Impacto ambiental de uma habitação de interesse social sob diferentes cenários de eficiência e de autossuficiência energética

Abstract

Esta pesquisa investiga o impacto ambiental do ciclo de vida de habitação de interesse social unifamiliar situada em Florianópolis, por meio da avaliação de diferentes estratégias de eficiência energética e autossuficiência energética. O método adotado combina simulações termoenergéticas realizadas no EnergyPlus, dimensionamento de sistema fotovoltaico e modelagem detalhada da Avaliação de Ciclo de Vida para quantificação das emissões incorporadas e associadas à etapa de operação. Medidas de eficiência energética foram aplicadas à edificação, com foco na melhoria do desempenho térmico da envoltória, e a Avaliação de Ciclo de Vida foi conduzida de forma estática e dinâmica ao longo de vida útil de 50 anos. A abordagem dinâmica considerou a variação temporal das condições climáticas e da matriz energética brasileira, permitindo analisar de que forma essas mudanças influenciam o consumo de energia e as emissões associadas à fase de operação da edificação. Os resultados indicam que decisões de projeto, em conjunto com projeções futuras de clima e matriz energética, influenciam diretamente as emissões totais da habitação. Na avaliação estática, as diferenças entre alternativas estão relacionadas principalmente ao equilíbrio entre emissões incorporadas nos materiais e emissões associadas ao consumo de energia durante a operação. Nos cenários sem geração própria de energia, a etapa de operação apresentou participação predominante nas emissões totais, variando entre aproximadamente 54% e 61%, evidenciando sua relevância em clima quente. Entre as alternativas sem geração local de energia, a solução com medidas de eficiência energética associadas à redução simultânea do consumo operacional e das emissões incorporadas apresentou o menor impacto ambiental total. Em contrapartida, a alternativa com maior incremento de materiais na cobertura resultou no maior impacto global, em função do aumento das emissões incorporadas sem compensação proporcional na etapa de operação. As configurações com geração fotovoltaica suficiente para compensar o consumo anual de energia elétrica alcançaram o melhor desempenho ambiental, eliminando as emissões associadas ao uso e reduzindo em mais de 50% as emissões totais em relação às configurações equivalentes sem autossuficiência energética. Na avaliação dinâmica, a matriz energética demonstrou influência significativamente mais expressiva do que as alterações climáticas. Os maiores impactos foram associados a trajetórias com maior participação de fontes fósseis, enquanto a ampliação da geração eólica resultou em redução de cerca de 40% nas emissões vinculadas ao consumo de energia. As variações entre cenários climáticos permaneceram inferiores a 3%, em razão da baixa participação do sistema de climatização no consumo total da edificação. A comparação entre Avaliação de Ciclo de Vida estática e dinâmica revelou tanto reduções quanto aumentos das emissões totais, da ordem de aproximadamente 16%, conforme a trajetória político-energética considerada, evidenciando o potencial das políticas de descarbonização para alterar de forma significativa os resultados da análise ambiental de habitações unifamiliares. As configurações de autossuficiência energética se destacaram pela maior estabilidade frente às incertezas futuras, indicando que edificações com consumo energético compensado por geração local de energia constituem estratégia robusta para mitigação de emissões ao longo do tempo.

Abstract: This research investigates the environmental impact of the life cycle of a single-family social house located in Florianópolis by evaluating different energy-efficient and selfsufficient strategies. The method combines building energy simulations performed using EnergyPlus, photovoltaic system sizing, and detailed Life Cycle Assessment modeling to quantify embodied emissions and emissions associated with the operation stage. Energy efficiency measures were applied to the dwelling, focusing on improving the thermal performance of its envelope, and the Life Cycle Assessment was conducted using both static and dynamic approaches over a 50-year service life. The dynamic approach considered the temporal variation of climatic conditions and the Brazilian electricity mix, allowing an assessment of how these changes influence energy consumption and emissions associated with the building operation phase. The results indicate that design decisions, combined with future projections of climate and electricity mix, directly influence the total emissions of the dwelling. In the static assessment, differences among alternatives are mainly related to the balance between embodied emissions in materials and emissions associated with operational energy consumption. In scenarios without on-site energy generation, the operation stage accounted for a predominant share of total emissions, ranging from approximately 54% to 61%, highlighting its relevance in hot climates. Among the alternatives without local energy generation, the solution combining energy efficiency measures with simultaneous reductions in operational energy demand and embodied emissions presented the lowest total environmental impact. In contrast, the alternative with a greater increase in roofing materials resulted in the highest overall impact due to higher embodied emissions without proportional compensation during operation. Configurations with photovoltaic generation sufficient to offset the annual electricity consumption achieved the best environmental performance, eliminating emissions associated with energy use and reducing total emissions by more than 50% compared to equivalent configurations without energy self-sufficiency. In the dynamic assessment, the electricity mix exerted a significantly stronger influence than climate change. The highest impacts were associated with pathways with a greater share of fossil energy sources, while the expansion of wind power resulted in a reduction of approximately 40% in emissions linked to energy consumption. Variations among climate scenarios remained below 3% due to the low contribution of the air-conditioning system to the building?s total energy use. The comparison between static and dynamic Life Cycle Assessment approaches revealed both reductions and increases in total emissions of approximately 16%, depending on the energy policy considered, highlighting the potential of decarbonization policies to significantly alter the environmental assessment results of single-family housing. Energy self-sufficient configurations also stood out for their greater stability under future uncertainties, indicating that buildings with energy consumption offset by on-site generation constitute a robust strategy for long-term emission mitigation.