Estudo Comparativo do Consumo Energético do Telhado
Convencional e Verde Leve em uma edificação
Danilo Cesar Strapasson (UFPR) dcstrapasson@yahoo.com
Maria do Carmo Duarte Freitas (UFPR) mcf@ufpr.br
Aguinaldo dos Santos (UFPR) asantos@ufpr.br
Resumo: Os estudos acadêmicos têm preconizado a sustentabilidade ambiental relacionada com o consumo
energético e emissões de gases no meio ambiente, aplicado às edificações. É notável que a construção civil no país é uma atividade que demanda recursos naturais e energia, por isso a importância destas pesquisas motivada pela escassez de estudos sobre o tema. O objetivo do artigo é propor um mecanismo de inovação na construção civil, por meio de uma proposta de alternativa para o Telhado Convencional, substituindo por Telhado Verde, e apresentar os resultados relativos a quantidade de Energia Embutida para a produção dos materiais exclusivamente do sistema da cobertura. Posteriormente avaliar, a partir dos critérios mencionados, a viabilidade da proposta, em um estudo de caso de uma edificação do Sul do Brasil. O artigo descreve como é o sistema construtivo do Telhado Verde Leve e as vantagens gerais desta solução sustentável. A luz dos conceitos de inovação na construção civil, estudos baseados na concepção de sistemas de telhado verde podem significar redução do consumo de recursos energéticos, de até 59% aproximadamente, e também recursos naturais de uma edificação.
Palavras-chave: Telhado Verde; Consumo de Energia; Sustentabilidade na Construção.
1. Introdução
As pesquisas relacionadas à sustentabilidade ambiental no setor da construção vêm crescendo substancialmente pela necessidade que todos os países têm neste início do século XXI de estabelecer numericamente a redução do consumo energético e da emissão de gases, ao longo do ciclo de vida das edificações, que afetam negativamente o meio ambiente. Para a obtenção de resultados positivos de sustentabilidade ambiental na construção civil, as empresas do setor devem estimular a inovação tecnológica para o ambiente construído.
No Relatório Final do Balanço Energético Nacional do ano base de 2007, o consumo de energia de “Cimento”, “Ferro-Gusa e Aço” – principais materiais da construção civil - correspondia com aproximadamente 21.600.000 toneladas equivalente de petróleo, conforme Tabela 1 (BRASIL, 2010). Este é o consumo de energia necessário para a fabricação os materiais e representa uma considerável parcela em relação ao consumo energético total.
Tabela 1 – Variação do Consumo de Energia
Unidade 2006 2007 % 07/06
Consumo Final Total 106 tep 202,9 215,6 6,2 Serviços (Comercial + Público + transportes) 106 tep 62,4 67,1 7,6 Residencial 106 tep 22,1 22,3 0,8 Agropecuário 106 tep 8,6 9,1 6,0 Setor Energético 106 tep 18,8 21,0 11,8 Industrial Total 106 tep 76,8 81,9 6,7
Cimento 106 tep 3,1 3,4 9,3
Ferro Gusa 106 tep 17,0 18,2 7,4 Fonte: Adaptado Balanço Energético Nacional (BRASIL, 2010)
O conceito simplificado do ciclo de vida da edificação define-se por se iniciar na fabricação dos materiais construtivos, em seguida a fase de transportes destes materiais até o canteiro de obras, a construção propriamente dita, prolongando-se no uso e manutenção da edificação e encerrando-se na demolição e reciclagem (Figura 1) (TAVARES e LAMBERTS, 2005).
Figura1 – Ciclo de vida da edificação. Fonte: Tavares; Lamberts (2005).
Um dos maiores responsáveis pelo consumo elevado de energia elétrica na fase operacional do ciclo de vida da edificação é o sistema de condicionamento térmico. Os processos de aquecimento e resfriamento do ambiente tende atender o conforto humano dos ambientes. Segundo Kaehler, et al (2006), o aquecimento pode ser usado a partir de duas alternativas: meios artificiais e naturais. Devido ao uso de equipamentos e instalações específicas, as fontes de energia dos meios artificiais são energia elétrica ou combustíveis fósseis. Para os meios naturais, é possível utilizar-se, por exemplo, energia solar, lançando-se mão do método de troca de calor do ambiente externo para o interno, ou do interno para o externo, de acordo com a temperatura nos ambientes, e a faixa de conforto térmico.
É factível que se busque a utilização de métodos que preconizam o uso de energia renovável com a finalidade de redução máxima, se não total, de consumo energético e de emissões de gases no ambiente, também, na fase operacional do ciclo de vida da edificação. Um exemplo de solução que caracteriza este objetivo faz parte do tema central desta pesquisa, a utilização do Telhado Verde
Utilizando alternativa sustentável para o sistema de cobertura de edificações a pesquisa pretende realizar uma análise comparativa do consumo energético, em nível de energia
embutida, para fabricação dos materiais de um Telhado Convencional e um Telhado Verde Leve, através do estudo de caso de um projeto de um bloco de salas de aula padrão de uma universidade.
2. Inovação e Sustentabilidade na Construção
A inovação tecnológica pode ser considerada como apropriação comercial da tecnologia, além de ser a introdução ou aperfeiçoamento de novos produtos ou serviços utilizados (REIS, 2004). O autor prossegue em sua pesquisa que para transformar conhecimento em riqueza as empresas, independente do seu tamanho, precisam gerar inovação tecnológica em seus produtos ou processos
Destaca-se, portanto, a importância de inovações em soluções e alternativas construtivas no setor da construção civil. Soluções inovadoras nessa indústria devem estar integradas com a sustentabilidade social, econômica e ambiental.
A sustentabilidade sócio-ambiental ocorre quando ações sistêmicas são capazes de transformar modelos tecno-econômicos cartesianos em resoluções que promovam real qualidade de vida as atuais e futuras gerações, respeitando as diversidades culturais e potencializando as características regionais (CASAGRANDE, 2001).
A política da sustentabilidade, seja através de implantação metodologias eco-inteligentes, da educação ecológica, de incentivos fiscais para produção “verde” e legislação ambiental rigorosa, incentiva a inovação tecnológica e abre novos mercados (CASAGRANDE, 2001). A aplicação destes conceitos as construções é discutida observando o ciclo de vida das edificações atrelada ao que consomem energia em sua vida útil basicamente pelo uso de equipamentos e por reposição de materiais ao longo desta. Os principais equipamentos presentes em edificações, de um modo geral, consomem energia basicamente de fontes como eletricidade, GLP, gás natural, lenha ou carvão vegetal (TAVARES, 2006). A esta energia dá-se o nome de Energia Operacional, que para efeito de pesquisa acadêmica, pode estar atrelada a um prazo hipotético pré-determinado.
A energia das etapas pré-operacionais é também conhecida como energia embutida inicial da edificação. Pesquisas recentes têm demonstrado que, apesar das etapas operacionais representarem a maior parte do consumo energético no ciclo de vida da edificação, as etapas pré-operacionais também são significativas relativas à energia total consumida para a edificação (FAY, 2000; THORMARK, 2002).
A Energia Embutida de uma edificação provém do cálculo da energia consumida na fabricação dos materiais de construção utilizados, no transporte destes até a obra, nas formas de energia despendidas diretamente na construção, além dos desperdícios correspondentes à técnica construtiva empregada (TAVARES e LAMBERTS, 2005).
Na elaboração de soluções invadoras e eficazes para redução do consumo de energia, portanto, é clara a compreensão de que o conhecimento de que há sistemas no setor da construção civil que viabilizam a utilização de métodos ambientavelmente sustentáveis sem prejuízo a alguns anseios básicos aos usuários das edificações: conforto e segurança. Os conceitos e processos construtivos que caracterizam o Telhado Verde serão apresentados no capítulo a seguir.
3. Telhado Verde
As coberturas verdes caracterizam-se pelo recobrimento de edificações com vegetações horizontais, verticais ou inclinadas, utilizando plantações adaptadas as condições locais (Ugalde, 2004).
De acordo com o “US Green Buildings Council” – USGBC - a vantagem da implementação do telhado verde em uma edificação está na economia de energia para refrigeração, além de funcionar como um filtro de água pluvial que poderá ser coletada e reutilizada, ou despejada na rede pública. O Conselho acrescenta ainda que o telhado verde é um habitat natural de pássaros, borboletas e outros animais (USGBC, 2009).
Na literatura as coberturas verdes podem ser definidas como extensivas ou intensivas. De acordo com a FLL (2002) as coberturas extensivas são mais simples e resistentes, além de implicarem baixo custo de manutenção e de menor sobrecarga sobre a estrutura das edificações. Esse tipo de cobertura é mais indicado para grandes áreas em que a vegetação se desenvolve espontaneamente (Figura 2) (FLL, 2002).
Figura 2 – Cobertura Verde Extensiva. Fonte: Greenroof Service (2003).
Segundo o FLL (2003), as coberturas intensivas caracterizam-se pela semelhança aos jardins convencionais, que requerem sistemas de irrigação e manutenção e por possuírem plantas de maior porte. Destaca-se também que os custos de execução e manutenção são maiores em comparação com a modalidade extensiva devido ao gasto de material e mão de obra (FLL, 2003). Na Figura 3 é possível visualizar a estrutura da cobertura intensiva.
Figura 3 – Cobertura Verde Intensiva. Fonte: Greenroof Service (2003).
Para finalizar este tema, Vecchia (2005) relata que a tecnologia de aplicação de vegetação sobre superfícies construídas, superpondo com as diretrizes da Agenda 21, busca amenizar os impactos do desenvolvimento urbano, explorando cientificamente respostas às demandas ambientais e redirecionar as cidades para o desenvolvimento sustentável, visando uma maior integração entre espaço urbano - cidadão – natureza.
As vantagens da aplicação do sistema são (VECCHIA, 2005):
Atuação positiva no clima da cidade e da região proporcionada pela retenção de poeira e substancias contaminantes suspendidas no ar;
Aumento da área verde útil;
Influência sobre o ambiente interior;
Esfriamento dos espaços abaixo da coberta, no verão, provocado pela evapotranspiração das plantas;
Diminuição das perdas de calor no inverno o que pressupõe economia de energia; Aumento do isolamento térmico;
Absorção do ruído;
Prolongação do tempo da coberta em relação às coberturas somente impermeabilizadas;
Melhora do grau de umidade;
Redução da carga de água que suportam as canalizações urbanas; Redução do efeito da ilha de calor.
Considerando estas vantagens, é possível dizer que a utilização desta alternativa para o sistema de cobertura das edificações, o Telhado Verde, possui um baixo impacto ambiental, de caráter sustentável. É razoável ainda integrar o sistema de reutilização da água da chuva com o telhado verde, pois além de receber um tratamento prévio, permitem o atraso do escoamento da água da chuva que tem seu destino as redes públicas, evitando enchentes. Arquitetonicamente possui um efeito urbanístico positivo relativo às questões ambientais das
cidades.
4. Método Aplicado 4.1 Edificação Analisada
Os dados utilizados nesta pesquisa dizem respeito ao estudo comparativo energético entre o uso de diferentes soluções para o telhado de uma edificação padronizada de uma universidade no Sul do Brasil. O modelo utilizado é um bloco de salas de aula conforme detalhado na Figura 4.
Figura 4 – Planta do Pav. Térreo/1º Pavimento e Elevação Lateral.
A edificação possui dois pavimentos - Térreo e 1º Pavimento, com as mesmas características arquitetônicas. A área total de cada pavimento é de 440,86 m2, portanto a área total do bloco é de 881,72 m2. Este modelo foi escolhido por tratar-se de um Bloco de Salas de Aula de formato padrão.
4.2 Telhado Verde Leve
O tipo de cobertura escolhida para os estudos desta pesquisa trata-se da definida por Vecchia (2005) como Cobertura Verde Leve e Intensiva, conforme descrições encontradas no tópico 2.4. A preferência por este modelo se estabeleceu pelos motivos de facilidade de execução, de peso próprio leve e pela utilização de materiais de baixa energia embutida.
Segundo Vecchia (2005), os projetos de coberturas verdes leves têm a finalidade de utilizar materiais e métodos que provoquem o menor impacto ambiental ao longo de toda vida útil incluindo a execução. Os materiais que compõem a cobertura são renováveis e os aspectos construtivos sustentáveis (Figura 5).
Figura 5 – Camadas de uma Cobertura Verde Leve (CVL). Fonte: Vecchia (2005).
As camadas do telhado verde leve são descritas por Vecchia (2005) da seguinte forma:
Sistema construtivo Leve: Projeto idealizado para se constituir em elemento de menor peso próprio possível;
Impermeabilização Ecologicamente Correta: Aplicou-se pasta de cimento com latex sobre a superfície de concreto da laje e impermabilizante de óleo vegetal, com a finalidade de evitar infiltração da água na laje;
Drenagem e Geocomposto: Aplicação do drenante MacDrain 2L, cujo núcleo drenante é formado por geomanta tridimensional, com espessura entre 10 e 18 mm;
Gramínea: A grama utilizada no projeto foi a amendoim (Arachis repens) por ser muito resistente ao sol pleno e ainda exigir menos quantidade de substrato, pois absorve nitrogênio do ar.
O substrato orgânico utilizado para coleta de dados nesta pesquisa é definido por Nascimento (2008) como um suporte sólido elaborado a partir de materiais vegetais (resíduos vegetais e agrícolas). Para efeito de cálculo adotou-se 10 cm de espessura para a camada de substrato.
4.3 Energia Embutida – EE
Os dados relacionados à EE dos diferentes materiais utilizados nesta pesquisa encontram-se nas TABELAS 2 e 3, Telhado Convencional e Verde Leve respectivamente. Analisaram-se os dados de EE exclusivamente dos materiais escolhidos como alternativa para o Telhado Convencional. Este telhado é composto por telhas de fibrocimento com espessura de 6mm apoiadas sobre uma estrutura de madeira, que por sua vez apóia-se sobre uma laje de concreto. Para o Telhado Verde Leve propôs-se que este estaria apoiado sobre a mesma laje, porém inclinada (Figura 5).
Tabela 2 – Consumo Energético [MJ/m2] – Telhado Convencional
Materiais Unid Quant./m2 TOTAL[kg/m2] (1)EE[MJ/kg] EE inicial [MJ/m2]
Concreto armado m3 0,015 34,50 (2) 3,10 106,95
Aço – Prego (tipo
18x27) Kg 0,08 0,08 31,00 2,48 Madeira (peroba) m3 0,01 7,20 0,50 3,60 Telha de fibrocimento (e=6cm) m 2 1,19 1.190,00 6,00 7.140,00 Cumeeria de fibrocimento m 0,14 140,00 6,00 840,00 (1)
Valores Médios: TAVARES (2006).
Tabela 3 – Consumo Energético [MJ/m2] – Telhado Verde Leve
Materiais Unid (1) Quant./m2 TOTAL[kg/m2] EE[MJ/kg] EE inicial [MJ/m2]
Concreto armado m3 0,015 34,50 (2) 3,10 106,95 Impermeabilizante (massa betuminosa) m3 0,01 11,50 (2) 51,00 586,00 Geo-Manta McDrain 2L m3 0,03 45,00 (1) 51,00 2295,00 Substrato m3 0,14 140,00 (1) 0,10 14,00 Grama “amendoin” m3 0,07 49,00 (1) 0,00 -- (1) Pesquisa Própria. (2)
Valores Médios: TAVARES (2006).
Para a solução hipotética do Telhado Verde Leve, como a laje de concreto possui uma inclinação de 5%, normalmente adotada, foi necessário o acréscimo de 10% do volume de concreto armado da laje da cobertura.
5. Energia Embutida Total - Resultados
A Tabela 4 demonstra os resultados referentes às Energias Embutidas (EE) comparativas entre as soluções propostas, Telhado Convencional e Telhado Verde Leve. Para o cálculo foram consideradas a áreas totais para cada caso conforme a Tabela 4 abaixo. As diferenças nos resultados ocorrem principalmente pela utilização de materiais diversos para cada caso e ainda pela desproporção do uso do concreto para as alternativas, devido à inclinação de 5% para cada “água” do Telhado Verde Leve. Os valores foram multiplicados pela EE inicial [MJ/m2] extraídos das Tabelas 2 e 3, somando-se os totais separadamente para as alternativas propostas.
Tabela 4 - Consumo Energético Comparativo
EE inicial (SOMA) [MJ] EE total [MJ]
Telhado Convencional – A = 412,56 m2 7.986,08 3.294.737,16
Telhado Verde Leve – A = 453,82 m2 3.002,45 1.362.571,86
Destaca-se que para os cálculos da Energia Embutida estudada foram utilizados valores referenciados em estudos anteriores, como Tavares (2006), por exemplo, o qual apresenta em sua tese a aplicação de uma metodologia para identificar e quantificar eventos significativos que influenciam o consumo de energia ao longo do ciclo de vida de edificações.
Portanto, da Tabela 4, observa-se que é proveitosa a alternativa de aplicação do Telhado Verde Leve, no que diz respeito ao consumo de Energia Embutida, de fabricação dos materiais, ao comparar-se com os elementos construtivos do Telhado Convencional. A redução da energia mencionada é de 59% dentre as soluções apresentadas.
É possível ressaltar que a Energia Operacional é caracterizada pelo consumo de energia no período de pós-ocupação da edificação e não foi objeto deste estudo pela impossibilidade no levantamento de informações de caráter científico pelo fato de ainda não possuírem parâmetros de cálculo fixos.
6. Considerações Finais
O comparativo entre os dados obtidos da proposta de uma alternativa para o Telhado Convencional permite afirmar que o Telhado Verde Leve representa economia no sentido do consumo de Energia Embutida na edificação. O consumo de Energia para fabricação dos materiais para a solução de Telhado Verde Leve é de 1.362.571,86 MJ na edificação objeto deste estudo, enquanto para o Telhado Convencional, para a mesma edificação, o consumo é aproximadamente 2,4 vezes maior.
Sugere-se a continuidade de pesquisas relacionadas ao consumo de energia ao longo do ciclo de vida de edificações na indústria da construção. Com relação ao consumo de Energia Operacional, é possível afirmar que o Telhado Verde funciona como um isolante térmico potencial em relação ao Telhado Convencional, fabricado de fibrocimento como nesta pesquisa. O resultado é um menor consumo de equipamentos que teriam a função de resfriamento ou aquecimento dos ambientes internos à edificação.
Propõem-se ainda que pesquisas devem ser promovidas a partir de propostas de alternativas para os sistemas convencionais na construção civil e estudos a respeito da Energia Operacional dos sistemas de conforto térmico, estimulando, enfim, a cultura da sustentabilidade no setor.
Ressalta-se que adotar a solução com Telhado Verde Leve demandará serviços de jardinagem, naturalmente, para manutenção. Acrescenta-se, portanto, a vantagem da responsabilidade sócio-ambiental gerada pela adoção da alternativa.
Referências
BRASIL. Ministério de Minas e Energia, Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2008:
Ano Base 2007. Brasília, disponível em https://ben.epe.gov.br. Acesso em 03/04/2010.
CASAGRANDE JR, E. F. Apostila da Disciplina Desenvolvimento Tecnológico Sustentável, Programa de
Pós-Graduação em Tecnologia – PPGTE. Curitiba: CEFET-PR, 2001. 50p.
FAY, R.; TRELOAR, G.; IYER-RANIGA, U. Life-cycle energy analysis of buildings: a case study. Building
Research and Information, 28 (1) p. 31-41 JAN-FEB. Routledge, London. 2000.
FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau). Original version 1995. Guidelines for
the Planning, Execution and Upkeep of Green-Roof Sites. Bonn, Germany. Release 2002.
KAEHLER, J. W. M.; GARCIA, M. B. ; PEREIRA, L. A. Indústria da Construção Civil e Eficiëncia
Energética. In: Seminário Internacional de Eficiência Energética - SIEFE, 2006, Campinas. Seminário Internacional de Eficiência Energética - SIEFE. BRASILIA : Gente do Brasil, 2006. v. SIEFE. p. 1-24.
NASCIMENTO W. C. Coberturas verdes no Contexto da Região Metropolitana de Curitiba: barreiras e
potencialidades. Curitiba, 2008. Dissertação (Mestrado em Construção Civil) – Programa de Pós Graduação em Construção Civil, Universidade Federal do Paraná.
TAVARES, S. F.; LAMBERTS, R. Consumo de energia para construção, oeração e manutenção das
edificações residenciais no Brasil. In: ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 2005, Maceió. ENCAC 2005, 2005. p. 2037-2045.
TAVARES, S. F. Metodologia de Análise do Ciclo de Vida Energético de Edificações Residenciais Brasileiras.
Florianópolis, 2006, 225 p. Tese (Doutorado). Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina.
THORMARK, C. A low energy building in a life cycle - its embodied energy, energy need for operation and
recycling potential. Building and Environment 37 p. 429 – 435. Elsevier Science Ltd. 2002.
UGALDE, J. Contribuição da naturação para a eficientização energética na Arquitetura. 3º RELATÓRIO
SEMESTRAL. UFRJ/COPPE/PPE - CNPq/Energia, 2004.
USGBC (US Green Buildings Council, 2009), disponível em http://www.usgbc.org , acesso em 05/12/2009. VECCHIA, F. Cobertura verde leve (CVL): ensaio experimental. In: VI Encontro Nacional de Conforto no
Ambiente Construido (ENCAC) e IV Encontro Latino-americano sobre Conforto no Ambiente Construído (ELACAC), 2005. CD ROM VI Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construido (ENCAC) e IV Encontro Latino-americano sobre Conforto no Ambiente Construído (ELACAC).
