1. Introdução
Em 2011, a construção civil encontrava-se no seu melhor momento no Brasil desde 24 anos, com taxa de crescimento de 11,6% (1), o que justificou investimentos e políticas de incentivos, por parte do governo, à construção, como as obras do Programa de Aceleração do Crescimento e a redução de impostos de 41 insumos (como cimento e aço). Essenciais ao desenvolvimento no país, as atividades relacionadas à construção civil são também responsáveis por mais de 3,2 milhões de empregos diretos e indiretos (2).
Por outro lado, essa movimentação vem acompanhada de impactos ambientais negativos relevantes. Se considerado o consumo de recursos naturais para a produção dos insumos utilizados, a execução da obra e a sua operação ao longo do tempo, a indústria da construção civil torna-se uma das atividades menos sustentáveis do mundo (3). Isso porque, em termos mundiais, esse valor é de 50%. No Brasil, de tudo que é extraído do meio ambiente 75% é destinado à construção civil (4). De acordo com o Balanço Energético Nacional, só a fabricação de cimento, cerâmica, ferro-gusa e aço ultrapassa 10% de todo o consumo energético nacional, e os edifícios são responsáveis por 44% de todo o consumo energético do país (5).
Como o crescimento do setor, segundo dados da Pesquisa Anual da Indústria da Construção de 2009 (6), é impulsionado em grande parte pelo próprio governo, responsável por mais de 40% do total das construções executadas, existe uma mobilização por parte do Estado pela eficientização das obras e dos edifícios públicos em relação ao desempenho ambiental. Os incentivos estão ligados à melhoria dos sistemas de iluminação, de climatização e de força motriz existentes, à melhoria na envoltória da edificação, ou ainda à redução no consumo de energia elétrica. O edifício existente passou, então, a ser matéria-prima para interferências construtivas.
Como a vida útil de uma edificação é longa, com o passar do tempo, é natural que os padrões de necessidades e de conforto ambiental, constantemente em mudança, não sejam totalmente atendidos pelas construções existentes. Interferências arbitrárias podem não apenas comprometer a unidade arquitetônica, mas também o desempenho ambiental da edificação. São necessárias soluções tecnológicas apropriadas para a adaptação de edificações e restauro de suas qualidades materiais. Apesar dessas intervenções nem sempre representarem solução total do problema, o descarte da edificação antiga e sua substituição por uma nova envolvem grande impacto tanto econômico quanto social e ambiental. A contaminação dos solos, a geração de resíduos, a mobilização de recursos e a perturbação do entorno são apenas algumas das consequências envolvidas nesse processo (7), além da destruição do valor social, que em algumas edificações e em alguns contextos podem ser irreparáveis.
Colaborando para essa discussão, o presente artigo toma como objeto de estudo um edifício da Universidade Federal do Paraná (UFPR), localizado no Centro Politécnico da cidade de Curitiba. Tendo em vista a constante alteração dos espaços, pretende-se explorar a proporção do consumo energético pré-operacional e operacional, englobando as etapas de construção do edifício, de manutenção dos materiais existentes, de substituição e/ou adição de novos elementos, e consumo de energia dos equipamentos elétricos. Para isso, foi utilizada a técnica de Análise de Ciclo de Vida Energético (ACVE), uma avaliação sobre a energia consumida por edificação durante a sua vida.
A aplicação desse estudo a uma edificação que já ultrapassou 50 anos de uso objetiva balizar alterações, identificar oportunidades de eficientização energética e evitar soluções aleatórias na sua manutenção. Tem-se como público-alvo, desta maneira, profissionais e entidades envolvidos nesse processo de implementação, mas também profissionais, entidades, pesquisadores e usuários de outros edifícios públicos existentes com idade já avançada.
2. Fundamentação
A fim de subsidiar o entendimento do método, são apresentados, de forma objetiva, os conceitos nos quais este estudo está fundamentado.
2.1. Análise de ciclo de vida em edificações
Dentre suas diversas finalidades, a ACV é utilizada para a avaliação e escolha de alternativas menos impactantes negativamente para o meio ambiente. O seu princípio consiste na elaboração da análise das repercussões ambientais de um produto/atividade a partir de um inventário, o qual contempla as entradas e saídas do sistema de produção considerado, tais como, matérias-primas, energia, produto, subprodutos e resíduos (8). O objetivo e o escopo da ACV devem englobar os itens ambientais do produto ou serviço estudado; e entre as categorias de impactos estudadas estão: mudanças climáticas, acidificação, eutrofização, destruição da camada de ozônio, uso do solo, qualidade do ecossistema, saúde humana, uso de recursos etc.
Em 1997, foi publicada a norma ISO 14040 (1997) de ACVs, posteriormente traduzida para norma brasileira (9). Nela, a ACV é definida como uma técnica de avaliação de aspectos ambientais e impactos potenciais associados a algum produto. Quando o produto a ser avaliado é uma edificação, a ACV torna-se mais complexa.
Entre os motivos dessa complexidade está a duração do ciclo de vida de um edifício, que pode se estender por mais de 50 anos e, consequentemente, trazer consigo diversas alterações e substituições de espaços, componentes e materiais. Além disso, a produção das edificações não é inteiramente seriada como de outros produtos. A sua montagem é in loco, tendo de ser adaptada de acordo com sua localização, função, componentes, mão-de-obra, infraestrutura, entre outros. Ou seja, cada caso é um caso; e o seu limite de abrangência é maleável, o que impede que o processo de análise seja tão linear quanto o de outros bens de consumo (10).
A ACV, para que seja conduzida corretamente e com confiabilidade, é extensa e pode demandar muitos recursos além de tempo para ser concluída com sucesso. Para o presente estudo, o item ambiental de maior importância é o consumo de energia, e este pode ser o principal fator de impacto em um estudo de ciclo de vida (11). O consumo energético é um parâmetro importante para tomada de decisões mais sustentáveis na escolha de materiais e produtos (12). Surge, portanto, o conceito de Análise de Ciclo de Vida Energético.
2.2. Análise de Ciclo de Vida Energético (ACVE) em edificações
A ACVE é a avaliação que considera como parâmetro apenas a energia consumida pela edificação durante a sua vida e não substitui uma ferramenta mais ampla de avaliação ambiental como a ACV, mas sim, auxilia na tomada de decisões referentes à eficiência energética do projeto. Sendo que a análise do ciclo de vida energético da edificação é composta pela energia embutida total, energia embutida recorrente, energia operacional (13), conforme figura 1.
a) energia embutida
A energia embutida em um produto compreende a energia necessária para a extração, transporte e refino das matérias-primas dos materiais; e em seguida, para a fabricação de componentes e montagem do produto (14). Outra definição mais específica de energia embutida para edificações, dada por vários autores (15), é a de que a energia embutida compreende a energia consumida durante a extração, processamento e transporte da matéria-prima, manufatura dos materiais de construção e também componentes e energia utilizada pelos vários processos durante a construção e demolição do edifício.
A energia embutida em materiais substituídos em manutenções ou reformas na readequação de edifícios consiste na energia embutida recorrente (16); e pode ser a energia de maior significância dentro de uma ACVE.
b) energia operacional
É a energia necessária para a manutenção de condições de conforto ambiental e dia-a-dia de manutenção dos edifícios. É a energia para climatização (aquecimento, ventilação e ar condicionado), iluminação, e consumida pelos aparelhos elétricos. A energia operacional em grande parte varia de acordo com o nível de conforto térmico exigido pelas condições climáticas, finalidade da edificação e horários de funcionamento (17).
3. Método
A edificação escolhida para ser analisada em termos energéticos é o bloco didático do Curso de Arquitetura e Urbanismo (figura 2) da UFPR. O edifício, projeto do Rubens Meister, já completou mais de 50 anos de funcionamento e é objeto de constantes adaptações para melhor atender às demandas dos seus usuários.
Conforme figura 3, três etapas compuseram a estratégia de trabalho:
1. Embasamento teórico: fundamentado por revisão bibliográfica e seleção de estudo de caso (início);
2. Inventário: levantamento do quantitativo de materiais e equipamentos, e cálculo de energia consumida na construção e operação da edificação;
3. Comparação: paralelo entre os consumos energéticos em cada uma das etapas, oferecendo subsídios para avaliação do embasamento teórico inicial.
Primeiramente, foi delimitado o escopo da ACVE que engloba o envelope, a estrutura e os acabamentos de um dos blocos didáticos do Centro Politécnico (figuras 4 e 5). A abordagem foi do tipo cradle-to-gate. Mais especificamente, contabilizou-se somente a energia embutida (EE) da edificação, na fase pré-operacional (EE inicial); a energia embutida recorrente (EE de manutenção e substituição na fase operacional); e a energia operacional estimada para os 50 anos. A energia gasta para transportes e trabalho humano dos operários bem como a energia embutida de demolição pós-operacional não entraram no escopo deste trabalho.
Para se conhecer os tipos de energia consumidas em tal edificação primeiramente foi realizado um inventário com os materiais de construção mais significativos utilizados na construção da edificação pelo projeto original disponível na Prefeitura da Cidade Universitária (PCU), em visitas ao edifício e nas Tabelas de Composições de Preços para Orçamentos (TCPO).
Foram selecionados e quantificados os materiais referentes à estrutura, às vedações e aos acabamentos internos e externos, não contabilizando mobiliário e equipamentos. Tem-se que, para as edificações comuns, os materiais que mais contribuem no montante total de energia embutida de uma edificação são: aço, concreto, madeira, tijolos, cimento, agregados, vidro e argamassa (18). Estes materiais representam grande porção do consumo energético e dos impactos ambientais resultantes da edificação (19).
Após a definição dos elementos replicáveis, levantou-se a sua composição e seus quantitativos, que variaram de unidades a unidades medidas lineares, de área, de volume e de massa.
Já para a etapa de manutenção, não foram encontrados registros de rotinas de manutenção. Assim, baseou-se nas instruções de vida útil dos materiais inventariados na etapa de construção (20). Tomou-se como base um período de 50 anos, portanto, como exemplo: um componente com vida útil de 10 anos precisou ser substituído cinco vezes.
Para a etapa de substituição verificou-se in loco as modificações realizadas ao longo do ciclo de vida de 50 anos desde a sua construção que alteraram o projeto original. Tampouco há registros dessas alterações disponíveis na PCU. Neste caso, novos componentes, distintos dos que constam no inventário de construção, foram incluídos na tabela de materiais.
Com os quantitativos feitos, estes foram cruzados com os dados de energia embutida calculados por Tavares (21), e Hammond e Jones (22), e outros por eles levantados, obtendo o consumo de energia em megajoules (MJ). Desta forma, foi possível obter os valores totais para energia embutida nas etapas de construção, manutenção e substituição na edificação.
Em relação à energia consumida na operação dos equipamentos durante a utilização do edifício, foram contabilizados os consumos, para uma vida de 50 anos, das lâmpadas fluorescentes tubulares dentro das salas de aula, das lâmpadas incandescentes nas áreas de circulação, posteriormente substituídas por fluorescentes compactas; e dos computadores dos laboratórios, implantados também mais recentemente.
4. Resultados
4.1. Inventário
Com a análise da estrutura e da tecnologia de construção do edifício, percebe-se que foi projetado em blocos replicados, com uma estrutura composta de pilares e vigas pré-moldados em concreto, vedada por planos em alvenaria simples e esquadrias moduladas em ferro que se repetem por todo o edifício (figura 6). Também os acabamentos foram padronizados por todo o edifício: revestimentos, forros, louças, metais e ferragens (figura 7).
Desta forma, dentro das categorias de estrutura, envelope (alvenaria, cobertura e esquadrias) e acabamentos, foram selecionados os seguintes elementos (tabela 1):
Para o cálculo da energia de operação do edifício foi considerada apenas a energia elétrica consumida para o funcionamento de aparelhos e iluminação, visto que é uma instituição de ensino. Na tabela 2 são apresentados os equipamentos inventariados para a análise.
É importante notar, também, que no bloco analisado não há equipamentos de climatização instalados, ao contrário do observado em alguns espaços didáticos e administrativos em outros blocos do conjunto.
4.2. Cálculo da energia embutida
A partir dos cálculos descritos anteriormente, foram obtidos os seguintes valores totais de energia embutida (tabela 3):
Analisando os dados obtidos, nota-se que a etapa de construção (energia embutida inicial) é a que mais consome energia, deixando apenas 15% para as demais fases. A fase de substituição foi a que menos consumiu (3%).
Percebe-se, ainda, que a estrutura em concreto é a maior consumidora de energia na fase de construção, representando 55% do total consumido na construção. Mesmo sem demandar nenhuma manutenção no período de 50 anos, nem tampouco ser substituída, ela continua representando grande parte (47%) de toda energia embutida nos 50 anos de vida da edificação.
Além disso, quando se analisa a energia embutida de construção das esquadrias e dos acabamentos, percebe-se que esta energia embutida inicial representa mais da metade (60%) da energia embutida total nos 50 anos. Muito similar ao caso da cobertura, em que a energia embutida inicial de construção representa 58% do total.
Sobre a energia consumida pelo uso de equipamentos na fase de operação, chegou-se à conclusão que o consumo energético para iluminação é o mais representativo (96%), conforme tabela 4.
Análise crítica
A fase de construção de uma edificação demanda insumos materiais e energéticos em grande escala a serem consumidos em um período de tempo curto, quando comparado à vida útil da edificação. As fases de manutenção e substituição, conforme se observa nos resultados, representaram uma parte menor (15%) de energia embutida total dos materiais. No entanto, quando se compara o consumo energético embutido total dos materiais ao consumo energético operacional de equipamentos da edificação, percebe-se que a duração do ciclo de vida da edificação torna o consumo operacional mais significativo que o embutido, conforme tabela 5.
Comparando os dados levantados com as pesquisas realizadas em outros países, percebe-se uma discrepância bastante significativa. Nos 73 estudos de caso em 13 países diferentes realizados por Ramesh (23), a energia operacional significou entre 80 e 90% de toda energia consumida durante o ciclo de vida das edificações estudadas, enquanto a energia embutida representou entre 10 e 20%. Uma diferença bastante maior (entre 50 e 60 pontos percentuais) do que a observada no presente estudo, em que as energias embutida e operacional tem apenas 16 pontos percentuais de diferença entre si.
Conforme tabela 6, se a energia embutida for discriminada em suas fases de construção, manutenção e substituição, nota-se que a construção representa 35% do total consumido em 50 anos. Se ainda a energia operacional por equipamentos for separada em consumo por computadores e consumo por iluminação, percebe-se que o consumo das lâmpadas representa 56% do consumo total em 50 anos. Nesse contexto geral, a energia consumida nas alterações da edificação representa apenas 1% do total, enquanto a manutenção representa 5%.
Sobre tais resultados, destacam-se quatro limitações do trabalho. A primeira delas é que se considerou a construção da edificação como processo genérico similar ao atual, ignorando as condições específicas da época de construção.
A segunda limitação diz respeito à energia gasta na manutenção da edificação. Não há um histórico e nem uma rotina padrão das intervenções de manutenção na edificação selecionada. Assim, foram utilizados os dados fornecidos pelos próprios fabricantes dos materiais (24). No entanto, pode-se perceber pelo estado atual da edificação que a manutenção sugerida a vários elementos não é realizada. Ou seja, a energia de manutenção efetiva é menor do que a calculada, o que calha em elementos mal conservados que tendem a ser substituídos.
A terceira é a respeito da precisão dos dados de substituição dos materiais. Como o cálculo da energia de substituição depende da comparação entre o projeto original e as condições atuais da edificação, desconsideraram-se eventuais estados intermediários que possam ter ocorrido.
A última limitação a ser destacada é sobre a abrangência do trabalho. Trata-se de uma edificação composta por uma sucessão de blocos similares. Assim, mesmo que para o presente trabalho tenha se estudado apenas um bloco didático do edifício, podem-se estender as conclusões aos demais. Isso porque a diferença entre eles está apenas nas alterações do projeto original, que representam somente 1% do total de energia consumida no ciclo de vida. Também o método de abordagem utilizado pode ser aplicado não apenas nos demais blocos, como também em outras edificações.
5. Conclusões
Por meio da Análise do Ciclo de Vida Energético do bloco selecionado, percebe-se que as alterações do projeto original não foram muito significativas no que se diz respeito ao consumo energético, ou seja, a energia embutida recorrente foi pouco significativa. Sobre essas alterações também cabe questionar se elas trouxeram alguma implementação, qualitativa ou quantitativa, ao estado original da edificação. Isso porque, alterações do projeto original podem influir no desempenho da edificação, para melhor ou para pior.
No que se diz respeito ao desempenho energético, uma troca de esquadria, por exemplo, pode alterar os fluxos de ar, criando zonas com melhor ou pior ventilação; pode alterar os índices de transmitância térmica, melhorando ou piorando o desempenho térmico de um ambiente; ou pode ainda aumentar ou diminuir a incidência de luz natural em um espaço. Essas consequências repercutem sobre o uso de equipamentos na edificação: ventiladores, aquecedores, condicionadores de ar, ou luminárias. Desta forma, alterações no projeto original, pouco relevantes em relação ao montante total de energia embutida consumida, podem vir a alterar o consumo energético por equipamentos, que representou nesse estudo de caso mais da metade do montante total de energia consumida em 50 anos.
Assim, é necessário que essas modificações sejam cautelosas para melhorar o desempenho da edificação levando em consideração aspectos de natureza quantitativa quanto qualitativa. Cabe destacar a relação desse trabalho com estudos de desempenho, que questionem quais alterações levariam à eficientização energética, térmica e lumínica; e com estudos de preservação, que questionem quais condicionantes qualitativos devem ser levados em consideração ao se interferir em uma edificação existente. Afinal, a discussão sobre construção e sustentabilidade deve permear não apenas em novos edifícios eficientes, mas também em todo o ambiente já construído.
6. Considerações finais
O presente trabalho foi realizado com o apoio da Capes, entidade do Governo Brasileiro voltada para a formação de recursos humanos. Parte dos resultados foram apresentados no Encontro Latino-Americano de Comunidades Sustentáveis de 2013, em Curitiba, e publicados nos anais do evento (25).
notas
NE – MARCHESINI, I.; RICHTER, K.; OBA, M.; TAVARES, S. Análise de ciclo de vida energético de um edifício púbico existente: Estudo de caso de um bloco didático do Centro Politécnico após 50 anos de uso. Anais do Encontro Latinoamericano de Edificações e Comunidades Sustentáveis. Curitiba, 2013.
1
DIEESE, Departamento Intersindical de Estatística e Estudos Socioeconômicos. Estudo n. 56 – Estudo Setorial da Construção Civil 2011. São Paulo, Dieese, 2011.
2
SINDUSCON-SP, Sindicato da Indústria da Construção Civil no Estado de São Paulo. Emprego na construção cai 3% em dezembro; crescimento médio foi de 6% em 2012. FGV, Fundação Getúlio Vargas. Disponível em: <http://www.sindusconsp.com.br/ msg2.asp?id=6209>. Acesso em 21.03.2012.
3
EDWARDS, B. O guia básico para a sustentabilidade. Barcelona, Gustavo Gili, 2008.
4
LEVY, S.M. Reciclagem do entulho da construção civil, para utilização com agregados para argamassas e concretos. Dissertação de mestrado. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 1997; JOHN, V.M. Reciclagem de resíduos na construção civil – contribuição à metodologia de pesquisa e desenvolvimento. Tese de livre docência. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 2000; PINTO, T.P. Metodologia para a gestão diferenciada de resíduos sólidos da construção urbana. Tese de doutorado. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 1999.
5
BRASIL. Ministério de Minas e Energia: Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Balanço energético nacional: ano base 2010. Rio de Janeiro: EPE, 2011. Disponível em: <https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_ BEN_2010.pdf>. Acesso em 02.02.2012.
6
IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística: SINAPI, Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil. Pesquisa Anual da Indústria da Construção: ano base 2009. IBGE, 2010. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/economia/industria/ paic/2009/comentario.pdf>. Acesso em 26.04.2012.
7
BULLEN, P.A.; LOVE, P.E.D.. The rhetoric of adaptive reuse or reality of demolition: Views from the field. Cities, n. 27, 2011. Disponível em: <www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0264275109001450>. Acesso em: 04.04.2012.
8
SOARES, S. R.; PEREIRA, S. W. Inventários da produção de pisos e tijolos cerâmicos no contexto da análise do ciclo de vida. Ambiente Construído, v. 4, n. 2, Porto Alegre, 2004, p. 83-94.
9
ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR ISO 14040: gestão ambiental – avaliação do ciclo de vida – princípios e estrutura. Rio de Janeiro, 2009.
10
BRIBIÁN, I. Z.; USÓN, A. A.; SCARPELLINI, S.. Life cycle assessment in buildings: State-of-the-art and simplified LCA methodology as a complement for building certification. Building and Environment, n. 44, 2009.
11
FAY, M. R. Comparative life cycle energy studies of typical Australian suburbian dwellings. Tese de doutorado em Filosofia. Melbourne, The University of Melbourne, 1999.
12
ABEYSUNDARA, U.G.Y.; BABEL, S.; GHEEWALA, S. A Matrix in Life Cycle Perspective for Selecting Sustainable Materials for Buildings in Sri Lanka. Building and Environment, v.44, nº 5, p. 997-1004, 2009.
13
FAY, M. R. Op. cit.
14
TRELOAR, G.; FAY, R.; ILOZOR, B.; LOVE, P. Building materials selection: greenhouse strategies for built facilities. Facilities, v. 19, n. 3/4, 2001, p. 139-149.
15
DIXIT, M. K.; FERNANDES-SOLÍS, J. L.; LAVY, S.; CULP, H. C. Identification of parameters for embodied energy measurement: A literature review. Energy and Buildings, v. 42, 2010, p. 1238-1247.
16
RAMESH, T.; PRAKASH,R.; SHUKLA,K.K. Life cycle energy analysis of buildings: An overview. Energy and Building, v. 42, 2010, p. 1592-1600.
17
Idem, ibidem.
18
WEST, J.; ATKINSON, C.; HOWARD, N. Embodied Energy and Carbon Dioxide Emissions for Building Materials. Apud ROAF, Susan. Ecohouse: a casa ambientalmente sustentável. Porto Alegre, Bookman, 2006.
19
ROAF, Susan. Op. cit.
20
TAVARES, S.F. Metodologia de análise do ciclo de vida energético de edificações residenciais brasileiras. Tese de doutorado. Florianópolis, Engenharia Civil. Universidade Federal de Santa Catarina, 2006.
21
Idem, ibidem.
22
HAMMOND, G.P.; JONES, C.I. Inventory of Carbon and Energy (ICE). University of Bath, 2008. Disponível em: <www.bath.ac.uk/mech-eng/sert/embodied/>. Acesso em: 25.05.2013.
23
RAMESH, T.; PRAKASH,R.; SHUKLA,K.K. Op. cit.
24
ROAF, S. Op. cit.
25
MARCHESINI, I.; RICHTER, K.; OBA, M.; TAVARES, S. Op. cit.
sobre os autores
Marina Oba é arquiteta e urbanista, mestra em Engenharia da Construção Civil pela Universidade Federal do Paraná, e professora na Universidade Positivo.
Isabella Marchesini é engenheira ambiental, mestra em Engenharia da Construção Civil pela Universidade Federal do Paraná, Professora no Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais (CESCAGE) e coordenadora ambiental na Águia Participações.
Karoline Richter é engenheira civil, mestra em Engenharia da Construção Civil pela Universidade Federal do Paraná, e Engenheira Civil na UFPR.
Sergio Tavares é arquiteto e urbanista, doutor em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina, e professor na Universidade Federal do Paraná.