IMPACTOS AMBIENTAIS DO RESFRIAMENTO RESIDENCIAL EM CLIMAS TROPICAIS

Abstract

RESUMO: Esta tese desenvolve e aplica uma metodologia prospectiva de Avaliação Dinâmica do Ciclo de Vida (ADCV) para avaliar os impactos ambientais de longo prazo do consumo de eletricidade para resfriamento em edificações, considerando simultaneamente mudanças climáticas progressivas, evolução da matriz elétrica nacional sob diferentes cenários políticos e variabilidade de soluções construtivas. A metodologia integra cinco componentes principais: i) simulação paramétrica automatizada (EnergyPlusTM) para geração de cenários construtivos variando envoltória e padrões operacionais; ii) projeções climáticas por regressão linear para temperatura mensal considerando aquecimento global até 2065; iii) modelo híbrido de matriz elétrica para projetar diferentes configurações de fontes energéticas baseadas em tendências históricas e cenários políticos; iv) Rede Neural Artificial (RNA) para predição de consumo energético anual alimentada por temperaturas futuras (R2=0,997); e v) inventário e avaliação dinâmicos para cálculo anual do impacto ambiental. A técnica TOPSIS para Tomada de Decisão Multicritério (TDMC) foi empregada para identificar soluções construtivas que equilibram desempenho térmico e energético. Os resultados demonstram que o consumo de energia para resfriamento aumenta 14% entre 2015 e 2065 devido ao aquecimento global. As habitações de interesse social brasileiras convencionais mostram-se inadequadas para climas tropicais quentes, apresentando alta variabilidade térmica. A evolução da matriz elétrica modifica os impactos ambientais: cenários de renováveis aceleradas os atenuam em até 20%, enquanto a manutenção de fontes fósseis anula ganhos de eficiência construtiva. As soluções construtivas otimizadas reduzem simultaneamente consumo energético e impactos ambientais em todas as categorias analisadas entre 18 e 20%. A contribuição original deste estudo consiste no desenvolvimento de uma metodologia inovadora de ADCV que permite quantificar como decisões de projeto tomadas no presente e políticas energéticas futuras determinam a sustentabilidade de edificações ao longo de sua vida útil. A pesquisa demonstra que a sustentabilidade edilícia depende da matriz elétrica, evidenciando que a eficiência energética predial deve ser acompanhada de transição energética nacional coerente. Para habitações sociais brasileiras, conclui-se que a escolha de soluções construtivas adequadas ao clima tropical e políticas que acelerem a renovação da matriz energética constituem. ABSTRACT: This thesis develops and applies a prospective Dynamic Life Cycle Assessment (DLCA) methodology to evaluate the long-term environmental impacts of electricity consumption for building cooling. It simultaneously considers progressive climate change, the evolution of the national electricity grid under different political scenarios, and the variability of construction solutions. The methodology integrates five main components: i) automated parametric simulation (EnergyPlusTM) for generating construction scenarios varying building envelopes and operational patterns; ii) climate projections using linear regression for monthly temperatures, considering global warming until 2065; iii) a hybrid electricity grid model to project different energy source configurations based on historical trends and political scenarios; iv) an Artificial Neural Network (ANN) for predicting annual energy consumption fed by future temperatures (R2=0.997); and v) dynamic inventory and assessment for annual environmental impact calculation. The TOPSIS technique for Multi-Criteria Decision Making (MCDM) was employed to identify construction solutions that balance thermal and energy performance. Results demonstrate that cooling energy consumption increases by 14% between 2015 and 2065 due to global warming. Conventional Brazilian social housing proves inadequate for hot tropical climates, showing high thermal variability. The evolution of the electricity grid alters environmental impacts: accelerated renewable scenarios can mitigate them by up to 20%, while maintaining fossil sources nullifies construction efficiency gains. Optimized construction solutions simultaneously reduce energy consumption and environmental impacts across all analyzed categories by 18%-20%. The original contribution of this study is the development of an innovative DLCA methodology that quantifies how design decisions made in current and future energy policies determine the sustainability of buildings throughout their service life. The research demonstrates that building sustainability depends on the electricity grid, highlighting that building energy efficiency must be accompanied by a coherent national energy transition. For Brazilian social housing, it is concluded that selecting construction solutions suitable for the tropical climate and implementing policies to accelerate the renewal of the energy grid constitute complementary, interdependent strategies for mitigating environmental impacts.