas vezes considerada uma abordagem "berço ao túmulo" para a avaliação dos impactos ambientais (CIAMBRONE, 1997).
Muitos estudos de ACV vêm sendo realizados, principalmente em países
desenvolvidos. No entanto, as emissões de CO2 geradas ao longo do ciclo de vida de um edifício
têm características regionais distintas por causa dos diferentes tipos de climas, políticas de gestão e níveis tecnológicos que caracterizam diferentes regiões. Dessa forma, uma análise voltada para as condições locais é muito importante.
No ambiente construído valoriza-se a produtividade alinhada ao baixo custo, mas ainda são poucas as soluções sustentáveis que atinjam esses critérios e estejam disponíveis para o uso do mercado. Portanto, enxerga-se facilmente essa lacuna no que tange a especificação materiais
e sistemas construtivos escaláveis, de baixo impacto ambiental e bom desempenho térmico e mecânico.
Caldas et al. (2017) estudaram a comparação de impactos ambientais de dois projetos de habitação, sendo um de alvenaria estrutural de blocos cerâmicos e outro de painéis pré-moldados de concreto armado, considerando o impacto dos diferentes desempenhos térmicos desses sistemas em seis zonas bioclimáticas brasileiras. A habitação de alvenaria cerâmica apresentou melhores resultados para todas as categorias de impacto ambientais e zonas bioclimáticas avaliadas. Apesar disso, os resultados do estudo mostram que a mudança somente na zona bioclimática, considerando o mesmo sistema construtivo, pode levar a diferenças consideráveis, principalmente para sistemas construtivos de desempenho térmico inferior, como foi o caso dos painéis de concreto. Esses resultados mostraram a importância de se considerar o impacto de diferentes desempenhos térmicos de sistemas construtivos e avaliação para diferentes cidades para que estudos de ACV para o setor de edificações se aproximem mais da realidade.
GIESEKAM et al. (2016) pesquisaram os pontos de vista da indústria da construção em materiais de baixo carbono no Reino Unido. Entre os entrevistados estavam engenheiros, arquitetos, construtores, consultores em sustentabilidade com diferentes anos de trabalho e portes de empresas distintos. Alinhado à altos custos e à natureza conservadora dos clientes foram observados obstáculos para a utilização de materiais sustentáveis como a falta de projetos de demonstração, informações, expertise técnica e normatização. Podem ser observados que os fatores apontados como mais importantes para a não utilização desses materiais são a falta de conhecimento teórico e treinamento e os altos custos desses materiais.
Buscando reduzir essa carência de informações, a Câmara Brasileira da Indústria da Construção (CBIC) publicou o Guia CBIC de Boas Práticas em Sustentabilidade na Indústria da Construção. O guia apresenta um compilado de iniciativas empresariais que buscaram gerar resultados positivos ambientais, econômicos e sociais de forma integrada. O guia foca em exemplos práticos já implementados, testados e aperfeiçoados por empresas da cadeia produtiva da construção, visando, deste modo, reduzir as incertezas e ampliar as chances de êxito de empresas que decidirem trilhar o caminho da sustentabilidade (TELLO & RIBEIRO, 2012).
Uma vertente importante para a construção de edificações mais sustentáveis é o desenvolvimento de novos materiais para a construção civil que apresentem menores emissões
de CO2. Andreola (2017) desenvolveu bioconcretos de elevada trabalhabilidade utilizando
agregados de resíduos de bambu e cimento Portland. No presente momento estão sendo estudadas soluções para a utilização desse material em painéis monolíticos de bioconcreto.
ESTRATÉGIAS DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL PARA PROJETOS ESCOLARES
No Referencial Curricular Nacional para Educação Infantil (BRASIL, 1999), o espaço físico deve ser arranjado de acordo com as necessidades e características de cada faixa etária, levando-se em conta os diversos projetos e atividades que estão sendo desenvolvidos.
Azevedo et al (2004) relacionaram características e variáveis de projeto importantes para a adequação dos prédios destinados à Educação Infantil, atendendo aos requisitos de infraestrutura necessários ao seu funcionamento, bem como a consideração aos conceitos de sustentabilidade. Assim, podem ser contempladas estratégias projetuais capazes de considerar os aspectos contextuais-ambientais, funcionais, estético-compositivos e técnico-construtivos. No Quadro 1 estão representados os aspectos contextuais-ambientais que devem ser levados em conta no momento do projeto de uma edificação escolar.
Quadro 1- Aspectos contextuais-ambientais para o projeto de uma edificação escolar. (AZEVEDO, BASTOS, et al., 2004)
Aspectos contextuais-ambientais C onfor to t érmic o C onfor to ac ústi co C onfor to l umí nico Ef iciê nc ia ene rg éti ca P rote çã o a o meio -a mbi en te Espa ço e dific ado c omo inst rum ento di dá ti co
Implantação: Orientação solar, topografia,
direção dos ventos, proteção ruídos externos X X X X X X
Tipologia arquitetônica: Forma e padrão
construtivo, materiais e acabamentos X X X X X X
Aberturas: Tipologia, Posicionamento X X X X X
Dispositivos de sombreamento X X X X
Captação e uso racional de recursos hídricos X X X X
Utilização de fontes energéticas naturais e
sistemas alternativos de geração de energia X X X X
Espaços de alta densidade humana têm temperaturas internas mais elevadas e, consequentemente, o consumo de energia para refrigeração é maior, comparado com o mesmo ambiente com uma menor taxa de ocupação. Essa configuração aumenta as emissões de CO2 na produção desta energia. Portanto, ambientes com taxas ocupacionais mais altas tendem a emitir mais CO2. Nas escolas brasileiras, principalmente as da rede pública, há uma tendência a se alocar muitos alunos por sala de aula, o que resulta em maior desconforto térmico para alunos e professores e um pior ambiente de aprendizagem. (CALDAS, TOLÊDO FILHO, et al., 2017)
JUSTIFIVATIVA DA PESQUISA
Segundo dados do Censo escolar de 2017 menos de 5% das escolas públicas no país apresentam a infraestrutura adequada. Entre essas, há um número ainda mais alarmante: 20% não apresenta o conjunto de instalações essenciais que compreende água tratada, eletricidade, esgotamento sanitário e banheiros. essas escolas correspondem à 12,9% das matrículas da educação básica pública do país (INEP, 2019).
Além da carência em infraestrutura das unidades já construídas, no meio rural faltam escolas. Não são raros os casos de alunos que passam horas por dia dentro de algum meio de transporte para poder estudar. Esse cenário, por mais que permita que as escolas sejam projetadas para atender grande quantidade de alunos de diversas localidades , e possibilite maiores investimentos na infraestrutura, sujeita as crianças e os adolescentes ao transporte precário oferecido pelo governo.
Uma vez que o Brasil apresenta esse déficit, novas edificações escolares devem ser construídas ou reformadas. Uma edificação escolar possui um uso muito específico devido as taxas de ocupação, idade dos ocupantes e horários de funcionamento, além de existirem poucos dados ambientais para esse tipo de projeto que considere as etapas de produção dos materiais, construção, uso e fim de vida. No Brasil, ainda é pouco difundida a aplicação da metodologia de ACV durante o processo de projeto de edificações, principalmente para edificações escolares. Portanto recomendações ambientais para esse tipo de projeto serão muito relevantes para os próximos anos visto a necessidade de construir de forma mais eficiente.
Röck, et al. (2019) estudaram tendências globais das emissões de GEE que surgem ao longo do ciclo de vida dos edifícios, compilando e analisando sistematicamente mais de 650 estudos de caso de avaliação do ciclo de vida (ACV). Os casos da América do Norte e América
do Sul representam apenas a menor fração da amostra final (soma de 5%), sendo a maioria dos estudos localizados em regiões de clima temperado ou continental, revelando uma clara lacuna de pesquisa em relação a estudos das Américas e de países tropicais em geral.
Além disso, devido à dimensão territorial elevada do Brasil, diferenças sócio econômicas e a presença de oito diferentes zonas climáticas no país, as potenciais soluções sustentáveis devem ser analisadas do ponto de vista local e considerando os princípios bioclimáticos. Ainda são poucos os estudos de ACV para edificações escolares que estudam o desempenho da edificação em diferentes zonas do país.
OBJETIVOS:
Tendo em vista o contexto e justificativas apresentadas, o principal objetivo deste estudo foi realizar uma avaliação ambiental, considerando diferentes etapas do ciclo de vida de uma edificação escolar. O estudo teve os seguintes objetivos específicos:
a) avaliar o potencial de aquecimento global (GWP100) de uma edificação escolar como um todo e verificação onde esse impacto está concentrado (hotspots);
b) a partir desse diagnóstico foram estudadas soluções construtivas para minimizá-lo e ao mesmo tempo melhorar o desempenho energético da construção, com o uso de sistemas construtivos de melhor desempenho térmico;
c) estudar a aplicação do sistema inovador de painéis monolíticos de bioconcreto de bambu;
d) avaliar a relevância de cada solução construtiva para diferentes zonas bioclimáticas do Brasil;
e) avaliar o custo e o tempo de retorno do investimento da solução com melhor desempenho;
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV)
De acordo com a ISO 14040 (2006) a metodologia da ACV possui quatro fases: (1) Definição do objetivo e escopo; (2) Análise do inventário do ciclo de vida, (3) Avaliação do impacto do ciclo de vida; e (4) Interpretação. Na Figura 2.1 é apresentado a organização dessas fases segundo a norma ISO 14040 (2006).
A partir de um estudo de ACV é possível levantar os potenciais impactos ambientais de um produto durante seu ciclo de vida e identificar as entradas e saídas mais relevantes e propor estratégias de mitigação desses impactos
Dentre as aplicações da ACV podem ser citadas:
a) Orientação no projeto de novos produtos, processos ou serviços;
b) Comparação das características ambientais de diferentes produtos, processos ou serviços;
c) Identificação de melhorias ambientais em projetos;
d) Metodologia para a seleção de materiais de menor impacto ambiental. Definição de objetivo e escopo Análise de inventário Avaliação de impacto Interpretação
A metodologia de ACV não se restringe apenas a avaliação de todo o ciclo de vida de um produto. A tabela 1 demonstra os escopos de estudo da ACV definidos pela norma ISO14044:
Tabela 2-1 - Escopos de estudo da ACV, Adaptado de ABNT ISO 14044 Escopos de Estudo da ACV
"Do berço-ao-portão" (cradle-to-gate): Escopo que envolve extração de recursos, que pode
incluir algumas operações de fabricação ou operações de serviço, mas excluindo todas as fases subsequentes;
"Do berço-ao-túmulo" (cradle-to-grave): Envolve todas as etapas do ciclo de vida, da
extração de matérias primas até a disposição final;
"Do portão ao portão" (gate-to-gate): Escopo que envolve um processo em que todas as
fases de produção ocorrem dentro de um local (indústria). O local pode ser geograficamente especificado, ou, no caso de dados genéricos, a especificação geográfica pode ser mais geral. Processos fora dos portões do local definido não estão incluídos;
"Do portão ao túmulo" (gate-to-grave): Escopo que inclui processos de distribuição, o uso
e o descarte final do produto.
Além dos escopos citados na norma vem crescendo também o número de estudos “Do berço ao berço” (cradle-to-cradle) (C2C), que incluem também o potencial de reutilização, recuperação e/ou reciclagem, conhecido como potencial 3R.
2.1.1 Definição do objetivo e escopo
O objetivo de um estudo de ACV deve conter a aplicação pretendida, as razões para a realização do estudo, e o público-alvo. O escopo da ACV inclui o sistema do produto a ser estudado, a unidade funcional, o limite do sistema, as categorias de impacto selecionadas, requisitos, suposições e limitações. O escopo deve ser suficientemente bem definido para garantir que a amplitude, a profundidade e os detalhes do estudo suficientes para abordar o objetivo declarado. A ACV é uma técnica iterativa e, como os dados e as informações são coletados, vários aspectos do escopo exigir modificação para atingir o objetivo original do estudo (ABNT, 2006).
A unidade funcional define a quantificação das funções identificadas e permite fornecer uma referência para a qual as entradas e saídas são relacionados. Essa referência é necessária para garantir a comparabilidade dos resultados da ACV, principalmente para o setor da construção civil, que é muito importante quando diferentes sistemas estão sendo avaliados, para assegurar que tais comparações sejam uma base comum (ABNT, 2006)
O limite do sistema define os processos unitários a serem incluídos no sistema, com base nos objetivos e escopo do estudo. Idealmente, o sistema de produtos deve ser modelado de tal maneira que entradas e saídas em seu limite sejam fluxos elementares. Os critérios usados na definição do limite do sistema são importantes para o grau de confiança nos resultados de um estudo e a possibilidade de atingir seu objetivo (ABNT, 2006)
2.1.2 Análise do Inventário do Ciclo de Vida
Nessa fase da ACV são coletados os dados de entrada e saída no sistema definido e a identificação dos principais fluxos.
O processo de conduzir uma análise de inventário é iterativo. Como os dados são coletados e se ganha mais conhecimento sobre o sistema, novos requisitos de dados ou limitações podem ser identificados que requerem uma mudança na coleta de dados. Além disso, podem ser identificados problemas que exigem revisões do objetivo ou escopo do estudo (ABNT, 2006)
As fontes de dados para desenvolver o Inventário do Ciclo de Vida envolvem a coleta e quantificação de dados de entrada e saída para materiais de construção, operações de construção e processos ao longo do ciclo de vida do edifício (THE BRITISH STANDARDS INSTITUTION, 2012)
Segundo a norma ISO 14040 (2006), os dados para cada processo podem ser classificados em grupos importantes:
i. insumos energéticos, insumos de matérias-primas, insumos auxiliares, outros insumos físicos;
ii. produtos, coprodutos e resíduos;
iii. emissões para a atmosfera, descargas para a água e solo; iv. outros aspectos ambientais.
2.1.3 Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida
Esse procedimento visa agregar os fatores de impacto em categorias de impacto (ou critérios de avaliação), através de um modelo apropriado, de modo a permitir um estudo comparativo. Normalmente, essas categorias estão associadas a impactos locais (toxicidade e
ecotoxicidade, etc.), regionais (chuvas ácidas, desertificação, etc.) e globais (efeito estufa, redução da camada de ozônio, etc.) (SOARES, SOUZA e PEREIRA, 2006)
Questões como escolha, modelagem e avaliação de categorias de impacto podem introduzir subjetividade na avaliação. É fundamental haver transparência para a avaliação de impacto, a fim de garantir que as hipóteses são claramente descritas e relatadas (ABNT, 2006). Dentre os métodos de Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida, pode-se se citar os métodos o IPCC, CML-IA, IMPACT 2002+, TRACI. Cada método avalia um conjunto de impactos ambientais. Dentre eles podem constar:
• Acidificação;
• mudanças climáticas;
• depleção de recursos abióticos; • ecotoxicidade;
• eutrofização;
• toxicidade humana;
• depleção da camada de ozônio; • oxidação fotoquímica;
• etc.
No setor da construção o método CML-IA é o mais utilizado em razão da norma EN 15804 e por ter fatores de caracterização globais para a maioria das categorias de impacto ambiental.
2.1.4 Interpretação do Ciclo de Vida
A Interpretação é fase da ACV na qual os resultados das etapas precedentes são avaliados em conjunto. A fase de interpretação deve fornecer resultados consistentes com o objetivo e escopo definidos e podem assumir a forma de conclusões e recomendações aos decisores, consistente com o objetivo e escopo do estudo (ABNT, 2006). É comum que nessa etapa todo o processo da ACV seja revisto a fim de se corrigir alguma inconsistência ou inclusão/exclusão de algumas etapas.
ACV DE EMISSÕES DE CARBONO
A Avaliação das emissões de carbono do ciclo de vida (ACV-CO2) considera toda a
entrada e saída carbono-equivalente da emissão de um edifício sobre fases diferentes de seu ciclo de vida. A quantidade de emissões de carbono do ciclo de vida pode ser calculada a partir do seguinte:
𝐶𝑂2 = 𝐶𝑂2𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎çã𝑜 + 𝐶𝑂2𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢çã𝑜 + 𝐶𝑂2𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢çã𝑜 + 𝐶𝑂2𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 + 𝐶𝑂2𝐷𝑒𝑚𝑜𝑙𝑖çã𝑜
+ 𝐶𝑂2𝑅𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑎𝑔𝑒𝑚 + 𝐶𝑂2𝐷𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑡𝑒
(1)
onde o CO2 representa a emissão de CO2 de todo o ciclo de vida de um edifício, CO2j
representa a emissão de CO2 durante a fase j.
Além disso, as quantidades de emissões de carbono incorporado nos elementos dos edifícios também são centros de enfoque. As emissões de carbono incorporado são a soma das emissões de carbono devido a extração e fabricação, montagem de produtos, transporte de matérias-primas. 𝐶𝑂2,𝑖𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜,𝑖 = 𝐶𝑂2𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎çã𝑜,𝑖 + 𝐶𝑂2𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢çã𝑜,𝑖 + 𝐶𝑂2𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒,𝑖 (2) 𝐶𝑂2,𝑖𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 = ∑ 𝐶𝑂2,𝑖𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜,𝑖 𝑖 1 (3)
Onde o 𝐶𝑂2,𝑖𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜,𝑖 é a emissão de carbono incorporada do enésimo material e 𝐶𝑂2,𝑖𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 é a emissão de carbono incorporado do edifício.
As emissões de carbono incorporado incluem não apenas a parcela de carbono fóssil, mas também as emissões de carbono produzidas como resultado de reações químicas ocorrem inerentes ao processo de produção industrial (CHAU et al., 2015). Além desssas emissões é
importante quantificar a parcela de CO2 que é absorvido por algum processo, como por exemplo
pela fotossíntese das plantas ou processo de carbonatação (reação do CO2 com CaO para a
formação de carbonato de cálcio – CaCO3) nos materiais cimentícios. Nesse caso, o CO2
absorvido entra com valor negativo no balanço.
O carbono equivalente é semelhante ao carbono incorporado, mas também inclui os efeitos de outros gases com efeito de estufa, de modo a fornecer uma quantidade equivalente
(que podem incluir dióxido de enxofre, metano, etc.) emitidos pelos processos de produção do material.
ACV ENERGÉTICA
2.3.1 Energia incorporada e energia operacional
A energia incorporada é a energia utilizada durante a fase de fabricação, manutenção e fim de vida de um material, sistema construtivo ou edificação. É o somatório de energia de materiais utilizados, das instalações técnicas, e energia gasta no momento da construção e reforma do edifício. Um dos principais objetivos da realização de análise de energia para construção civil é calcular a quantidade de energia inicial e/ou recorrente incorporada em materiais de construção e, assim, comparar o teor total de energia incorporada para diferentes materiais de construção, componentes, elementos e desenhos (CHAU et al., 2015).
A energia operacional é a energia utilizada cotidianamente no edifício. É necessária para manter sistemas de iluminação, refrigeração ou aquecimento, bem como outros aparelhos elétricos. Essa fase é de extrema relevância para o modelo, uma vez que concentra a maior parcela de gastos de energia. Existem três abordagens para o calcula da energia operacional: por meio de auditoria de contas, por meio de bancos de dados sobre o uso de energia ou por meio de simulações termo energéticas computacionais (CHAU et al., 2015).
A energia operacional é computada na forma de emissões de carbono utilizando-se o fator de conversão do grid (matriz de energia elétrica) relativo à localidade em que o estudo foi realizado. Devido ao compromisso global de se aumentar a produção de energia renovável, as emissões anuais de GEE relacionadas à demanda de energia dos edifícios tendem a diminuir nos próximos anos. De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA), a intensidade global de produção de energia de GEE caiu em média 2,0% no período 2014–2018 (Agência Internacional de Energia, 2019). Projetando essa tendência de redução, as emissões de GEE do uso operacional de energia diminuirão ainda mais com o tempo. Conforme os edifícios vão se tornando mais próximo de serem Net Zero Energy or Emission Buildings, ou seja, um edifício com baixas necessidades de energia, mais a energia e carbono incorporados impactam no ciclo de vida da edificação.
2.3.2 Certificações sustentáveis
LEED
O Leadership in Energy and Environmental Design ou LEED, é um sistema internacional de certificação e orientação ambiental para edificações utilizado em mais de 160 países, e possui o intuito de incentivar a transformação dos projetos, obra e operação das edificações, sempre com foco na sustentabilidade de suas atuações. Foi criada United States Green Building Council (USGBC), em 1993, visando guiar as construções civis para um caminho mais sustentável.
Inicialmente, para obter a certificação LEED de uma edificação, é preciso que o projeto esteja registrado junto ao USGBC. No Brasil, quem fornece essa certificação, adaptada de acordo com as condições e realidade do país, é o Green Building Council Brasil (GBC Brasil).
O LEED possui 4 tipologias, que consideram as diferentes necessidades para cada tipo de empreendimento (GBC, 2020):
• BD + C: Building Design + Construction - Novas Construções e Grandes Reformas
• ID + C: Interior Design + Construction - Escritórios Comerciais e Lojas de Varejo
• O + M: Operation & Maintenance - Empreendimentos Existentes • ND: Neighborhood – Bairros
As oito áreas analisadas dentro de cada tipologia são: 1. Localização e Transporte;
2. Espaço Sustentável; 3. Eficiência do uso da água 4. Energia e Atmosfera 5. Materiais e Recursos
6. Qualidade Ambiental Interna 7. Inovação e Processos
8. Créditos de Prioridade Regional
Cada área possui pré-requisitos, os quais o não cumprimento impedem o estabelecimento de obter a certificação, e créditos, ações sugeridas pelo LEED para melhorar o
desempenho da edificação. Cada crédito corresponde a uma pontuação que pode totalizar até 110 pontos. A métrica para cada tipo de certificação está representada na Figura 2-2 (GBC, 2020):
Figura 2-2 - Tipos de certificação LEED (GBC, 2020)
Selo Procel Edificações
O Selo Procel Edificações, é um instrumento que tem por objetivo principal identificar as edificações que apresentem as melhores classificações de eficiência energética em uma dada categoria, motivando o mercado consumidor a adquirir e utilizar imóveis mais eficientes. (PROCEL INFO , 2019)
Avalia a eficiência energética em quatro categorias: envoltória, iluminação e condicionamento de ar, para edifícios comerciais, e envoltória e aquecimento de água, para edifícios habitacionais. O selo pode ser outorgado desde a etapa do projeto, válido até o final da obra, e após o edifício construído. (PROCEL INFO , 2019)
Para conseguir o Selo Procel Edificações é necessário antes obter a Etiqueta PBE Edifica – classe A. Os selos são emitidos pela Eletrobrás após a inspeção por um Organismo acreditado.
Certificação Aqua
O Processo AQUA é um Processo de Gestão Total do Projeto para obter Alta Qualidade Ambiental em empreendimentos. A Certificação Aqua de construção sustentável foi desenvolvida em 2008 a partir da certificação francesa Démarche HQE (Haute Qualité Environnementale) e adaptada às necessidades e normas brasileiras. (VANZOLINI, 2020)
A certificação consiste na avaliação de 14 categorias, que são separadas em 3 perfis: 1. Base (B): prática corrente ou regulamentar;
2. Boas Práticas (BP): desempenhos de boas práticas;
3. Melhores Práticas (MP): desempenho máximo nas operações de qualidade ambiental.
Conforme ilustrado na Figura 2-3, recebe a certificação o empreendimento que atinge o perfil mínimo de 3 categorias no nível Melhores Práticas, 4 categorias no nível Boas Práticas ou 7 categorias no nível Base. (VANZOLINI, 2020)
Figura 2-3 - Perfil mínimo de desempenho para a obtenção da certificação AQUA (VANZOLINI, 2020)
Selo Casa Azul
O Selo Casa Azul foi criado pela Caixa para a classificação dos projetos habitacionais financiados por ela. O selo é um instrumento de classificação socioambiental de projetos de empreendimentos habitacionais e tem o objetivo de incentivar o uso racional de recursos naturais e redução de custos de manutenção e despesas dos usuários. É o primeiro sistema de classificação de sustentabilidade brasileiro, desenvolvido para a realidade do país. (CAIXA ECONÔMICA FEDERAL, 2010)
Figura 2-4 - Logomarcas do Selo Casa Azul níveis Ouro, Prata e Bronze (CAIXA ECONÔMICA FEDERAL, 2010)
São 53 critérios de avaliação, divididos em 6 categorias: 1. Qualidade Urbana
2. Projeto e Conforto 3. Eficiência Energética
4. Conservação de Recursos Materiais 5. Gestão da Água
6. Práticas Sociais
Para obter o selo, o empreendimento deve atender a dezenove critérios obrigatórios. Caso atenda a outros seis critérios opcionais, o projeto ganha o selo nível prata e, caso chegue a doze critérios opcionais conquista o selo ouro (CAIXA ECONÔMICA FEDERAL, 2010).
ACV APLICADA AO SETOR DA CONSTRUÇÃO CIVIL
As principais referências normativas para avaliar a sustentabilidade no setor da construção civil, utilizando a metodologia de ACV, são as normas europeias EN 15978 (CEN,
2011) EN 15804 (CEN, 2012). Esta última equaliza as declarações ambientais de produtos no setor da construção, tornando as informações transparentes e comparáveis. A Figura 2-5
ilustra a organização de diferentes módulos usados para a análise de uma construção e corresponde à estrutura modular de informação de ACV para produtos de construção, processos e serviços de acordo com as referidas normas.
A fronteira de produto inclui fornecimento de matéria prima (A1), transporte de materiais desde a extração até o local de fabricação (A2) e a própria fabricação (A3). A etapa do processo de construção é dividida no transporte do portão ao local (A4) e o processo de construção-instalação (A5). A fronteira de uso inclui os impactos decorrentes de condições antecipadas de uso de componentes (B1), manutenção (B2), reparo (B3), substituição (B4) e reforma (B5). O uso de energia operacional (B6) e o uso de água operacional (B7) são excluídos da avaliação de CO2e incorporada, mas fazem parte de todo o ciclo de vida dos cálculos de CO2e. A fase final da vida compreende desconstrução e demolição (C1), transporte para aterro, instalações de incineração ou reciclagem (C2), processamento de resíduos (C3) e eliminação (C4). Além desses estágios do ciclo de vida, os benefícios potenciais e as cargas de reutilização, recuperação ou reciclagem (D) podem ser levados em consideração, mas isso raramente é feito. De acordo com a EN 15978, os dados devem ser tão recentes quanto possível e devem ser verificados com as regras da EN 15804 (DE WOLF, et al. 2017).
Figura 2-5- Ciclo de vida da construção definido pela EN 15978. Adaptado de BS EN 15978:2011 − Sustainability of construction works − assessment of environmental
performance of buildings − calculation method
Wolf et al (2017) realizaram uma pesquisa a fim de verificar a opinião de participantes da indústria da construção civil sobre a aplicação da ACV em edifícios. Os entrevistados foram: arquitetos, engenheiros, construtores e pesquisadores. Os resultados mostraram que a maioria acredita que as fases de produção A1-A3 e as fases de uso B1-B5 são os principais contribuintes
para o CO2e incorporado dos edifícios. Para produção, a estrutura foi apontada como a maior
contribuinte. Para a fase de utilização, os componentes de construção que necessitam de substituição, manutenção ou renovação frequentes contribuem mais. Essas percepções são apoiadas pela literatura acadêmica, embora o impacto de etapas posteriores do ciclo de vida seja geralmente mais importante do que o reconhecido pelos entrevistados do setor (DE WOLF, et al. 2017).
Zabalza Bribián et al. (2011) avaliaram, com base na ACV, o impacto de consumo de energia primária, potencial de aquecimento global e consumo de água dos materiais de construção mais utilizados no no setor de construção, em comparação com o impacto de diferentes materiais considerados como ecológicos, como a placas de cortiça para isolamento, propondo e avaliando, medidas específicas para a redução desses impactos em todas as etapas do produto: fabricação, transporte e destinação final.
Ramesh et al. (2010) realizaram uma revisão crítica de estudos de ACV realizados em 73 edifícios, residenciais e comerciais, em 13 países. Os resultados mostram que as fases operacional e de construção contribuem significativamente para a demanda de energia do ciclo
Além A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 D O b ten çã o d e m a tér ia s p ri m a s T ra n sp o rte M a n u fa tu ra T ra n sp o rte P ro cess o d e in sta çã o o u co n str u çã o U so M a n u ten çã o R ep a ro Su b sti tu iç ã o R ef o rm a Dec o n str u çã o /Dem o liç ã o T ra n sp o rte P ro cess a m en to d e resí d u o s Di sp o si çã o Reuso Recuperação Potencial de reciclagem B7
Consumo de água operacional Estágio de Produto Estágio de
Construção Estágio de Uso Estágio de Fim de Vida
Consumo de energia operacional B6
de vida do edifício, sendo a primeira na faixa de 80 a 90% e a segunda de 10 a 20%. O uso primário energia ficou na média de 150–400kWh / m2 por ano em edifícios residenciais convencionais e em edifícios de escritórios na faixa de 250–550kWh / m2 por ano. Além disso foi verificado que a demanda de energia do ciclo de vida do edifício pode ser reduzida, diminuindo significativamente sua energia operacional através do uso de tecnologias passivas e ativas, mesmo que isso leve a um pequeno aumento na energia incorporada.
Já na revisão de Cabeza et al. (2014), foi ressaltado que os estudos presentes até aquele momento eram de difícil comparação devido a características específicas como tipo de construção, clima, necessidades de climatização e até legislações locais. Além disso em alguns estudos, principalmente os que tratavam da edificação como um todo, não explicitavam a unidade funcional. Por fim, foi observado que a maior parte dos estudos estavam localizados em países desenvolvidos, com apenas um estudo da América do Sul. A Figura 2-6 mostra a distribuição dos tipos de estudos pelo mundo. Essa informação é corroborada pelo trabalho de Röck et al. (2019) que a maior concentração de estudos de ACV em edifícios é verificada na Europa.
Figura 2-6 – Gráfico da distribuição dos estudos considerados na revisão organizados por localidade e tipo de estudo. Adaptado de Cabeza et al. (2014)
Röck et al. (2019) analisaram 650 estudos de ACV e, após filtrarem os estudos que não pudessem ser colocados na mesma unidade funcional, constataram que a distribuição dos
estudos de ACV em edifícios não é uniforme, sendo o maior número focado em edifícios residenciais na Europa que já seguem as novas diretrizes de eficiência energética. O estudo também constatou que apenas soluções para melhoria nas fases operacionais das edificações não são suficientes conforme os edifícios vão se tornando mais eficientes energeticamente (emissão zero) uma vez que a maioria das emissões de GEE economizadas por meio de medidas para eficiência energética foram perdidas ou até superadas por emissões extras de materiais de construção, por exemplo, o uso de camadas extras de isolantes térmico ou sistemas técnicos, como a instalação de painéis solares.
O interesse na aplicação da ACV na construção civil a fim de mitigar os impactos ambientais é crescente. Este fato pode ser verificado com o número de artigos publicados nos últimos anos. Normalmente, a aplicação da metodologia da ACV é integrada ao uso do BIM (Building Information Modeling) a fim de facilitar a aquisição de dados e possibilitar com facilidade mudanças no layout e simulações energéticas. A integração do BIM-ACV é desenvolvida principalmente em novos edifícios e sua utilidade desde os estágios iniciais do projeto tem sido amplamente reconhecida. No entanto, seu uso em edifícios existentes também foi verificado (SOUST-VERDAGUER et al., 2017).
É importante reconhecer que as comparações diretas entre os diferentes cenários de construção em relação ao ciclo de vida do carbono não podem ser obtidas, pois os edifícios não são iguais no que diz respeito ao desempenho térmico e esse é um dos principais razões pelas quais os estudos variam em termos de determinação de uma preferência de um método de construção em relação a outro. Essas questões destacam como um BIM totalmente integrado seria a solução ideal para resolver esses problemas com uma equipe multidisciplinar (IDDON e FIRTH, 2013).
2.4.1 BIM
BIM é definido como uma “representação digital das características físicas e funcionais de uma edificação, que permite integrar de forma sistêmica e transversal às várias fases do ciclo de vida de uma obra com o gerenciamento de todas as informações disponíveis em projeto, formando uma base confiável para decisões durante o seu ciclo de vida, definido como existente desde a primeira concepção até à demolição” (NATIONAL INSTITUTE OF BUILDINGS SCIENCES, 2019)
Durante muitos anos o setor da construção civil fazia uso exclusivo das ferramentas de desenho 2D, do tipo CAD (Computer Aided Design), para o projeto das edificações. Por se tratar apenas de softwares de desenhos, algumas tarefas como a realização de levantamento de materiais e orçamentação são bastante exaustivas e sujeitas ao erro.
Nas últimas décadas, houve um crescente interesse do setor de construção civil no uso do BIM devido aos inúmeros benefícios e economia de recursos durante o projeto, planejamento e construção de novos edifícios. A modelagem BIM foi introduzida nos projetos no início dos anos 2000 para apoiar o projeto de construção de arquitetos e engenheiros. Inicialmente as principais pesquisas se concentraram na melhoria do pré-planejamento e projeto, detecção de incompatibilidades, visualização, quantificação, orçamentação e gerenciamento de dados (EASTMAN, EASTMAN, et al., 2011). Ultimamente, ferramentas das profissões de design, arquitetura e engenharia se juntam às funcionalidades, como análise de energia, análise estrutural, programação ou gestão da obra (custos, tempo e etc.). O uso de softwares baseados em BIM tem sido amplamente utilizado para o planejamento, design, construção e entrega integrada de projetos de edifícios e infraestrutura, mas, recentemente, o foco da pesquisa tem sido sobre as etapas anteriores do ciclo de vida e também considerações sobre manutenção, reforma, desconstrução e fim da vida útil, especialmente sobre estruturas complexas (EASTMAN, EASTMAN, et al., 2011).
Muitas lacunas são deixadas abertas quando se usa um documento 2D para descrever uma realidade 3D. Mesmo quando algumas visualizações 3D são geradas, estes são frequentemente desconexos e dependem de documentação e detalhes bidimensionais. Práticas colaborativas entre partes interessadas não são prioridade e o fluxo de trabalho é linear e assíncrono (VOLK, STENGEL e SCHULTMANN, 2014). Já com o BIM são possíveis análises complexas nos estágios iniciais do design virtual e da construção. Nesta fase, as entregas do modelo vão além de propriedades de objetos e passam a incluir inteligência de negócios, princípios lean (como construção enxuta), políticas ecológicas e custo total do ciclo de vida. Trabalho colaborativo agora pode ser feito iterativamente em torno de um modelo de dados extenso, unificado e compartilhável (VOLK, STENGEL e SCHULTMANN, 2014).
Segundo Czmoch e Pękala (2014), dependendo do conteúdo da base de dados podemos distinguir uma hierarquia entre os modelos BIM:
• 3D - Modelo paramétrico virtual 3D - hoje aceito pelos designers como uma extensão natural do design 2D.
• 4D - Programação - indica o modelo 3D BIM estendido com uma variável extra de tempo. O agendamento tedioso é substituído pela modelagem paramétrica, na
qual cada elemento é designado em uma sequência de montagem. BIM 4D cria novas oportunidades para modelagem de informações: divisão do projeto em fases, visualização de fases, simulação de cronograma de obras, planejamento preciso do tempo de entrega de produtos e materiais.
• 5D - Estimativa - significa o BIM 4D estendido com outra variável - o custo da mão-de-obra e entrega para cada item. O BIM 5D permite uma estimativa rápida de custo para projetos conceituais e quaisquer outras estimativas de custo. Com a ajuda do BIM 5D, podemos comparar facilmente o tempo de execução e os custos totais de várias alternativas em termos de materiais e tecnologia, o que pode promover a otimização do custo total do investimento.
• 6D - Sustentabilidade - Software compatível com BIM 6D permite a integração de dados relacionados ao ambiente e ao consumo de energia. Modelos preparados em ambientes BIM 6D são frequentemente usados como uma ferramenta primária para atender aos requisitos definidos pelo LEED
(Leadership in Energy and Environmental Design) e BREEAM
(Estabelecimento de Pesquisa em Edifícios) Metodologia de Avaliação Ambiental).
• 7D - Aplicativo de gerenciamento de facilities - O banco de dados deve ser ampliado com informações detalhadas para cada elemento incorporado: construção (estrutura), acabamento (por exemplo, tipos de piso) e todos os equipamentos (lâmpadas, aquecedores, etc.). As informações relevantes são um tipo de item, sua especificação, o horário da próxima manutenção ou substituição, o período de garantia, o consumo de tempo. Isso permitirá uma manutenção conveniente do edifício e, se ocorrer uma falha, ele poderá ser rapidamente localizado e reparado.
2.4.2 Integração ACV e BIM
As dificuldades na aplicação da ACV na indústria da construção civil incluem a obtenção de dados completos de impacto ambiental para componentes de construção, rastreamento de fluxos de material e definição clara dos limites do sistema (YOHANIS e NORTON, 2006). Além disso, a modelagem em BIM, que é cada vez mais usada pelos
projetistas para representar digitalmente uma instalação durante os estágios iniciais do projeto, carece de interoperabilidade com os programas de ACV.
Os softwares SimaPro, GaBi e OpenLCA são comumente utilizados como as ferramentas computacionais em um estudo ACV. Apesar da grande relevância da ACV no setor da construção civil ainda existem muitos preconceitos sobre sua utilização devido à complexidade da análise e tempo despendido. A fim de deixar a análise mais amigável foram desenvolvidos softwares e plug-ins que usam a integração ao Building Information Modeling (BIM). O uso de ferramentas BIM permite a criação de um modelo virtual que inclui informações gráficas e espaciais e dados sobre os materiais que compõem a edificação (ASDRUBALI et al., 2013).
Iddon & Firth (2013) usaram os princípios de um banco de dados central de dados técnicos que serão usados para criar uma ferramenta BIM simplista capaz de comparar simultaneamente carbono operacional e incorporado para habitação britânica de construção nova, com base em uma geometria padrão. Um estudo de caso de uma típica casa moderna de quatro quartos no Reino Unido foi escolhido para demonstrar a ferramenta. Quatro cenários de construção foram avaliados: (i) alvenaria tradicional; (ii) construção pesada; iii) painéis de madeira; e (iv) painéis isolados estruturais (SIP). Foi constatado no estudo que o uso de 30% de concreto com cinzas, vidros com estrutura de madeira e alternativas às paredes externas de tijolo podem resultar em uma redução de 24% no carbono incorporado, o que equivale a uma redução de 5% no ciclo de vida útil ao longo de 60 anos.
Diversos estudos ressaltam a importância do BIM para um projeto mais sustentável desde a facilidade na modelagem de energia, para reduzir a demanda e analisar integrações com opções sustentáveis, a escolha de materiais e até a gestão da edificação e logística para otimizar processos e reduzir a pegada de carbono. Além disso, seu uso é valorizado para a definição da orientação da edificação afim de maximizar o aproveitamento da iluminação e ventilação naturais e também para a redução de resíduos e concepção de edificações que viabilizem a desconstrução (SOUST-VERDAGUER et al., 2017).
As ferramentas BIM, como o Revit, permitem que as informações do modelo sejam exportadas no formato gbXML ou IFC e analisadas em softwares de ACV como o Autodesk Tally, Autodesk Green Building Studio, SimaPro, ATHENA Impact Estimator, GABI, Green Building Studio, Vico, DesignBuilder, OneClick LCA. Normalmente as informações sobre materiais são obtidas de bases de dados.
O cenário ideal pede que sejam sempre utilizados bancos de dados locais, mas a ausência dessas informações demanda a utilização de banco internacionais como o Ecoinvent e base de
