Impactos das mudanças climáticas no ciclo de vida operacional de edifícios residenciais unifamiliares

Abstract

Embora reconhecidas no Brasil, as mudanças climáticas são pouco incorporadas ao urbanismo e à arquitetura. Essa lacuna impede a tradução de dados em diretrizes técnicas. Esta tese tem como objetivo compreender como as mudanças climáticas afetarão os fluxos energéticos, hídricos e de carbono em residências unifamiliares brasileiras. Primeiramente, avaliam-se dados climáticos futuros para o Brasil, considerando as condições históricas e futuras de conforto térmico, no formato EnergyPlus Weather Files, e, em seguida, dados específicos de precipitação futura, organizando-os para simulações hidráulicas. Com a estrutura climática avaliada, utilizam-se os arquivos climáticos gerados para analisar o consumo energético do aquecimento de água, considerando chuveiros elétricos, e propõe-se um método inovador de simulação por interpolação linear para comparar os consumos atuais e futuros decorrentes das mudanças climáticas. Introduzem-se parâmetros comportamentais para discutir o impacto do comportamento do usuário. Também se adicionam os consumos de eletricidade de Aquecimento, Ventilação e Ar-Condicionado (AVAC), por meio de simulações térmicas e energéticas, considerando padrões comportamentais e mudanças climáticas. Por fim, separadamente da análise energética, utilizam-se os dados de precipitação para avaliar o desempenho de sistemas de captação de água da chuva, simulando diferentes capacidades de reservatório. A organização e a preparação dos arquivos constituem a estrutura-base de toda a tese, disponibilizando os dados. Em relação à geração de arquivos climáticos, percebe-se grande variabilidade no Brasil, tanto nos valores históricos quanto nas mudanças esperadas. As condições de conforto térmico externo deteriorar-se-ão de forma extrema, gerando situações de emergência médica. Consequentemente, deve haver maior consumo de AVAC, o que deve ser abordado por meio de políticas públicas, de modo que a pobreza energética não se torne um fator de agravamento dos danos. Em relação ao aquecimento de água, espera-se uma redução no consumo de energia, com destaque para as regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste. O Norte e o Nordeste, historicamente, não consomem água quente. Em relação à precipitação, observa-se também grande heterogeneidade e maior divergência entre os dados disponíveis. Desse modo, o desempenho do aproveitamento da água da chuva varia amplamente no Brasil, tanto historicamente quanto no futuro esperado; todavia, as mudanças climáticas não influenciam tanto os resultados quanto as diferenças regionais e a escolha da capacidade do reservatório. Ou seja, a partir das hipóteses abordadas na tese, percebe-se haver concordâncias e discordâncias quanto ao impacto das mudanças climáticas no Brasil. As diferenças existentes não desaparecem com o aumento da temperatura, que agrava os danos decorrentes do estresse térmico. Em relação à precipitação, os maiores danos devem decorrer de eventos de precipitação extrema e sazonais. Como conclusão geral, percebe-se que as mudanças climáticas impactarão fortemente o consumo de eletricidade e de água, bem como o padrão de uso dos edifícios, constituindo um importante fator modificador da análise ambiental ao longo do ciclo de vida. Medidas de adaptação urbana e de resiliência climática devem ser abordadas com princípios dinâmicos, incorporando as incertezas das mudanças climáticas e dados transparentes e atualizados.

Abstract: Although climate change is recognised in Brazil, it is scarcely incorporated into urban planning and architecture. This gap prevents data from being translated into technical guidelines. This thesis aims to understand how climate change will affect energy, water, and carbon flows in Brazilian single-family homes. First, future climate data for Brazil are assessed, accounting for historical and future thermal comfort conditions in the form of EnergyPlus Weather Files; then, specific future precipitation data are organised for hydraulic simulations. Once the climatic framework is assessed, the generated climate files are used to analyse water-heating energy consumption, including electric showers, and an innovative linear-interpolation simulation method is proposed to compare current and future consumption under climate change. Behavioural parameters are introduced to discuss the impact of user behaviour. Electricity consumption for Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) is also included through thermal and energy simulations, accounting for behavioural patterns and climate change. Finally, separate from the energy analysis, precipitation data is used to evaluate the performance of rainwater harvesting systems by simulating different reservoir capacities. The organisation and preparation of the files form the basic structure of the entire thesis, making the data available. Climate files vary considerably across Brazil, both in historical values and in expected changes. Outdoor thermal comfort conditions will deteriorate drastically, leading to medical emergencies. Consequently, HVAC consumption is likely to increase, which public policies must address to ensure energy poverty does not exacerbate the damage. For water heating, energy consumption is expected to fall, particularly in the South, South-East, and Central-West regions. The North and North-East have historically not used hot water. Regarding precipitation, there is also considerable heterogeneity and greater divergence in the available data. Consequently, rainwater-harvesting performance varies widely across Brazil, both historically and in projected future scenarios; however, climate change influences the results less than regional differences and the choice of reservoir capacity. In other words, based on the hypotheses addressed in the thesis, there appear to be both agreement and disagreement about the impact of climate change in Brazil. These differences do not disappear as temperatures rise, which exacerbates damage from heat stress. Regarding precipitation, the greatest damage is likely to result from extreme and seasonal precipitation events. Overall, climate change will significantly affect electricity and water consumption, as well as building usage patterns, making it an important modifying factor in Life Cycle Assessment. Urban adaptation and climate resilience measures must be approached using dynamic principles that incorporate climate-change uncertainties and transparent, up-to-date data.