Análise das condições internas de edificações residenciais em projeções climáticas futuras: avaliando a vulnerabilidade dos ocupantes e a eficácia de estratégias passivas de projeto

Abstract

Diante do aumento progressivo da temperatura terrestre, as mudanças climáticas são reconhecidas como um desafio-chave global para o século XXI. Estudar as consequências deste fenômeno tem ganhado importância mundial, inclusive no âmbito das edificações, questionando-se sobre as condições internas nos cenários futuros. Este trabalho tem por objetivo geral investigar as condições térmicas internas de um edifício multifamiliar, considerando o cenário de emissão SSP5-8.5, a fim de identificar situações de vulnerabilidade dos ocupantes e analisar a capacidade das estratégias passivas de projeto como medidas de adaptação. Os procedimentos metodológicos consistem de: preparação dos arquivos climáticos para cenários futuros de 2050 e 2080; definição de uma habitação para o objeto de estudo e enquadramento no nível mínimo de desempenho térmico; elaboração de propostas de intervenção na envoltória, definindo quinze tipologias (HISenv1 a HISenv15); implementação de estratégias passivas de projeto, a saber: sombreamento e massa térmica para resfriamento; simulação computacional das tipologias para fins de avaliação da severidade e intensidade do evento de calor e das horas em vulnerabilidade dos ocupantes, utilizando como indicador a temperatura efetiva padrão (SET) e os seus limites de sensação térmica ao calor e, estimativa do consumo energético para resfriamento e das emissões de dióxido de carbono. Sob os impactos das mudanças climáticas, a temperatura média anual aumenta em +4,8°C nas cidades de Manaus, Cuiabá e Florianópolis, e a umidade relativa do ar apresenta reduções de -11% em Manaus, -7% em Cuiabá e -8,5% em Florianópolis até 2080. Aprimorar a envoltória da habitação, com foco na redução da transmitância térmica, resulta em uma diminuição da severidade e intensidade durante a exposição diurna em 2080, nas três cidades analisadas. Tais reduções são mais acentuadas durante a exposição noturna, período que engloba uma ocupação mais prolongada, principalmente em climas de temperaturas mais amenas. Em Manaus, mesmo com as intervenções na envoltória, as condições internas permanecem com temperaturas superiores 32,0°C. A adoção de estratégias passivas de projeto de forma isolada não demonstra uma eficácia significativa na redução da severidade e intensidade, e nas horas de vulnerabilidade, no entanto, a combinação das estratégias, como sombreamento e telhado verde, são positivos até 2050. Em 2080, a eficácia dessas estratégias é reduzida, não ultrapassando 10% de redução em Manaus, 20% em Cuiabá e 37% em Florianópolis durante as exposições diurnas e noturnas. Nesse contexto, torna-se crucial o emprego do ar-condicionado para manter as condições internas da habitação em níveis adequados. No entanto, em Manaus e Cuiabá, ocorre um aumento significativo desse consumo em 2080, correspondendo a mais de 80% do consumo energético total da habitação. No caso de Florianópolis, esse consumo energético aumenta para mais de 79% do consumo energético total. Assim, as emissões de dióxido de carbono também aumentam, ultrapassando 0,5 tCO2/ano em Manaus, 0,8 tCO2/ano em Cuiabá e 0,45 tCO2/ano em Florianópolis no período de 2080. Conclui-se que, considerando a vida útil das edificações de 50 anos, se faz necessário repensar as especificações construtivas vigentes, incorporando intervenções para absorver os impactos das mudanças climáticas, apontando diretrizes de como deve-se construir hoje, para proporcionar ambientes com condições internas favoráveis nos cenários climáticos futuros.

Abstract: In the face of the progressive increase in global temperatures, climate change is recognized as a critical global challenge for the 21st century. The study of the consequences of this phenomenon has gained worldwide importance, including within the field of building design, where questions arise regarding future indoor conditions. This work aims to investigate the indoor thermal conditions of a multifamily building, considering the SSP5-8.5 emission scenario. The main objective is to identify potential occupant vulnerability situations and assess the effectiveness of passive design strategies as adaptation measures. The methodological procedures consist of preparing climate files for future scenarios in 2050 and 2080; selecting a representative dwelling and ensuring compliance with minimum thermal performance standards; proposing interventions in the building envelope, defining fifteen typologies (HISenv1 to HISenv15); implementing passive design strategies, including shading and thermal mass for cooling; computationally simulating these typologies to assess the severity and intensity of heat events, as well as hours of occupant vulnerability. The standard effective temperature (SET) is used as an indicator, along with its limits of thermal sensation to heat. Additionally, energy consumption estimation for cooling and carbon dioxide emissions is conducted. Under the influence of climate change impacts, the average annual temperature rises by +4.8°C in Manaus, Cuiabá, and Florianópolis. Simultaneously, air relative humidity decreases by -11% in Manaus, -7% in Cuiabá, and -8.5% in Florianópolis until 2080. Enhancing the building envelope, mainly by reducing thermal transmittance, reduces the severity and intensity of heat events during daytime exposure in 2080 across the three cities under investigation. These reductions are more pronounced during nighttime exposure, which involves extended occupancy, particularly in areas with milder temperatures. In Manaus, even with envelope improvements, indoor conditions remain above 32.0°C. Adopting passive design strategies alone does not significantly reduce severity, intensity, or hours of vulnerability. However, combining strategies, such as shading and green roofs, will prove effective until 2050. In 2080, the effectiveness of these strategies diminishes, not exceeding a 10% reduction in Manaus, 20% in Cuiabá, and 37% in Florianópolis during both daytime and nighttime exposures. In this context, air conditioning becomes crucial to maintaining suitable indoor conditions. However, in Manaus and Cuiabá, there is a significant increase in energy consumption in 2080, representing more than 80% of the total energy consumption of the building. In the case of Florianópolis, this energy consumption rises to over 79% of the total energy consumption. Consequently, carbon dioxide emissions also increase, surpassing 0.5 tCO2/year in Manaus, 0.8 tCO2/year in Cuiabá, and 0.45 tCO2/year in Florianópolis by 2080. In conclusion, considering the 50-year lifespan of buildings, it is essential to reconsider existing construction specifications incorporating interventions to mitigate the impacts of climate change. This work provides guidelines on how construction should proceed today to create environments with favorable indoor conditions in future climate scenarios.