SIMULAÇÃO DE MODELOS INFORMATIZADOS DE...
72
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO SIMULAÇÃO DE MODELOS INFORMATIZADOS DE EDIFICAÇÕES UTILIZANDO AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA E ANÁLISE DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: ESTUDO DE CASO E APLICAÇÕES KAROLINE VIEIRA FIGUEIREDO RIO DE JANEIRO 2018
Transcript of SIMULAÇÃO DE MODELOS INFORMATIZADOS DE...
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
SIMULAÇÃO DE MODELOS INFORMATIZADOS DE EDIFICAÇÕES UTILIZANDO
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA E ANÁLISE DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA:
ESTUDO DE CASO E APLICAÇÕES
KAROLINE VIEIRA FIGUEIREDO
RIO DE JANEIRO
2018
SIMULAÇÃO DE MODELOS INFORMATIZADOS DE EDIFICAÇÕES UTILIZANDO
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA E ANÁLISE DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA:
ESTUDO DE CASO E APLICAÇÕES
KAROLINE VIEIRA FIGUEIREDO
Projeto de Graduação apresentado ao curso de
Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do título de
Engenheiro.
Orientador: Prof. Assed Naked Haddad, D.Sc.
RIO DE JANEIRO
Março de 2018
SIMULAÇÃO DE MODELOS INFORMATIZADOS DE EDIFICAÇÕES UTILIZANDO
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA E ANÁLISE DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA:
ESTUDO DE CASO E APLICAÇÕES
___________________________________________________________________________
Karoline Vieira Figueiredo
Universidade Federal do Rio de Janeiro
___________________________________________________________________________
Prof. Assed Naked Haddad, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
___________________________________________________________________________
Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
___________________________________________________________________________
Prof. Aline Pires Veról, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
___________________________________________________________________________
Prof. Christine Kowal Chinelli, D.Sc.
Universidade Federal Fluminense
Março de 2018
FICHA CATALOGRÁFICA
Figueiredo, Karoline Vieira
Simulação de modelos informatizados de edificações
utilizando avaliação do ciclo de vida e análise de eficiência
energética: estudo de caso e aplicações/ Karoline Vieira
Figueiredo – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2018.
xii, 73 p.: 29,7 cm.
Orientador: Assed Naked Haddad
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica /
Curso de Engenharia Civil, 2018.
Referências Bibliográficas: p. 68-71
1. Introdução 2. Eficiência Energética 3. BIM (Building
Information Modeling) 4. Avaliação do Ciclo de Vida (ACV)
5. Desenvolvimento do Modelo Expositivo 6. Conclusão
I. Haddad, Assed Naked; II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III.
Título
Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas
do homem foram conquistadas do que parecia impossível.”
Charles Chaplin
Dedico este trabalho aos meus pais, Antônio
Félix e Luciana Araújo.
RESUMO
O trabalho apresenta os conceitos e principais características das metodologias Building
Information Modeling (BIM) e Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), objetivando realizar uma
eficiente integração dessas metodologias numa fase de concepção de projetos de construção. O
trabalho tem o intuito de comprovar todos os benefícios advindos dessa interação, apresentando
o seu grande potencial para que se desenvolvam projetos mais sustentáveis e eficientes
energeticamente. Para isso, é realizado um estudo de caso de um edifício residencial, utilizando-
se diversos programas computacionais para se obter dados quantitativos sobre o consumo anual
de energia e os impactos ambientais gerados durante o ciclo de vida do prédio.
Palavras-chave: Building Information Modeling; Avaliação do Ciclo de Vida;
Sustentabilidade nas Construções; Eficiência Energética.
ABSTRACT
This work presents the concepts and main characteristics of Building Information
Modeling (BIM) and Life Cycle Assessment (LCA) methodologies, with the objective of
efficiently integrating these methodologies into a conception phase of construction projects.
The aim of this work is to demonstrate all the benefits of this interaction, presenting its great
potential for developing more sustainable and energy efficient projects. For this, a case study
of a residential building is carried out, using several computational programs to obtain
quantitative data on the annual energy consumption and the environmental impacts generated
during the life cycle of the building.
Keywords: Building Information Modeling; Life Cycle Assessment; Sustainability in
Buildings; Energy Efficiency.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 - REPRESENTAÇÃO DA VARIAÇÃO DO CUSTO DE MUDANÇAS E DA INFLUÊNCIA NO PROJETO .......................................... 16
FIGURA 2 - ILUSTRAÇÃO REPRESENTATIVA DA METODOLOGIA PROPOSTA NO TRABALHO ............................................................ 19
FIGURA 3 - DIFERENÇAS ENTRE OS FLUXOS DE ENERGIA RENOVÁVEL E NÃO-RENOVÁVEL ............................................................ 21
FIGURA 4 - MODELO DE SELO PROCEL EDIFICAÇÕES E DE ETIQUETA PBE EDIFICA ................................................................... 24
FIGURA 5 – ESTRUTURA DA ACV E ALGUMAS APLICAÇÕES PRÁTICAS..................................................................................... 32
FIGURA 6 - PLANTA BAIXA DO PAVIMENTO TIPO ................................................................................................................ 36
FIGURA 7 - MODELO DIGITAL DO EDIFÍCIO CRIADO NO AUTODESK REVIT 2017® ..................................................................... 37
FIGURA 8 - JANELA DE EDIÇÃO DE UMA FAMÍLIA DE PAREDE NO AUTODESK REVIT® ................................................................. 38
FIGURA 9 – EXEMPLO DE DIVISÃO DE UM EDIFÍCIO EM ESPAÇOS DISCRETOS DE TROCA DE CALOR ................................................ 40
FIGURA 10 - LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA DO PROJETO ........................................................................................................ 41
FIGURA 11 – PLUVIÔMETRO DA ESTAÇÃO METEOROLÓGICA DO RECREIO DOS BANDEIRANTES ................................................... 42
FIGURA 12 - MODELO ANALÍTICO DE ENERGIA DO EDIFÍCIO ................................................................................................ 45
FIGURA 13 - OPÇÕES DE MATERIAIS ALTERNATIVOS PARA AS PAREDES EXTERNAS .................................................................... 48
FIGURA 14 - OPÇÕES DE MATERIAIS ALTERNATIVOS PARA AS LAJES ....................................................................................... 49
FIGURA 15 – MENU DO PROGRAMA AUTODESK REVIT® COM ACESSO DIRETO AO TALLY® ......................................................... 54
FIGURA 16 - NAVEGADOR DE PROJETO DE TALLY® ............................................................................................................ 55
FIGURA 17 – LIMITE DO SISTEMA ADOTADO NO PRESENTE TRABALHO ................................................................................... 56
FIGURA 18 – DIFERENÇA ENTRE A ABORDAGEM MIDPOINT E ENDPOINT ............................................................................... 58
FIGURA 19 - IMPACTOS AMBIENTAIS DIVIDIDOS NOS ESTÁGIOS DO CICLO DE VIDA E BASEADOS NO PROJETO-PADRÃO ..................... 60
FIGURA 20 - IMPACTOS AMBIENTAIS DIVIDIDOS NOS ESTÁGIOS DO CICLO DE VIDA E BASEADOS NOS MATERIAIS CONSTRUTIVOS
RECOMENDADOS ............................................................................................................................................... 61
FIGURA 21 - IMPACTOS AMBIENTAIS DIVIDIDOS NOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS E BASEADOS NO PROJETO-PADRÃO ................. 62
FIGURA 22 - IMPACTOS AMBIENTAIS DIVIDIDOS NOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS E BASEADOS NOS MATERIAIS CONSTRUTIVOS
RECOMENDADOS ............................................................................................................................................... 62
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - CARACTERÍSTICAS DO PROJETO-PADRÃO .......................................................................................................... 36
TABELA 2 - DADOS DE PROJETO UTILIZADOS NO MODELO DIGITAL DO EDIFÍCIO ........................................................................ 41
TABELA 3 - VALORES DE TEMPERATURAS MEDIDOS NA ESTAÇÃO DO RECREIO DOS BANDEIRANTES .............................................. 43
TABELA 4 - TAXAS TÍPICAS DE CALOR LIBERADAS POR PESSOAS ............................................................................................. 44
TABELA 5 - PARÂMETROS UTILIZADOS NOS CÁLCULOS DE ENERGIA........................................................................................ 45
TABELA 6 - RESULTADOS ENCONTRADOS NA ANÁLISE ......................................................................................................... 46
TABELA 7 - RESULTADOS DA ANÁLISE PARA DIFERENTES TIPOS DE PAREDES EXTERNAS............................................................... 48
TABELA 8 - RESULTADOS DA ANÁLISE PARA DIFERENTES TIPOS DE LAJE ................................................................................... 49
TABELA 9 - RESULTADOS DA ANÁLISE PARA DIFERENTES TIPOS DE JANELAS ............................................................................. 50
TABELA 10 - RESULTADOS DA ANÁLISE PARA DIFERENTES TIPOS DE PORTAS ............................................................................ 50
TABELA 11 – LISTA RECOMENDADA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ..................................................................................... 51
TABELA 12 - RESULTADOS DA ANÁLISE PARA O MODELO COM A LISTA DE MATERIAIS RECOMENDADOS ........................................ 52
TABELA 13 - DELIMITAÇÕES DO ESTUDO ......................................................................................................................... 57
TABELA 14 – RESULTADO DA ANÁLISE DA LUZ NATURAL NO EDIFÍCIO .................................................................................... 65
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
3D – Três Dimensões.
4D – Quatro Dimensões.
5D – Cinco Dimensões.
6D – Seis Dimensões.
7D – Sete Dimensões.
8D – Oito Dimensões.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACH - Air Changes per Hour.
ACV - Avaliação do Ciclo de Vida.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning
Engineers.
BIM – Building Information Modeling.
CAD - Computer Aided Design.
CIB - International Council for Research and Innovation in Building and Construction.
CNUMAD - Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e
Desenvolvimento.
DOE - Department of Energy.
ENCE - Etiqueta Nacional de Conservação de Energia.
EUA – Estados Unidos da América.
GaBi - Ganzheitliche Bilanz (em português, “equilíbrio holístico”).
GBS - Green Building Studio.
GCIEE - Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética.
ICV - Inventário do Ciclo de Vida.
IPEA – Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada.
ISO - International Organization for Standardization.
OIA - Organismo de Inspeção Acreditado.
PBE - Programa Brasileiro de Etiquetagem.
PNUMA - Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente.
RAC - Requisito de Avaliação da Conformidade para Edificações.
RTQ - Requisitos Técnicos da Qualidade.
RTQ-C - Requisitos para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de
Serviços e Públicos.
RTQ-R - Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de
Edificações Residenciais.
SETAC - Sociedade de Toxicologia e Química Ambiental.
SINDUSCON-MG - Sindicato da Indústria da Construção Civil do Estado de Minas
Gerais.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................13
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ........................................................................................................ 13
SUSTENTABILIDADE NAS CONSTRUÇÕES ................................................................................................ 14
MOTIVAÇÃO DO ESTUDO ........................................................................................................................ 15
OBJETIVO ................................................................................................................................................. 17
ABORDAGEM E METODOLOGIA .............................................................................................................. 18
2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ........................................................................................................................20
O CONCEITO DE ENERGIA ........................................................................................................................ 20
RECURSOS ENERGÉTICOS ........................................................................................................................ 21
LEGISLAÇÃO SOBRE A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .................................................................................................... 22
2.4 EDIFÍCIOS COM BALANÇO ENERGÉTICO NULO OU QUASE NULO ............................................................................... 24
3 BIM (BUILDING INFORMATION MODELING) ..........................................................................................26
DEFINIÇÃO E CARACTERÍSTICAS .............................................................................................................. 26
DIMENSÕES: DO 3D AO 7D............................................................................................................................ 27
BIM E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ............................................................................................................. 28
4 AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) ....................................................................................................30
DEFINIÇÕES ................................................................................................................................................. 30
ETAPAS DA METODOLOGIA ............................................................................................................................. 31
HISTÓRICO .................................................................................................................................................. 34
5 DESENVOLVIMENTO DO MODELO EXPOSITIVO .....................................................................................35
DESCRIÇÃO DO EMPREENDIMENTO .................................................................................................................. 35
INTEGRAÇÃO DAS TECNOLOGIAS E CONCEITOS .................................................................................................... 37
5.2.1 Cálculo do Consumo e do Custo Anual de Energia do Edifício ........................................ 39
5.2.2 Cálculo do consumo de energia para diferentes alternativas de materiais .................... 46
5.2.3 Impactos Ambientais gerados pelos materiais construtivos ........................................... 53
5.2.4 Análise Solar do Edifício .................................................................................................. 63
6 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................................66
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..............................................................................................................68
13
1 INTRODUÇÃO
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
As sociedades modernas têm se voltado cada vez mais para o conceito de
sustentabilidade. Durante a Primeira Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e
Desenvolvimento (CNUMAD), em Estocolmo, em 1972, ficou confirmada a enorme relação
entre desenvolvimento e meio ambiente. A Declaração de Estocolmo transmitiu uma mensagem
de esperança sobre ser possível implementar estratégias ambientalmente adequadas e, assim,
promover um desenvolvimento socioeconômico equitativo (SACHS, 1993).
Durante a CNUMAD, surge o conceito de “Ecodesenvolvimento”. Esse conceito foi
apresentado por Ignacy Sachs da seguinte forma:
Ecodesenvolvimento é o desenvolvimento endógeno e dependente de suas
próprias forças, tendo por objetivo responder à problemática da harmonização
dos objetivos sociais e econômicos do desenvolvimento com uma gestão
ecologicamente prudente dos recursos e do meio (RAYNAUT, 1993).
Na década de 1980, esse termo é rebatizado por pesquisadores anglo-saxões, que
começam a utilizar a expressão “Desenvolvimento Sustentável”. A ideia a ser passada por essa
expressão é a de que não se trata apenas de um crescimento quantitativo, mas de um
desenvolvimento que propicia qualidade nas relações humanas com o ambiente natural,
respondendo às necessidades da população atual, sem comprometer a capacidade das gerações
futuras (MONTIBELLER, 1993).
A Conferência de Estocolmo teve bons frutos, como a criação do Programa das Nações
Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA), a entrada do tema ambiental nos debates multilaterais
e uma maior participação da sociedade civil nas questões ambientais (LAGO, 2006). As
questões relacionadas à preservação da natureza começaram a ser discutidas, então, a partir da
década de 70, mas somente vinte anos depois os países reconheceram o conceito de
desenvolvimento sustentável durante a Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente
e Desenvolvimento no Rio de Janeiro, conhecida como Rio-92.
A Rio-92 produziu a Agenda 21, grande marco nas discussões sobre o desenvolvimento
sustentável. Trata-se de um plano de ação formulado internacionalmente para ser adotado em
escala global, nacional e local. Esse documento foi assinado em 14 de junho de 1992 por 179
países diferentes, sendo criado com a mobilização da opinião pública.
14
A Agenda 21 tem o intuito de promover o planejamento e a implementação de políticas
e ações que auxiliem no alcance do conceito de sustentabilidade. Mas vale ressaltar que o
desenvolvimento sustentável já não é mais enxergado apenas como uma questão ambiental.
Atualmente, a sustentabilidade é dividida em três principais pilares: social, econômico e
ambiental. Para que haja realmente um desenvolvimento sustentável, é necessário que as ações
sejam tais que façam com que esses três pilares coexistam e interajam entre si de maneira
harmoniosa.
Desenvolver ações socialmente sustentáveis é realizá-las pensando em todo capital
humano atingido de maneira direta ou indireta, incluindo a comunidade no entorno e a
sociedade em geral. Essas ações também podem e devem ser economicamente sustentáveis,
estabelecendo uma relação de competitividade justa em relação aos demais concorrentes do
mercado. Por fim, essas ações não podem existir às custas de um desequilíbrio nos ecossistemas
ou gerando diversos impactos ambientais negativos. Devem, portanto, ser sustentáveis também
no quesito ambiental.
SUSTENTABILIDADE NAS CONSTRUÇÕES
A indústria da construção sempre se mostrou como uma enorme consumidora de
recursos naturais e geradora de resíduos. Estima-se que mais de 50% dos resíduos sólidos
gerados pelas atividades humanas sejam provenientes da construção. Um dado alarmante para
exemplificar essa problemática é o fato de o consumo de eletricidade em construções
comerciais ter dobrado entre 1980 e 2003, com uma expectativa de aumentar mais 50% até
2025 (EIA, 2005).
Baseado nessa realidade, houve a necessidade de se criar, também, uma agenda
internacional voltada especificamente para o setor da construção. Foi, então, preparada a
Agenda 21 para Construção Sustentável pelo International Council for Research and
Innovation in Building and Construction (CIB), após uma extensa pesquisa colaborativa.
A Agenda 21 para a Construção Sustentável fornece uma visão detalhada dos conceitos,
questões e desafios que o setor deve enfrentar. Vale ressaltar que o CIB lançou primeiramente,
em 1999, a Agenda voltada para os países desenvolvidos e, em 2000, lançou uma nova versão
para países em desenvolvimento, inclusive para o Brasil. Isso porque não são apenas os
problemas e suas escalas que se diferem entre esses dois grupos, mas também a capacidade da
indústria local e seus governos, além de diferenças culturais.
15
JOHN et al. (2001) propõe alguns aspectos para a Agenda 21 para a construção civil
brasileira, dividindo-os em três blocos distintos: (1) gerenciamento e organização de processos;
(2) qualidade ambiental dos edifícios, processos e produtos de construção; e (3) redução do
consumo de recursos naturais. Todos esses blocos estão inteiramente interligados e precisam
ser pensados de forma conjunta. Não é possível, por exemplo, promover uma ação ambiental
sem que haja uma organização interna de processos de qualidade bem consolidados, pois
problemas de execução dessa ação ambiental representariam uma forma de desperdiçar
recursos.
Existem diversos princípios que podem ser seguidos para a criação de projetos de
construção mais sustentáveis, como o maior aproveitamento das condições naturais locais, a
redução dos impactos ambientais gerados, o uso de matérias-primas que contribuam com a
ecoeficiência do processo, a redução do consumo de água e de energia e o investimento na
educação ambiental, conscientizando todos os envolvidos no processo da construção. O
importante é que a noção de sustentabilidade esteja presente em todo o ciclo de vida da
construção, desde a sua concepção até sua demolição.
MOTIVAÇÃO DO ESTUDO
As soluções sustentáveis no setor da construção podem envolver inúmeros fatores. Um
dos aspectos citados por JOHN et al. (2001) ao analisar a Agenda 21 para a construção civil
brasileira é que o setor da construção deve realizar uma avaliação ambiental de edifícios com
base em seu ciclo de vida. Assim, a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) se apresenta como uma
ferramenta fundamental para o desenvolvimento sustentável na construção.
Essa metodologia tem o propósito de fomentar o entendimento das causas e tipos de
impactos ambientais relacionados aos produtos ou serviços, com foco na tomada de decisões.
A ACV estuda os aspectos ambientais e os impactos ao longo da vida de um produto, desde a
extração de recurso, passando por produção, uso e disposição (ISO 14040).
Quando voltada para a área da construção, a ACV visa avaliar os aspectos ambientais
dos materiais de construção e das técnicas construtivas nas diferentes fases do ciclo de vida do
projeto. Nesse contexto, mostra-se promissora a integração da ACV com a metodologia BIM.
O conceito de Building Information Modeling1 (BIM) revolucionou a forma como são
concebidos os projetos de construção, através da elaboração de modelos virtuais com elementos
1 Modelagem da Informação da Construção, em tradução livre.
16
parametrizados. O projeto ideal realizado em BIM integra todas as partes envolvidas no
planejamento de uma construção, tornando a gestão de toda a informação mais simples. Isso
permite que os projetos sejam otimizados de forma considerável em diversas vertentes: cria-se
projetos com menos incompatibilizações entre os sistemas construtivos, com um controle de
custos e prazos mais eficiente, com mais precisão, por serem projetos visualizados e revisados
mais facilmente, dentre outras melhorias.
A metodologia BIM não permite especificar apenas os parâmetros geométricos, como
espessura, comprimento e altura dos objetos. Na verdade, a metodologia utiliza-se de um
modelo central, repleto de informações, que pode ser estendido para múltiplos propósitos. É
possível, por exemplo, especificar toda a lista de materiais construtivos utilizados no projeto,
além de especificar propriedades térmicas e acústicas desses materiais, considerar dados
climáticos da região geográfica e realizar simulações a fim de se analisar criticamente questões
energéticas, acústicas e estruturais.
Percebe-se, então, que a integração das metodologias BIM e ACV na fase inicial de
concepção do projeto tem grande potencial em termos de influenciar o projeto como um todo.
Sabe-se que o custo de implementação de mudanças aumenta à medida que o projeto evolui,
devido a uma redução da sua flexibilidade (PMBOK, 2013).
Figura 1 - Representação da variação do custo de mudanças e da influência no projeto
Fonte: PMBOK, 2013. Adaptado pela Autora.
17
A maior parte das despesas são incorridas durante a fase de construção, mas o projeto
já perdeu flexibilidade nesta etapa e, por isso, quaisquer alterações resultariam em custos mais
elevados. Portanto, uma análise exaustiva tem que ser realizada nas fases iniciais do projeto
para melhorar o seu desempenho e evitar o desperdício. Ao integrar as metodologias BIM e
ACV, pretende-se criar projetos mais rápidos, com menos erros de execução, um custo reduzido
e com menos impactos ambientais negativos sendo gerados.
Com uma gestão eficiente das informações, é possível conceber projetos que equilibrem
aspectos ambientais, sociais e econômicos. O objetivo deste trabalho é, portanto, integrar
ferramentas que se baseiam no BIM e na ACV, numa fase precoce do projeto, a fim de se fazer
pleno uso do seu potencial e abordando de forma ampla o conceito de construção sustentável.
OBJETIVO
A metodologia deste trabalho pretende integrar a Modelagem da Informação da
Construção (BIM) com a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), a fim de capacitar o processo de
tomada de decisão e a criação de projetos mais sustentáveis e energeticamente eficientes. Este
trabalho aplica diversos programas computacionais que fazem uso dessas metodologias,
apresentando as vantagens desta integração para estimar o consumo e o custo da energia, além
do cálculo dos impactos ambientais gerados em edifícios.
Um edifício residencial é utilizado como estudo de caso, objetivando-se avaliar:
• O estudo solar na edificação, ao configurar o comportamento do sol, da luz
ambiente e das sombras;
• O melhor posicionamento do edifício em relação ao terreno para que se aproveite
ao máximo a iluminação natural;
• O consumo e os custos da energia estimada ao longo do ciclo de vida da
edificação, comparando diferentes configurações para que se alcance a máxima
performance do edifício;
• As melhores opções de materiais construtivos a serem utilizados, para que sejam
gerados menos impactos ambientais.
18
ABORDAGEM E METODOLOGIA
A abordagem teórica do trabalho objetiva a familiarização com o tema de eficiência
energética e a exploração desse tema no cenário da construção civil, no qual está fortemente
inserido. Além disso, esse estudo visa conceituar e apresentar as principais características do
BIM e da ACV, mostrando a relação dessas metodologias com a eficiência energética e o
desenvolvimento sustentável. O trabalho, então, converge para como se desenvolve a
integração entre essas metodologias, comprovando todos os benefícios advindos dessa
interação.
O estudo prático realizado foi dividido em diferentes etapas, iniciando com a elaboração
do projeto arquitetônico de um edifício residencial. Para a elaboração da modelagem 3D, foi
utilizado o programa Autodesk Revit 2017 ®, que se trata de uma ferramenta BIM que auxilia
na parametrização de todas as informações do projeto.
Posteriormente, houve uma etapa de realização de diferentes tipos de análises e
simulações. Isso porque o grande objetivo do trabalho é a extração de dados quantitativos e
qualitativos que sirvam de insumos para a tomada de decisão, visando a transformação do
projeto de construção em mais sustentável. Para isso, foi utilizado o próprio Autodesk Revit ®
para a realização de diversas análises, além de mais duas ferramentas computacionais: o
Autodesk Green Building Studio ® (GBS) e o Autodesk Tally ®. O primeiro programa é capaz
de estimar o consumo e o custo de energia de um edifício, por intermédio de simulações
realizadas na nuvem. A segunda ferramenta é um plug-in do programa Autodesk Revit ®, capaz
de analisar os impactos ambientais gerados pelos materiais construtivos utilizados no modelo
digital do edifício.
Por último, foi definida uma metodologia de integração, visando demonstrar como é
possível, através de ferramentas BIM ou auxiliares ao BIM, analisar os impactos positivos e
negativos das alterações realizadas nos edifícios, baseando-se na Análise do Ciclo de Vida e
aumentando significativamente a eficiência energética da construção.
19
Figura 2 - Ilustração representativa da metodologia proposta no trabalho
Fonte: Elaborado pela Autora.
20
2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
O CONCEITO DE ENERGIA
Em 1872, Maxwell define energia como “aquilo que permite uma mudança na
configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste a esta mudança”. Assim,
entende-se que para realizar qualquer tipo de processo que envolva uma mudança, é necessário
que haja energia. Sempre que existir algo em transformação, sempre que for observada alguma
mudança de aspecto ou de condição, há uma manifestação de fluxos energéticos (VIANA et al,
2012).
São inúmeras as maneiras como a energia pode se apresentar no Universo: na forma de
energia térmica, acústica, química, nuclear, mecânica, elétrica, etc. Todas essas maneiras de se
representar a energia permitem que fenômenos aparentemente distintos sejam traduzidos em
uma mesma linguagem. Por exemplo, o consumo de gasolina de um automóvel ou o salto de
uma pulga podem ser traduzidos por uma quantidade de energia.
Existem duas leis físicas fundamentais sobre energia: a Lei da Conservação e a Lei da
Dissipação da Energia. A primeira lei estabelece que a quantidade total de energia em um
sistema isolado permanece constante. Ou seja, a energia não é criada ou destruída; ela apenas
se transforma. Já a segunda lei afirma que existem inevitáveis perdas térmicas nos processos de
conversão de energia. Nos sistemas físicos reais, essas perdas térmicas podem, ainda, ser
acompanhadas por outros tipos de perdas, devido às limitações tecnológicas e/ou econômicas.
O conceito de energia é um dos conceitos essenciais da física. Mas esse conceito se
expande e atinge diversas áreas de conhecimento da ciência moderna. E, ao pensar-se nas
questões ambientais, a energia solar aparece como uma fonte primária muito importante. Ela é
responsável por inúmeros processos naturais, desde a energia cinética das águas do mar até a
energia que os seres humanos utilizam para viver.
É o sol que provê a energia necessária para a sobrevivência de seres vivos e para a
realização de diversos eventos na Natureza. No contexto da construção civil, a energia solar
pode estar ligada ao processo de captação de energia por meio de placas fotovoltaicas, sendo
convertida diretamente em eletricidade. Ou, ainda, ao processo de aquecimento de água nas
edificações para o uso humano.
21
RECURSOS ENERGÉTICOS
Os recursos energéticos são as reservas existentes de energia na Natureza que podem
ser utilizadas para suprir as necessidades humanas. Esses recursos podem ser considerados
renováveis ou não-renováveis. A energia renovável é a energia obtida a partir de fluxos de
energia naturalmente repetitivos que ocorrem no ambiente local, enquanto a energia não-
renovável é aquela obtida a partir de reservas estáticas de energia que permanecem
subterrâneas, a menos que liberadas pela interação humana (TWIDELL, 2015).
Figura 3 - Diferenças entre os fluxos de energia renovável e não-renovável
Fonte: TWIDELL, 2015 (adaptado pela autora).
Na figura, observa-se o fluxo de energia natural, representado pelo processo A-B-C, e o
fluxo de energia aproveitado pelo homem, representado pelo processo D-E-F. Vale ressaltar
que a utilização inadequada de potenciais energéticos renováveis pode causar a sua exaustão,
quando explorados de maneira tal que supera a sua taxa natural de reposição.
Quando se busca utilizar da melhor forma possível esses recursos energéticos, o
conceito de Eficiência Energética está sendo pensado. A eficiência energética trata-se, então,
da utilização racional de energia para se obter um determinado resultado. No contexto de
edifícios, deseja-se obter, para um mesmo nível de conforto de seus ocupantes, um consumo
inferior de energia. Para isso, existem diversas medidas que podem e devem ser tomadas tanto
22
no processo de transformação da energia (conversão, transporte) quanto no processo de
utilização.
Há muitas perdas nos sistemas de transformação de energia por mau aproveitamento e
falha nas tecnologias utilizadas. Além disso, existe ainda muito desperdício de energia durante
a fase de consumo no setor doméstico, de serviços e na indústria. É preciso estudar todos esses
tipos de perda e trabalhar para reduzir e, se possível, anular qualquer tipo de perda.
LEGISLAÇÃO SOBRE A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
O Brasil possui, desde 2001, uma importante lei que serve como instrumento para que
se alcance a eficiência energética: a Lei n° 10.295, conhecida como Lei de Eficiência
Energética. Essa Lei foi promulgada em 17 de outubro de 2001, depois de muitos anos de
tramitação no Congresso Nacional. Ela estabelece níveis máximos de consumo específico de
energia de máquinas e aparelhos fabricados ou comercializados no Brasil. Além disso, também
prevê o desenvolvimento de mecanismos que promovam a eficiência energética nas edificações
construídas no país, com base em indicadores técnicos pertinentes e de forma compulsória.
Com o intuito de seguir aquilo que foi disposto na Lei, foi criado o Comitê Gestor de
Indicadores e Níveis de Eficiência Energética (GCIEE). Esse Comitê deve realizar estudos com
abrangência geral e específica, e sua atuação deve ser uma tarefa de longo prazo, que deve
atravessar vários governos e buscar instituir uma cultura de equipamentos eficientes (GARCIA,
2003).
Existem, ainda, outros decretos brasileiros e resoluções da ANEEL que falam sobre a
eficiência energética com interferência nos prédios públicos. O Decreto 99.656, por exemplo,
regula a forma como os Prédios Públicos devem fazer a redução no consumo de energia elétrica.
Mas uma das grandes conquistas brasileiras nesse assunto foi o fato de o Programa Brasileiro
de Etiquetagem (PBE) ter alcançado o setor das edificações.
Desde 1984, o Inmetro discute sobre a criação de programas de avaliação da
conformidade com foco no desempenho. Inicialmente, a ideia do programa era tornar o uso da
energia mais eficiente no setor automotivo. Mas, logo depois, essa ideia foi ampliada e, hoje, o
PBE é composto por 38 Programas de Avaliação da Conformidade, que contemplam desde a
etiquetagem de produtos como fogões e condicionadores de ar, até os veículos e as edificações.
Existe, então, a Etiqueta PBE Edifica, que faz parte do Programa Brasileiro de
Etiquetagem (PBE). As etiquetas podem ser obtidas para edificações comerciais, de serviços,
23
públicas ou residenciais. Para obter a Etiqueta, diferentes grupos de requisitos são analisados:
a envoltória do prédio, o sistema de iluminação e o sistema de condicionamento de ar. É preciso
submeter uma série de documentos a uma análise feita por algum Organismo de Inspeção
Acreditado (OIA). Os OIAs são empresas públicas ou privadas reconhecidas e autorizadas pelo
Inmetro para realizarem essa análise.
Existem regulamentos no programa, conhecidos como Requisitos Técnicos da
Qualidade (RTQ), que apresentam as questões abordadas na análise de um edifício para a
obtenção da etiqueta. O RTQ-C apresenta os Requisitos para o Nível de Eficiência Energética
de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos, enquanto o RTQ-R é o Regulamento Técnico
da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais. Existe, ainda,
o RAC - Requisito de Avaliação da Conformidade para Edificações –, que engloba edificações
residenciais (novas ou existentes) e edificações comerciais, de serviços e públicas (novas ou
existentes).
Cada etapa pode ser realizada com OIAs diferentes, com orçamentos diferentes. Esses
orçamentos são apresentados conforme características da edificação e logística da avaliação de
conformidade. Para edificações comerciais, por exemplo, os preços para obtenção de uma
etiqueta podem chegar a R$ 22.000,00 (vinte e dois mil reais). Mas o orçamento final depende
de diversos fatores, como o escopo pretendido, o tamanho e a complexidade da edificação, os
custos de logísticas durante as inspeções da obra, dentre outros.
A Etiqueta é, então, um Selo de Conformidade que comprova o atendimento a requisitos
de desempenho. Quando o critério analisado é a eficiência energética, a Etiqueta é conhecida
como Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE). A classificação é feita por meio
de faixas coloridas, de “A” (mais eficiente) a "E" (menos eficiente).
Existe, ainda, o Selo Procel Edificações, outorgado pela ELETROBRAS, que identifica
as edificações que apresentam as melhores classificações de eficiência energética em uma dada
categoria. Para a obtenção desse Selo, é necessário primeiramente obter a Etiqueta PBE Edifica,
classe A, para os três sistemas avaliados: envoltória, sistema de iluminação e sistema de
condicionamento de ar.
A etiquetagem pode ser uma ótima ferramenta para compradores de imóveis, auxiliando
na tomada de decisão por permitir comparar os níveis de eficiência entre uma edificação e outra.
24
Figura 4 - Modelo de Selo Procel Edificações e de Etiqueta PBE Edifica
Fonte: Página na Internet do Procel Info2.
EDIFÍCIOS COM BALANÇO ENERGÉTICO NULO OU QUASE NULO
O conceito de energia zero vem se tornando cada vez mais conhecido. Já é um assunto
utilizado como tema de pesquisas ao longo do Brasil e de todo o mundo, aumentando a busca
por novas tecnologias e soluções energéticas. Chama-se edifício de energia zero quando toda a
eletricidade necessária para que se abasteça a edificação é produzida por ela mesma.
Os Estados Unidos, o Japão e alguns países da Europa já contam com uma legislação
eficiente sobre o assunto. Desde 2010, por exemplo, a União Europeia possui uma nova Diretiva
sobre o desempenho energético dos edifícios que obriga todos as novas construções, construídas
a partir de 2020, a serem caracterizadas por níveis mais elevados de desempenho energético,
procurando explorar mais as fontes de energia renováveis disponíveis localmente, sem prejuízo
para o conforto dos ocupantes (EPBD, 2010).
Há diferentes abordagens para a definição dos edifícios de balanço energético nulo ou
quase nulo. Independente da abordagem, as necessidades de energia do edifício, que devem ser
quase nulas ou realmente pequenas, deverão ser atendidas por uma energia proveniente de
fontes renováveis, seja produzida no local ou nas proximidades (AELENEI et al., 2013).
A construção é considerada, de fato, eficiente em termos de energia quando há uma
produção de energia suficiente para igualar suas necessidades energéticas anuais. Mas pode-se
2 Disponível em: <http://www.procelinfo.com.br>. Acesso em jan.2018.
25
pensar em balanço energético nulo dentro de quatro definições diferentes: balanço energético
nulo do terreno, da fonte de energia, dos custos ou das emissões (TORCELLINI et al., 2006).
Num balanço energético nulo do terreno, o próprio local produz pelo menos tanta
energia renovável como usa em um ano. Já quando se pensa em Energia Zero da fonte, fala-se
sobre a fonte de energia conseguir produzir, no mínimo, a quantidade de energia renovável
utilizada em um ano. O conceito de fonte de energia refere-se à energia primária utilizada para
extrair, processar, gerar e entregar a energia final para o local desejado. Para calcular a energia
de fonte total de um edifício e saber se o balanço energético é, de fato, nulo ou quase nulo, são
contabilizadas as energias importada e exportada da fonte.
Quando o conceito de custo é tratado nesse assunto, espera-se que o proprietário do
edifício esteja considerando que o projeto se tornou economicamente sustentável para ele. Ou
seja, é preciso que a quantia de dinheiro paga ao proprietário do edifício pelas energias
renováveis geradas e pelo transporte dessa energia até a rede sejam pelo menos iguais ao valor
que o proprietário paga pelos serviços de energia utilizados no ano. Assim, haverá um balanço
energético de custo nulo.
Por fim, ao pensar em um edifício de emissões zero, fala-se sobre uma construção que
produz (ou compra) energia renovável sem emissões, sendo suficiente para compensar as
emissões de todas as energias utilizadas no edifício anualmente. Carbono, óxidos de nitrogênio
e de enxofre são emissões comuns que esses tipos de edificações compensam.
No setor residencial, no qual o edifício utilizado nesse trabalho como estudo de caso
está incluído, o consumo energético inclui toda a energia consumida pelas famílias, como
aquecimento, refrigeração, ventilação, iluminação, água quente doméstica, etc. O tipo e a
quantidade de consumo de energia variam de forma significativa de acordo com a região ou
país. Além disso, o uso da energia pode ser influenciado pela renda familiar, pelo preço de
energia, a localização, características da construção, clima ou por políticas existentes na região
relacionadas à energia.
26
3 BIM (BUILDING INFORMATION MODELING)
DEFINIÇÃO E CARACTERÍSTICAS
Nas últimas três décadas, o computador passou a ser instrumento básico no processo de
criação de desenhos técnicos de projetos. Isso aconteceu com o surgimento do CAD, sigla em
inglês para “Computer Aided Design” que, em tradução livre, significa “Desenho auxiliado pelo
computador”. A sigla não poderia ter sido melhor empregada: o CAD é, de fato, apenas uma
ferramenta que auxilia arquitetos, engenheiros e projetistas a criarem seus desenhos de forma
mais rápida, com o computador.
Atualmente, muito se fala da metodologia BIM como sendo a próxima geração do CAD.
BIM é a sigla para “Building Information Modeling” que, em português, pode ser traduzido
como “Modelagem da Informação da Construção”. E é realmente a informação o cerne de toda
a metodologia. Todos os softwares BIM permitem a criação de desenhos técnicos de projeto,
como era no CAD, mas a metodologia permite ir muito além. Ao criar um modelo em três
dimensões do seu projeto em um programa BIM, o profissional tem disponível toda a
informação necessária à expressão gráfica, à análise construtiva, à quantificação de mão-de-
obra, custos e prazos, e tudo aquilo que se mostrar interessante para o projeto. Assim, o modelo
digital criado com a tecnologia BIM reúne dois grupos de informações: as geométricas, que
dizem respeito às características espaciais do produto, e as não-geométricas, que incluem custo,
resistência, peso, dentre outras características (SOUZA et al., 2009).
A metodologia BIM, então, vem criar uma representação digital das características
físicas e funcionais de uma construção. Os modelos BIM aumentam significativamente o
desempenho e a qualidade do projeto, mostrando-se um dos desenvolvimentos mais
promissores no setor da construção. Com essa tecnologia, a inserção de todas as informações
necessárias ao planejamento de uma edificação é feita em um único modelo digital, permitindo,
assim, um melhor gerenciamento de todo o projeto.
Toda a modelagem é realizada de forma paramétrica, ou seja, todos os elementos são
representados por parâmetros que estão associados a dados, sendo relacionados uns aos outros.
Isso permite uma constante atualização do projeto, realizada de forma dinâmica.
Diferentemente do que acontecia na era do CAD, quando o desenho era formado por linhas que
representavam objetos, o BIM utiliza o próprio objeto carregado com todos os seus parâmetros.
27
E qualquer modificação em um objeto feita pelo projetista faz com que todo o projeto seja
alterado automaticamente, sendo atualizadas todas as informações associadas.
Chuck Eastman foi um dos pioneiros no estudo de BIM, publicando artigos sobre
sistemas de modelagem paramétrica desde a década de 70. Em seu famoso livro “BIM
Handbook”, ele define a metodologia como “uma tecnologia de modelagem e um conjunto
associado de processos para produzir, comunicar e analisar modelos de construção”
(EASTMAN et al., 2011).
Essa possibilidade de analisar modelos de maneira rápida e assertiva reduz
consideravelmente os gastos e possíveis imprevistos durante a construção da edificação. Isso
porque o BIM permite que se tenha um protótipo digital do edifício, antes mesmo da construção
real.
A função de ferramentas BIM é aumentar a exatidão do projeto, obtendo-se produtos
finais construídos com alto grau de semelhança ao projetado. A ideia, então, é a modelagem
tridimensional, na qual todas as informações necessárias para a construção estejam disponíveis
(CAVALCANTI, 2016). Ainda existe, no entanto, resistência quanto ao uso de softwares BIM
em escritórios e construtoras brasileiras, devido à necessidade de investimento em treinamentos
e aquisição de programas, à alteração do processo de elaboração dos projetos, etc.
O software Revit® é um produto da empresa Autodesk® que utiliza o conceito de
Modelagem da Informação da Construção (BIM). Esse programa inclui recursos para a
elaboração de projetos de arquitetura, de sistemas mecânicos, elétricos e hidráulicos, projetos
de engenharia estrutural e de construção. Além disso, pode ser utilizado como um sistema
completo de documentação do projeto que suporta todas as fases do processo. O Revit® é um
dos softwares BIM mais utilizados atualmente e foi utilizado para a criação do modelo
expositivo do presente trabalho.
DIMENSÕES: DO 3D AO 7D
Diferentes dimensões abstratas foram criadas para se referir aos diferentes aspectos
abordados pelo BIM (TEIXEIRA, 2016). A simples criação de um modelo em três dimensões
em um software BIM já traz vantagens quando comparado a um programa computacional
comum. O BIM 3D consolida todos os projetos da obra num mesmo ambiente virtual. Além de
permitir o posicionamento dos elementos construtivos, a manipulação de suas dimensões e suas
28
interações, o BIM 3D permite a detecção de conflitos, isto é, o programa sinaliza interferências
na estrutura, como uma tubulação que colide com outra, por exemplo.
Quando se pensa no BIM 4D, adiciona-se o setor de planejamento na modelagem. Desta
forma, o modelo 3D é atrelado a um cronograma de obra, fazendo com que todos os elementos
construtivos possuam parâmetros de duração, posicionando-os no tempo. Com isso, é possível
realizar um melhor planejamento do projeto.
De maneira similar, quando se pensa no BIM 5D acrescenta-se parâmetros de custo aos
elementos do modelo. Assim, qualquer alteração realizada no projeto altera automaticamente o
seu orçamento.
Existe, ainda, a dimensão 6D. No BIM 6D, pensa-se sobre a análise energética da
edificação. Ou seja, esta é a dimensão do BIM relacionada diretamente à sustentabilidade.
Utiliza-se os parâmetros relacionados aos elementos do modelo 3D para que se realizem
simulações energéticas, que podem ter o intuito de economizar energia e até de adquirir
certificados ambientais.
Por fim, existe o BIM 7D: essa dimensão está relacionada ao uso e manutenção da
edificação, até a sua demolição. Para essa dimensão, é feito o controle de garantia de
equipamentos, planos de manutenção, custos de operação, análise de como se dará a demolição,
etc.
Já existem pesquisadores falando sobre uma oitava dimensão do BIM, que estaria
relacionada à segurança da construção. Acredita-se que muitas outras dimensões ainda serão
estudadas, visto que o BIM possui essa característica de englobar todo tipo de informação ao
projeto. Cabe ao profissional entender a fundo a metodologia e todas as suas possibilidades,
além de dominar as ferramentas existentes no mercado, para que consiga fazer pleno uso das
informações disponíveis.
BIM E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Os edifícios representam uma grande parcela do consumo mundial de energia. Além
disso, os materiais construtivos geram seus próprios impactos ambientais, desde a sua extração
até o fim de vida, afetando, também, o desempenho térmico e acústico do edifício. Ao entender
que a metodologia BIM atrela todo tipo de informação a um modelo digital, inclusive dados
ambientais e energéticos, é fácil perceber que essa metodologia deva ser utilizada em favor da
eficiência energética no setor da construção civil.
29
Qualquer modelo informatizado em três dimensões de um edifício será apenas uma
aproximação da realidade. É responsabilidade do profissional se esforçar para tornar o modelo
o mais útil e o mais próximo da realidade possível. A partir do momento que o profissional
inclui, no modelo, informações sobre as propriedades físicas dos materiais, além de inserir
dados sobre características ambientais da região, torna-se possível realizar simulações
energéticas de maneira fácil e precisa.
O BIM, então, permite que seus usuários analisem o desempenho de seus edifícios e que
testem mudanças no projeto de maneira pouco dispendiosa, ainda na fase de concepção da
edificação. É importante que engenheiros e arquitetos realizem essa análise para criarem
edifícios que utilizem a energia de maneira mais eficiente. E são diversos os tipos de análises
que podem ser feitos em um software BIM: análises climáticas, simulações acerca da utilização
da iluminação natural, testes sobre a radiação solar, sombras e ventilação, análises sobre os
impactos ambientais gerados ao longo do ciclo de vida do edifício, dentre outras possibilidades.
30
4 AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV)
DEFINIÇÕES
A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é uma técnica de avaliação e quantificação de
possíveis impactos ambientais ao longo do ciclo de vida de um produto ou processo. Segundo
a ISO 14040, ACV é a "compilação de avaliação das entradas, saídas e dos impactos ambientais
potenciais de um sistema de produto ao longo do seu ciclo de vida" (ABNT, 2001). As
informações geradas podem ser utilizadas para melhorar processos, dar suporte a políticas
públicas e podem servir de base para a tomada de decisão. Quando se aplica a Avaliação do
Ciclo de Vida em uma perspectiva de edifícios, a metodologia visa avaliar os aspectos
ambientais dos materiais de construção e das técnicas construtivas nas diferentes fases do ciclo
de vida do projeto.
Segundo o documento publicado pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados
Unidos sobre os princípios da ACV, essa metodologia diz respeito a uma abordagem “do berço
ao túmulo” (CURRAN, 2006). Isso porque a análise pode ser feita desde a retirada da matéria-
prima da natureza para a criação de novos produtos até a disposição final desses produtos,
quando todos os materiais voltam para a natureza. Essa expressão é fortemente disseminada
pelos profissionais da área, sendo comumente utilizada em inglês como “cradle to grave”.
Porém, a metodologia permite que o profissional que a utilize demarque as fronteiras do estudo
de forma parcial: do berço ao portão (cradle to gate), de portão a portão (gate to gate), do portão
ao túmulo (gate to grave) (LIMA, 2007).
• Variantes
Torna-se válido entender profundamente todas as variantes de demarcação das
fronteiras de um estudo de ACV, pois é fundamental que o profissional conheça muito bem o
sistema a ser analisado.
a) Do berço ao túmulo (“cradle to grave”)
Uma Avaliação do Ciclo de Vida do berço ao túmulo é completa e abrange todas as
entradas e saídas em cada fase do ciclo de vida, desde a extração de recursos até a fase final de
eliminação.
31
b) Do berço ao portão de fábrica (“cradle to gate”)
Uma Avaliação do Ciclo de Vida do berço ao portão é uma realizada desde a extração
de recursos até o portão da fábrica. Ou seja, são consideradas todas as etapas do processo
existentes antes de o produto ser transportado para o seu consumidor. Logo, a fase de utilização
e de disposição final são omitidas no estudo.
c) Do berço ao berço (“cradle to cradle”)
Esse é um tipo específico de avaliação do berço ao túmulo. A diferença é que a
disposição no fim de vida para o produto se transforma em um processo de reciclagem.
d) Do portão ao portão (“gate to gate”)
A ACV do portão ao portão reflete uma análise parcial, observando-se apenas uma etapa
do processo de toda a cadeia produtiva.
e) Do portão ao túmulo (“gate to grave”)
A ACV do portão ao túmulo se inicia em uma etapa específica do processo da cadeia
produtiva, indo até a fase final de eliminação do produto.
O processo de ACV, então, é capaz de analisar todos os estágios de vida do produto,
pois considera que todas essas fases são interdependentes. Dessa forma, a metodologia permite
que um profissional tome melhores decisões após estudar todo o sistema, e não apenas um único
processo. Sem a ACV, pode-se selecionar um produto A ao invés do produto B pelo fato de o
primeiro gerar menos resíduos sólidos ao ambiente. No entanto, depois de executar uma ACV,
percebe-se que a opção A cria maiores impactos ambientais quando se analisa todas as fases do
ciclo de vida do produto, fazendo a análise “do berço ao túmulo” (pode-se perceber, por
exemplo, que o produto A gera mais emissões químicas que o produto B durante o processo de
fabricação). Portanto, o segundo produto, embora produza resíduos sólidos, pode ser visto como
causador de menos dano ao ambiente quando se analisa todo o ciclo de vida.
ETAPAS DA METODOLOGIA
De acordo com ISO 14040, o processo de ACV consiste em quatro etapas básicas:
Definição de Objetivo e Escopo, Inventário do Ciclo de Vida (ICV), Avaliação de Impacto do
Ciclo de Vida e Interpretações (ABNT, 2001).
32
Figura 5 – Estrutura da ACV e algumas aplicações práticas
Fonte: ABNT, 2001.
• Definição de Objetivo e Escopo
Nesta primeira etapa, é necessário que haja uma definição explicita do objetivo e do
escopo do estudo. Essa definição servirá para guiar o trabalho subsequente, pois fica claro qual
o contexto do estudo e para quem os resultados serão anunciados. O escopo, então, precisa ser
claramente definido e consistente com a aplicação e público pretendidos.
Nesta etapa, são definidos: a Unidade Funcional, mostrando exatamente o que está
sendo estudado; as Fronteiras do Sistema, evidenciando até onde serão feitas as análises; os
Pressupostos e as Limitações do estudo; e o Método e as categorias de impacto a serem
utilizados.
É preciso definir os requisitos e critérios de qualidade dos dados, para que esses sejam
alcançados nas etapas subsequentes. Além disso, devem ser definidos quais serão os critérios
de corte para decidir se uma entrada será incluída ou não na análise. Diversos critérios podem
ser utilizados, como a significância ambiental para aquele caso ou a massa de cada componente,
por exemplo. O importante é que todas as decisões sejam devidamente documentadas.
• Inventário do Ciclo de Vida (ICV)
Esta é a etapa mais desafiadora da ACV devido à dificuldade de coletar dados confiáveis
e relevantes. Nesta fase, é feita a coleta de dados de entrada e saída associados ao sistema a ser
33
estudado e o seu devido tratamento. Com isso, faz-se um inventário de fluxos de material ou
energia que são retirados do meio ambiente para serem utilizados no sistema de produto.
Os fluxos apresentados no inventário incluem entradas de energia, água e matéria prima,
e saídas em forma de resíduos sólidos, líquidos ou gasosos. Essas informações permitem
aprimorar cada vez mais o desempenho ambiental do produto ou serviço analisado. Todos os
dados levantados nessa fase, portanto, devem estar relacionados com a unidade funcional
definida anteriormente. E algumas interpretações já podem começar a ser realizadas nesta fase.
• Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida
Após a análise do inventário, é realizada a avaliação dos impactos. Nessa etapa, as
quantidades de materiais, o consumo de energia e as emissões resultantes são agrupadas,
utilizando-se os indicadores de sustentabilidade. Esta fase da ACV tem por objetivo avaliar a
significância dos potenciais impactos ambientais com base nos resultados do fluxo do ICV.
Essa etapa é realizada iniciando-se pela seleção de categorias de impacto e modelos de
caracterização. Depois, é realizada a fase de classificação, na qual os parâmetros levantados no
inventário são classificados e atribuídos a categorias de impacto específicos. Por fim, realiza-
se a mensuração do impacto, fornecendo um resultado total da categoria.
Podem, ainda, ser realizados outros passos opcionais, como a normalização, o
agrupamento e a ponderação dos impactos, dependendo do objetivo e do escopo do trabalho.
• Interpretação
O passo final permite a identificação e a avaliação dos resultados obtidos nas etapas
anteriores. Trata-se de uma técnica sistemática para identificar, quantificar, checar e avaliar a
informação dos resultados da Análise de inventário e da Avaliação de impacto. Nesta etapa,
deve-se gerar uma documentação que exponha um conjunto de conclusões e recomendações do
estudo.
Uma das principais finalidades dessa etapa é determinar o nível de confiança dos
resultados obtidos. Não é um processo simples, não se tratando apenas da escolha de um
produto em detrimento de outro. A interpretação dos resultados de uma ACV visa assegurar
que os resultados cumpriram o objetivo do estudo, além de apresentar conclusões e
recomendações baseadas em um entendimento claro de como cada resultado foi desenvolvido.
34
HISTÓRICO
A Avaliação do Ciclo de Vida começou a surgir na década de 1960. Algumas
publicações sobre a demanda da população por matérias-primas finitas e recursos energéticos
começaram a surgir nessa época. Além disso, o esgotamento rápido de combustíveis fósseis e
as mudanças climatológicas resultantes do excesso de resíduos estimularam a elaboração de
cálculos mais detalhados sobre o uso da energia.
Em 1969, pesquisadores iniciaram um estudo interno para a Coca-Cola que pode ser
considerado como uma base para os métodos atuais de análise do inventário do ciclo de vida.
A empresa desejava comparar o consumo de recursos associados à embalagem dos refrigerantes
para entender qual tipo de embalagem era melhor, sob a ótica ambiental. Depois disso, outras
empresas nos Estados Unidos e na Europa realizaram estudos similares. Utilizava-se
documentos governamentais ou documentos técnicos que fossem disponíveis publicamente
como base de dados.
Nos anos 2000, muitas normas vieram consolidar a importância da metodologia, além
de serem desenvolvidas novas ferramentas e bancos de dados. Em 2002, o Programa das Nações
Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) e a Sociedade de Toxicologia e Química Ambiental
(SETAC) criaram uma parceria internacional conhecida como “Life Cycle Iniciative”. Essa
parceria público-privada une os conhecimentos de usuários e de especialistas sobre a
metodologia ACV, a fim de atingir os objetivos globais de forma mais rápida e eficiente.
Atualmente, já existe um grande esforço para relacionar dados e coeficientes técnicos
em escala internacional, visto uma crescente integração produtiva na escala global. A joint-
venture suíça Ecoinvent3, por exemplo, investiu duzentos mil euros para a transformação de
bases de dados europeias em uma realidade mais correlata com climas tropicais, além de estar
realizando a cessão desses dados ao Brasil (COELHO, 2016).
3 O Ecoinvent é uma joint-venture suíça (ou empreendimento conjunto, em português) responsável pela criação de
milhares de conjuntos de dados de inventário de ciclo de vida. Essa ampla biblioteca de inventários apresenta
valores de cargas ambientais (entradas e saídas de materiais, substâncias e energia) associadas ao ciclo de vida de
um grande número de produtos, processos, sistemas de energia, de transporte, de disposição de resíduos, dentre
outros. A primeira versão foi desenvolvida em 2003 pelo Instituto Federal Suíço para Pesquisa e Testes de
Materiais, em parceria com diversos institutos governamentais suíços. A segunda versão foi lançada em 2007, já
pelo Ecoinvent Centre, estabelecendo-se como a maior biblioteca de inventários do ciclo de vida do mundo, com
mais de 2700 inventários. Em 2013 foi lançado o Ecoinvent 3, contendo quase 10 mil inventários diferentes.
35
5 DESENVOLVIMENTO DO MODELO EXPOSITIVO
Este capítulo irá descrever o desenvolvimento de um modelo expositivo, simulando o
uso de ferramentas BIM integradas à metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) e ao
conceito de Eficiência Energética. O objetivo da simulação é demonstrar a aplicabilidade dos
conceitos desenvolvidos nos capítulos anteriores, assim como a integração entre esses.
DESCRIÇÃO DO EMPREENDIMENTO
Para definir o projeto arquitetônico a ser utilizado como estudo de caso neste trabalho,
optou-se por se basear nas diretrizes da ABNT NBR 12721:2006, que utiliza Projetos-padrão
para normatizar o cálculo do indicador de custos da construção. A norma define Projetos-padrão
como:
Projetos selecionados para representar os diferentes tipos de edificações, que
são usualmente objeto de incorporação para construção em condomínio e
conjunto de edificações, definidos por suas características principais: número
de pavimentos; número de dependências por unidade; áreas equivalentes à
área de custo padrão privativas das unidades autônomas; padrão de
acabamento da construção e número total de unidades (ABNT, 2006).
Com o objetivo de explicar e ilustrar a norma, o Sindicato da Indústria da Construção
Civil do Estado de Minas Gerais (SINDUSCON-MG) criou uma cartilha chamada “Custo
Unitário Básico (CUB/m²): principais aspectos”, onde são apresentadas as plantas baixas e
plantas de corte representativas dos diversos projetos-padrão que compõem a ABNT NBR
12721:2006. No presente trabalho, então, foram utilizadas essas plantas como base para a
criação da modelagem 3D do edifício no software Autodesk Revit 2017 ®.
Os projetos-padrão são caracterizados, na Norma, quanto ao tipo de acabamento,
podendo ter um padrão baixo, normal ou alto. Assim, são apresentadas as especificações dos
acabamentos nos orçamentos de projetos residenciais, comerciais, de galpão industrial e de
residência popular. Foi escolhido o projeto-padrão de prédio residencial com padrão baixo de
acabamento para ser utilizado no presente trabalho.
O prédio é composto por 10 níveis, sendo um pavimento térreo, 8 pavimentos-tipo e o
telhado. Isso totaliza uma área construída de 1558 m², englobando 36 apartamentos residenciais.
36
Cada apartamento é composto por dois quartos, sala de estar, cozinha, banheiro e área de
serviço, como visto na Figura a seguir.
Figura 6 - Planta baixa do pavimento tipo
Fonte: Elaborado pela Autora.
Para a criação do modelo virtual do edifício, utilizou-se uma lista de materiais baseada
na cartilha do SINDUSCON-MG. Para isso, foram criadas famílias específicas no software
Autodesk Revit 2017®. As famílias são conjuntos de objetos paramétricos organizados por
categorias específicas: portas, paredes, escadas, maçanetas, dutos, etc. Todos os elementos
utilizados no Revit® são ou estão inseridos em uma família.
As características principais utilizadas no projeto estão dispostas na Tabela a seguir.
Tabela 1 - Características do projeto-padrão
Portas externas e internas sociais Madeira maciça lisa com batente e
guarnição também de madeira.
Janelas
Janela deslizante 1.20 m x 1.20 m, com
trilho de chapa metálica para pintura, com
vidro liso de 4 mm.
Pisos Placa cerâmica esmaltada 30 cm x 30 cm.
Revestimento interno de tetos Chapisco e massa única.
Lajes Laje de concreto armado
Paredes externas Blocos cerâmicos 9 cm x 19 cm x 19 cm.
Fonte: Elaborado pela Autora.
37
Figura 7 - Modelo digital do edifício criado no Autodesk Revit 2017®
Fonte: Elaborado pela Autora.
Foram lançados os elementos estruturais no projeto, não ocorrendo, no entanto, o
enfoque no dimensionamento da estrutura de concreto armado. Apesar disto, as dimensões
consideradas buscaram a razoabilidade de acordo com a tipologia e o objetivo do
empreendimento.
INTEGRAÇÃO DAS TECNOLOGIAS E CONCEITOS
De acordo com muitos pesquisadores, uma das soluções para avaliar os impactos
ambientais no setor de construção é incorporar ferramentas BIM e a metodologia ACV. Desde
a criação do modelo expositivo no software Revit®, já fica evidente o grande potencial da
metodologia BIM de transformar os projetos de construção em mais sustentáveis. Ao criar
novas famílias no Revit®, o programa permite que sejam inseridos diversos tipos de dados
sobre os materiais construtivos a serem utilizados, o que é primordial para que sejam realizadas
simulações energéticas posteriormente.
38
Figura 8 - Janela de edição de uma família de parede no Autodesk Revit®
Fonte: print screen da aplicação no programa Autodesk Revit 2017®.
Para todos os materiais, a análise de energia se baseia nas propriedades térmicas
inseridas no modelo. São utilizadas as seguintes propriedades: espessura, condutividade
térmica, calor específico e densidade de cada material.
A tecnologia BIM gera a oportunidade de se realizar análises de desempenho ambiental
e de se alcançar padrões de desenvolvimento sustentável no setor da construção (WONG,
2015). Além disso, a possibilidade de gerenciar facilmente todas as informações acerca dos
materiais permite uma melhor compreensão sobre quais deles afetam consideravelmente o meio
ambiente. Dessa forma, a utilização do BIM pode ajudar a reduzir o consumo de energia e
recursos (WONG, 2015).
Com o modelo 3D criado, iniciou-se o processo de integração das metodologias BIM e
ACV e do conceito de eficiência energética, a fim de beneficiar o processo de tomada de decisão
do projeto. O fato de se pensar nessa integração numa fase inicial ainda de concepção do projeto
de construção traz grandes vantagens no sentido de existir maior liberdade para mudanças
(BASBAGILL, 2013).
O BIM facilita demasiadamente a avaliação do consumo de energia durante todo o ciclo
de vida do edifício (HÄKKINEN, 2008). Com todas as informações centralizadas no modelo
digital, fica fácil testar e analisar muitos fatores, tais como seleção de materiais, orientação do
edifício no terreno, uso de diferentes sistemas de ventilação, etc. É importante ressaltar que o
profissional deve buscar a todo momento atestar a veracidade das informações utilizadas e saber
interpretar todos os resultados advindos das simulações.
39
A integração de todos esses conceitos e metodologias foi dividida em diferentes etapas,
sempre utilizando o modelo digital criado no Revit® como base. A seguir, serão apresentadas
cada uma dessas etapas de integração, explicando o seu desenvolvimento.
Todas as etapas começam com a definição do objetivo e escopo do trabalho. Esse é o
primeiro passo proposto pela ACV e precisa ser feito com cautela, pois irá delimitar todo o
resto do estudo. A definição de escopo engloba o entendimento dos objetivos do estudo, os
resultados esperados e a descrição sumária do trabalho a ser realizado. Logo, ao utilizar a
Análise do Ciclo de Vida, os produtos e serviços a serem avaliados devem ser definidos
adequadamente desde o início, além de se levantarem as informações técnicas necessárias para
a análise de forma detalhada.
5.2.1 Cálculo do Consumo e do Custo Anual de Energia do Edifício
O objetivo desta primeira etapa do estudo é demonstrar como os projetistas, engenheiros
e arquitetos podem usar a metodologia BIM para reduzir a energia utilizada durante toda a
operação do edifício, podendo alcançar o conceito de edifícios com balanço energético nulo ou
quase nulo. Foi calculado, então, o consumo energético anual do edifício utilizado como estudo
de caso. E, consequentemente, foi possível obter o custo anual de energia, baseando-se numa
tarifa de referência.
Para o cálculo do consumo anual de energia, é preciso especificar algumas
características da edificação. Além de possuir a modelagem 3D completa do prédio, com a
definição da sua forma e dos materiais construtivos utilizados, é necessário definir o tipo de
edificação a qual se destina o projeto, a localização geográfica, o clima da região e outras
informações que são utilizadas para realizar a simulação energética. Uma análise de energia
completa depende da inter-relação de todos esses fatores.
A geometria de um edifício é um dos principais fatores que influenciam o consumo de
energia, o que engloba a sua forma, as suas dimensões, sua orientação em relação ao terreno e
o sombreamento existente. Para utilizar essas informações em uma análise feita com o Autodesk
Revit®, é preciso definir um "Modelo Analítico de Energia", no qual são representados espaços
discretos, cada um representando as principais fontes e caminhos da troca de calor dentro do
próprio prédio e através do prédio para o ambiente externo.
40
Figura 9 – Exemplo de divisão de um edifício em espaços discretos de troca de calor
Fonte: print screen da aplicação no programa Autodesk Revit®. Projeto elaborado pela Autora.
Esse modelo de energia pode ser exibido no próprio Revit® ou exportado para outros
aplicativos para que se façam análises adicionais. Existem três softwares já consolidados no
mercado para realizar análise de sustentabilidade baseados em BIM: Autodesk Ecotect ®,
Autodesk Green Building Studio (GBS) ® e IES Virtual Environment ® (AZHAR, 2009).
Escolheu-se o Autodesk Green Building Studio (GBS) ® para realizar as primeiras
análises de energia do presente trabalho. O GBS é um serviço na nuvem capaz de realizar e
armazenar simulações de um projeto BIM. Ele pode ser utilizado com o intuito de otimizar a
eficiência energética da construção e, também, de trabalhar em direção à neutralidade de
carbono durante o processo de concepção do projeto. Além disso, o GBS possui a vantagem de
realizar diversas simulações de desempenho em um período de tempo muito curto, quando
comparado com outros métodos de análise.
Foi adotada uma metodologia para essa etapa do trabalho, sendo dividida em três passos
da seguinte forma:
1. Inserção dos dados no modelo digital já existente no Autodesk Revit®,
necessários para a realização de simulações;
2. Criação do Modelo Analítico de Energia com posterior exportação para o
Autodesk Green Building Studio ®;
41
3. Realização da simulação energética com o intuito de calcular o consumo e o
custo anual de energia no edifício.
Uma breve descrição do trabalho realizado em cada etapa, além da exposição de seus
resultados, é apresentada a seguir. Também serão apresentados os dados utilizados como
insumos para as simulações energéticas.
Primeiramente, foram inseridos os seguintes dados no modelo digital:
Tabela 2 - Dados de projeto utilizados no modelo digital do edifício
Dados Iniciais Definição
Tipo de Edificação Residencial Multifamiliar
Localização
Geográfica Recreio dos Bandeirantes, RJ, Brasil
Tempo de ocupação do
edifício 24/7 (24h, 7 dias na semana)
Sistema de
Refrigeração
Condicionador de ar 17-SEER com 2
estágios de refrigeração e um ventilador
Fonte: elaborado pela Autora.
A posição exata do edifício foi definida com o auxílio de um serviço de mapeamento da
Internet e está representada na figura a seguir.
Figura 10 - Localização geográfica do projeto
Fonte: print screen da aplicação no programa Autodesk Revit 2017®.
O pino vermelho com a ilustração de uma casa no mapa indica a localização geográfica
escolhida. Além disso, ao se conectar a uma conta de usuário da Autodesk, o Revit®
disponibiliza informações acerca das 8 estações climáticas mais próximas da localização
especificada. Essas estações são apontadas no mapa por pinos com a ilustração de um sol e uma
42
nuvem. O pino deste tipo grifado na cor laranja indica a estação climática escolhida para ser
usada como referência na análise.
Para realizar simulações meteorológicas e obter dados precisos, uma área de análise de
várias centenas de quilômetros quadrados é dividida em uma grade de 10 quilômetros
quadrados. A simulação é executada dentro de cada uma das áreas, localizando uma estação
meteorológica virtual no centro de cada quadrado da grade.
Os dados das estações climáticas utilizados pela Autodesk são baseados no manual de
2007 da ASHRAE4 e provêm de simulações de anos específicos. Como resultado, quaisquer
anomalias ocorridas naquele ano são refletidas nos dados tabelados. Mas, para o intuito do
presente trabalho que é a análise da integração das diferentes metodologias apresentadas, esses
dados se mostraram suficientes.
Figura 11 – Pluviômetro da estação meteorológica do Recreio dos Bandeirantes
Fonte: Página na Internet do Weather Underground.
Nesta análise, foram utilizados os dados da estação meteorológica do Recreio dos
Bandeirantes, advindos das simulações realizadas no ano de 2006. Esses dados já são
disponibilizados pela Autodesk para a realização direta de simulações energéticas. Decidiu-se,
então, comparar esses dados com aqueles apresentados pela estação meteorológica no último
4 ASHRAE é a sigla para American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Trata-se
de uma organização que se preocupa em investigar, publicar e estabelecer normas referentes à indústria de
aquecimento, refrigeração e ar-condicionado. A ASHRAE é credenciada pela ANSI (American National Standards
Institute), instituto americano responsável por validar sistemas de normas e reforçar a economia e a
sustentabilidade nos Estados Unidos. O ASHRAE Handbook é a principal publicação da organização. Este Manual
é considerado como o repositório prático de conhecimento sobre os vários tópicos que formam o campo de
aquecimento, ventilação, ar condicionado e refrigeração. O Manual é dividido em quatro volumes, um dos quais é
revisado a cada ano, garantindo que nenhum volume fique mais de quatro anos sem atualizações.
43
ano. O intuito dessa comparação era atestar a veracidade dos dados e avaliar se os resultados
obtidos pelas simulações energéticas feitas com o Autodesk Revit® ainda estavam compatíveis
com a realidade climática atual. Obteve-se a seguinte tabela baseada nas informações entre
01/01/2017 e 01/01/2018:
Tabela 3 - Valores de temperaturas medidos na estação do Recreio dos Bandeirantes
Temperaturas medidas entre 2017 e 2018
Máx. Média Mín.
Temperatura
Máxima 38 °C 29 °C 19 °C
Temperatura
Média 31 °C 24 °C 17 °C
Temperatura
Mínima 27 °C 20 °C 12 °C
Fonte: Página na Internet do Weather Underground5.
Como as temperaturas médias, máxima e mínima, utilizadas pelo software Autodesk
Revit® foram, respectivamente, 33ºC e 15ºC, considerou-se que a diferença de 2ºC para mais
e para menos seria aceitável nesse estudo.
Outra informação inserida no modelo virtual é o tipo de construção. Ao definir que se
tratava de um edifício residencial multifamiliar, foram feitas algumas suposições e, assim,
definidos alguns parâmetros que, posteriormente, foram usados pelo software nos cálculos de
consumo de energia. Todos os parâmetros citados a seguir são baseados em padrões ASHRAE.
Pelo tipo de edificação escolhida, definiu-se que existiriam 2,7 ocupantes a cada 100m²
de área construída. Além disso, sabe-se que todo ser humano emite calor latente e calor sensível,
que variam caso o indivíduo esteja em repouso ou em atividade. A ABNT NBR 16401-1, em
seu anexo C, adaptou a tabela apresentada em “ASHRAE Fundamentals Handbook” sobre as
taxas típicas de calor liberadas por pessoas (ABNT, 2008). Baseando-se nesses valores,
tabelados em função da temperatura e da atividade humana, foram definidos os valores a serem
utilizados no presente trabalho.
5 Disponível em: <http:// www.wunderground.com>. Acesso em fev.2018.
44
Tabela 4 - Taxas típicas de calor liberadas por pessoas
Fonte: ABNT NBR 16401-1, anexo C.
Também foram especificadas as densidades de carga por área construída, devido à
iluminação e aos equipamentos. Por fim, foi definido o Fluxo de Infiltração do Ar (em inglês,
Air Changes per Hour – ACH) do edifício. ACH é uma medida do volume de ar que entra ou
sai do prédio, dividido por seu volume (ASHRAE, 2013). Essa taxa é calculada
automaticamente pelo Revit®.
Todos esses parâmetros, com seus respectivos valores, são apresentados na Tabela 5
disposta a seguir.
45
Tabela 5 - Parâmetros utilizados nos cálculos de energia
Parâmetro Valor
Número de pessoas N a cada 100 metros quadrados (N/100m²) 2,7
Calor sensível devido às pessoas (watt/pessoa) 73,3
Calor latente devido às pessoas (watt/pessoa) 58,6
Densidade de carga de iluminação (watt/m²) 6,5
Densidade de carga de equipamento (watt/m²) 5,4
Fluxo de Infiltração (ACH) 0,4
Fonte: Página na Internet do Autodesk Knowlodge Network6. Adaptado pela Autora.
O próximo passo da metodologia feita para essa etapa do trabalho é a criação do Modelo
Analítico de Energia. Com todas as configurações de energia definidas no projeto, é possível
criar facilmente esse modelo no Revit®. As simulações de energia dependem dos ambientes e
espaços definidos no modelo digital, além dos elementos construtivos que limitam os ambientes
de construção. Com o modelo gerado, é possível realizar a exportação para o Autodesk Green
Building Studio®, onde podem ser colocados outros tipos de informações adicionais
(AUTODESK, 2011).
Figura 12 - Modelo Analítico de Energia do Edifício
Fonte: print screen da aplicação no programa Autodesk Revit® 2017.
6 Disponível em: <https://knowledge.autodesk.com/pt-br/support/revit-products/learn-explore/>. Acesso em
jan.2018.
46
Após exportar esse modelo para o Green Building Studio®, foram executadas
simulações sobre o desempenho da construção. Essas simulações utilizam o mecanismo do
DOE2, um programa desenvolvido para o Departamento de Energia dos EUA pelo Lawrence
Berkeley National Laboratory7. O programa DOE2 é capaz de calcular o uso horário e o custo
de energia de um prédio comercial ou residencial, baseado nas informações sobre o clima, a
construção, as tarifas de serviços e o sistema de ventilação utilizado.
Considerando-se os valores padrão aplicados no GBS, sendo US $ 0,12/kWh para o
consumo de eletricidade e US $ 0,01/MJ para o consumo de energia combustível, obtêm-se os
seguintes valores:
Tabela 6 - Resultados encontrados na análise
Informação analisada Valor encontrado
Eletricidade (kWh) 3.177.726
Energia Combustível (MJ) 2.926.175
Custo de Energia Anual (US $) $ 188.812,00
Fonte: Simulação feita no Autodesk Green Building Studio®. Adaptado pela Autora.
Com essas informações, finaliza-se a metodologia proposta para essa etapa do estudo.
Nesse primeiro momento, desejava-se obter dados confiáveis para que servissem de insumo
para a realização de comparações e para o processo de tomada de decisão. Esses dados serão
utilizados como referência nas etapas do estudo que seguem.
5.2.2 Cálculo do consumo de energia para diferentes alternativas de materiais
O novo objetivo definido para a análise foi a comparação de diferentes materiais
construtivos, calculando o consumo e o custo anual de energia gerados por diferentes listas de
materiais. Dessa forma, foi utilizado como base o mesmo modelo 3D utilizado anteriormente,
que possuía uma lista de materiais baseada no que é proposto pelo SINDUSCON-MG. Depois,
foram propostas mudanças nos tipos e propriedades dos materiais, comparando diferentes listas
para que se encontrasse aquela que gerasse o menor consumo de energia, sendo, assim, mais
eficiente energeticamente.
7 O Berkeley Lab. possui equipes científicas multidisciplinares, trabalhando em conjunto para resolver problemas
globais em saúde humana, tecnologia, energia e meio ambiente. É uma instituição de sucesso no setor da pesquisa,
na educação científica e na transferência de tecnologia. O laboratório é administrado pela Universidade da
Califórnia, tendo um impacto sobre a economia nacional estimado em US $ 1,6 bilhão por ano.
47
Nessa etapa, desejava-se a priori apresentar a importância da análise da envoltória como
estratégia para a criação de projetos mais sustentáveis. A envoltória é definida como a pele do
edifício e é formada pelo conjunto de elementos construtivos que estão em contato com o meio
exterior, compondo os fechamentos dos ambientes internos. Para a definição da envoltória,
considera-se exclusivamente as partes construídas acima do solo, excluindo-se subsolos.
Entretanto, além dos materiais constituintes das fachadas e cobertura do edifício,
decidiu-se por analisar também algumas outras famílias de materiais, de maneira que fosse
alcançada a maior redução no consumo energético possível. Dessa forma, fizeram parte dessa
análise os materiais utilizados nas paredes externas, portas, janelas e lajes.
Como explicado no Capítulo 4, a avaliação do ciclo de vida depende de uma unidade
funcional como referência para que se avaliem os componentes dentro de um sistema. É
fundamental que este parâmetro seja claramente definido e, no caso deste estudo, a unidade
funcional é limitada pelo espaço útil do edifício analisado. Para uma comparação de diferentes
opções de materiais, a unidade funcional considerada foi o conjunto completo de sistemas de
construção que executam determinada função.
Além disso, cabe ressaltar que, nesta etapa, apenas a etapa de operação do edifício está
sendo considerada quando se pensa no ciclo de vida da edificação. Como foi explicado no
capítulo 4, a fronteira do sistema pode considerar uma análise “do berço ao túmulo”,
perpassando por todas as etapas do ciclo de vida do edifício, ou excluir uma ou mais etapas do
processo. Isso não invalida a metodologia, desde que tudo esteja muito claro e documentado ao
longo de todo o processo. Tem-se, então, nesta etapa do estudo, uma análise de portão a portão
(“gate to gate”).
• Avaliação dos Materiais Alternativos
Conforme já mencionado, o edifício foi modelado anteriormente usando a lista de
materiais de construção proposta pelo SINDUSCON-MG como base. Nesta etapa, são
propostas opções alternativas aos materiais já utilizados. As escolhas dos novos materiais foram
feitas baseando-se no que há disponível no mercado de construção.
Foram propostas duas mudanças alternativas para cada família analisada (paredes
externas, lajes, janelas e portas). O objetivo desta etapa, então, é examinar cada material de
construção alternativo individualmente dentro do projeto-padrão utilizado como referência,
para, assim, analisar as possíveis mudanças no consumo e no custo de energia anual. A seguir,
48
são apresentadas as alternativas de materiais, com seus respectivos resultados sobre o uso de
eletricidade, uso de energia combustível e o custo de energia anual do edifício.
a) Modificação realizada nas paredes externas
Para as paredes externas, componentes principais da envoltória do edifício, foi pensado
em aumentar a espessura em relação ao tipo de parede utilizado no projeto-padrão. Como
ilustrado na Figura 13, a eficiência energética foi examinada ao fazer a substituição das paredes
externas por paredes de bloco de concreto e por paredes duplas com uma cavidade no meio.
Figura 13 - Opções de materiais alternativos para as paredes externas
Fonte: print screen do programa Autodesk Revit 2017®. Adaptado pela Autora.
Ao gerar um novo Modelo Analítico de Energia para cada caso de substituição, no qual
todos os outros materiais construtivos permanecem os mesmos, e realizar novas simulações,
obteve-se o consumo de energia e seu respectivo custo anual para cada caso, como apresentado
na Tabela 7.
Tabela 7 - Resultados da análise para diferentes tipos de paredes externas
Modificação de Paredes
Parâmetros Blocos de concreto Parede Dupla com
cavidade
Eletricidade (kWh) 2.877.509 2.090.637
Combustível (MJ) 1.598.643 1.886.185
Custo $165.333,00 $124.011,00
Fonte: Simulação feita no Autodesk Green Building Studio®. Adaptado pela Autora.
É importante mencionar que todas as informações anteriormente citadas, desde os dados
referentes ao tipo de uso do edifício até os parâmetros utilizados nos cálculos de energia, foram
inseridas da mesma forma nos novos Modelos Analíticos de Energia. Logo, foi considerado
49
que a mudança no consumo energético entre o projeto-padrão e as novas alternativas de projeto
advém unicamente das paredes externas.
b) Modificação realizada nas lajes
Da mesma forma como foi realizado para as paredes, mudanças foram propostas para
os tipos de lajes do projeto. Testou-se a utilização de uma laje pré-moldada e, depois, utilizou-
se placas suspensas de concreto. As camadas constituintes desses tipos de laje são apresentadas
na Figura 14.
Figura 14 - Opções de materiais alternativos para as lajes
Fonte: print screen do programa Autodesk Revit 2017®. Adaptado pela Autora.
Novos dois Modelos Analíticos de Energia foram criados, obtendo-se o consumo de
energia e seu respectivo custo anual, como apresentado na Tabela 8.
Tabela 8 - Resultados da análise para diferentes tipos de laje
Modificação de Lajes
Parâmetros Laje pré-moldada de
concreto
Placas suspensas de
concreto
Eletricidade (kWh) 3.143.157 3.122.919
Combustível (MJ) 2.926.175 2.926.175
Custo $186.929,00 $185.826,00
Fonte: Simulação feita no Autodesk Green Building Studio®. Adaptado pela Autora.
Da mesma forma que no caso das paredes, foram utilizados os mesmos dados referentes
ao tipo de uso do edifício e os mesmos parâmetros energéticos.
50
c) Modificação realizada nas janelas
Para as janelas, optou-se por realizar diferentes tipos de adaptações: no primeiro caso,
foram utilizadas janelas de PVC, alterando o tipo de material utilizado anteriormente; depois,
adaptou-se a própria janela proposta pelo SINDUSCON-MG, apenas reduzindo as suas
dimensões. Os resultados das análises estão dispostos na Tabela 9.
Tabela 9 - Resultados da análise para diferentes tipos de janelas
Modificação de Janelas
Parâmetros Janela de PVC deslizante
1,20 x 1,20 m
Janela metálica
1,00 x 1,20m
Eletricidade (kWh) 3.035.130 2.906.541
Combustível (MJ) 2.926.175 2.926.175
Custo $181.043,00 $174.038,00
Fonte: Simulação feita no Autodesk Green Building Studio®. Adaptado pela Autora.
d) Modificação realizada nas portas
Por fim, foram propostas mudanças nos tipos de portas. Obteve-se resultados referentes
a portas de PVC e a portas de madeira com aço inoxidável, como apresentado na Tabela 11.
Tabela 10 - Resultados da análise para diferentes tipos de portas
Modificação de Portas
Parâmetros Porta de PVC Porta de madeira com aço
inoxidável
Eletricidade (kWh) 3.176.364 3.180.954
Combustível (MJ) 2.926.175 2.926.175
Custo $188.738,00 $188.988,00
Fonte: Simulação feita no Autodesk Green Building Studio®. Adaptado pela Autora.
• Comparação dos resultados obtidos
O próximo passo desta análise foi rever os resultados obtidos anteriormente e analisar
as implicações de cada opção alternativa de material no consumo anual de energia. O principal
objetivo é criar uma lista recomendada de materiais, dentre as opções testadas, e avaliar se o
consumo de energia ao longo do ciclo de vida da edificação sofreu diminuição em relação ao
projeto-padrão.
Dessa forma, encontrou-se uma lista recomendada de materiais a serem utilizados neste
edifício, escolhendo-se, para cada componente, a opção mais eficiente energeticamente. O
resultado dessa escolha está apresentado na Tabela 11.
51
Tabela 11 – Lista recomendada de materiais de construção
Componente Material recomendado
Paredes Externas Parede Dupla com cavidade
Lajes Placas suspensas de concreto
Janelas Janela metálica 1,00 x 1,20m
Portas Porta de PVC
Fonte: Elaborado pela Autora.
Como forma de comparação preliminar, foram dispostos, em um mesmo gráfico, os
valores de consumo e custo anual de energia referentes a essas opções de materiais escolhidos.
Cabe ressaltar que, em cada novo Modelo Analítico de Energia, apenas um componente
construtivo foi alterado em relação ao projeto-padrão. Assim, foi possível analisar as
benfeitorias advindas de cada componente separadamente.
Gráfico 1 - Análise do uso e do custo de energia em diferentes Modelos Analíticos do Edifício
Fonte: Elaborado pela Autora.
De acordo com o que foi exposto no Gráfico 1, a modificação das paredes externas,
aumentando sua espessura em relação ao projeto-padrão, representa a alteração mais
significativa em termos energéticos. Isso reforça a ideia de que a envoltória de uma edificação
tem grande potencial de interferir no seu consumo de energia.
52
Ao aumentar a espessura dessas paredes, utilizando uma parede dupla com cavidade, cria-
se um maior isolamento térmico para o edifício. A utilização estratégica de isolamento térmico
pode, portanto, ser uma forma relativamente barata de melhorar a eficiência energética. Esse
isolamento funciona como uma barreira para o fluxo de calor. E, no caso deste edifício que
possui ar-condicionado, o isolamento ajuda a manter o ar interior sempre fresco, reduzindo a
demanda por energia de resfriamento.
Para dar continuidade à análise, foi criado um novo modelo digital no Autodesk Revit®,
substituindo os componentes utilizados no projeto-padrão pela lista de materiais recomendados.
Com isso, obteve-se um novo Modelo Analítico de Energia, podendo ser exportado para a
realização de uma nova simulação energética.
Utilizando as mesmas premissas levantadas no início da análise, desde as características
gerais de utilização do prédio até os dados meteorológicos utilizados, foram encontrados os
seguintes resultados sobre o consumo e o custo de energia, dispostos na Tabela 12:
Tabela 12 - Resultados da análise para o modelo com a lista de materiais recomendados
Modelo com materiais mais recomendados
Parâmetros Valor encontrado
Eletricidade (kWh) 1.961.483
Combustível (MJ) 1.886.185
Custo $116.975,00
Fonte: Simulação feita no Autodesk Green Building Studio®. Adaptado pela Autora.
Ao comparar os valores encontrados para o novo modelo com aqueles representativos
do projeto-padrão, obteve-se um novo gráfico de colunas, onde fica muito visível a redução no
custo anual de energia. Esse gráfico é apresentado a seguir.
53
Gráfico 2 - Comparação do uso e do custo de energia entre o projeto-padrão e o modelo
recomendado
Fonte: Elaborado pela Autora.
É possível concluir, então, que as mudanças propostas nos componentes construtivos
foram benéficas no sentido de diminuir o balanço energético do edifício. Outros materiais
poderiam ser testados para que se buscasse uma redução ainda mais significativa no consumo
anual de energia. Mas o intuito de validação da metodologia foi alcançado.
5.2.3 Impactos Ambientais gerados pelos materiais construtivos
Nesta etapa do estudo, é dada atenção às categorias de impacto ambiental. O objetivo
principal é conseguir quantificar o impacto ambiental dos materiais de construção utilizados,
realizando análises comparativas das opções de modelo criadas anteriormente. A seguir, então,
serão apresentados resultados de uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) do edifício utilizado
como estudo de caso. O resultado pretendido é a escolha consciente da melhor lista de materiais
construtivos a ser utilizada, baseando-se no conceito de desenvolvimento sustentável.
Para esta etapa, foi utilizado o Autodesk Tally® como principal ferramenta
computacional. Tally® é o primeiro aplicativo baseado na metodologia ACV que permite o
cálculo dos impactos ambientais causados pelos materiais de construção diretamente de um
modelo feito no Revit®. Por essa facilidade e por atestar que esse aplicativo utiliza fontes de
54
dados seguras, foi decidido que todo o processo de ACV realizado no presente trabalho seria
feito por meio do Tally®.
Como já foi visto nos capítulos que antecederam essa análise, a metodologia BIM tem
o grande poder de fornecer uma lista de materiais detalhada, com a inserção de diversos tipos
de informações, o que é indispensável para realizar uma avaliação do ciclo de vida do edifício.
Porém, como também foi visto anteriormente, muitas vezes é necessário exportar o modelo
BIM para outra plataforma, na qual seja possível a inserção de dados mais minuciosos. Foi o
caso da utilização do Green Building Studio® como ferramenta para o cálculo do consumo
energético nas etapas anteriores.
O Tally® se mostra como uma opção muito prática para solucionar o problema de
integração entre as metodologias BIM e ACV. Isso porque esse aplicativo é acessado
diretamente pelo Revit®, permitindo uma definição mais refinada dos materiais construtivos
de forma extremamente fácil. O Tally® permite que o usuário atribua dados sobre o ciclo de
vida ao modelo digital no Revit®
Figura 15 – Menu do programa Autodesk Revit® com acesso direto ao Tally®
Fonte: print screen do programa Autodesk Revit 2017®. Adaptado pela Autora.
Ao entrar no navegador de projeto do Tally®, a lista de todos os elementos utilizados
no modelo Revit® já é apresentada. O trabalho do usuário é definir todas as atribuições de cada
material, criando uma relação com o elemento construtivo do modelo e o banco de dados
utilizado pelo Tally®. O aplicativo sinaliza os elementos com a cor verde, como pode ser visto
na Figura 16, no momento em que essa relação entre as informações se mostra suficiente. Em
muitos casos, materiais acessórios, como adesivos ou revestimentos, não são modelados no
Revit®, mas eles precisam ser contabilizados para que se realize uma ACV. O aplicativo Tally®
também permite que sejam adicionados esses elementos diretamente na análise, sem que haja
necessidade de modelar o elemento dentro do modelo 3D do edifício.
55
Figura 16 - Navegador de projeto de Tally®
Fonte: Página na Internet do Tally® 8.
O Tally® oferece uma série de avaliações do ciclo de vida pré-formatadas, sendo
possível gerar gráficos dos impactos ambientais divididos pelo estágio do ciclo de vida, pelos
materiais construtivos ou pelas categorias utilizadas no modelo Revit®. Também é possível
exportar todos os dados para o MS Excel®, a fim de gerar relatórios personalizados.
Para a análise realizada nesta etapa, não foi considerado estágio de construção da
edificação. Isso porque o enfoque desse estudo é a análise dos diferentes materiais construtivos
com o intuito de capacitar o processo de tomada de decisão no momento de escolha da lista de
materiais do projeto. Espera-se, nesse estudo, diminuir os impactos ambientais gerados em uma
edificação a partir da escolha mais consciente da lista de materiais, não focando nos métodos
construtivos utilizados ao longo do período de construção do prédio. O limite do sistema, com
suas fronteiras definidas de forma a excluir o estágio de construção da análise, é ilustrado na
Figura 17.
8 Disponível em: <https:// http://choosetally.com/tutorials/>. Acesso em jan.2018.
56
Figura 17 – Limite do sistema adotado no presente trabalho
Fonte: Elaborado pela Autora.
Outras premissas e restrições precisam ser levantadas e documentadas adequadamente,
para que se obtenha resultados válidos ao final da análise. Por isso, foram levantadas as
delimitações a serem consideradas nesse estudo de caso. Algumas dessas delimitações estão
ligadas ao fato de que a base de dados utilizada pelo Tally® é americana. Isso torna possível a
existência de resultados que não reflitam tão bem a realidade da construção civil brasileira.
Porém, decidiu-se por realizar o estudo dessa mesma forma, como muitos autores brasileiros
também o fazem.
Em uma pesquisa realizada pelo IPEA – Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada 9,
um consultor de ACV aponta que a cultura do ciclo de vida deve ser praticada mesmo que haja
ausência de dados nacionais. As simulações com softwares que usam dados importados são
didáticas, pois treinam profissionais para o entendimento das potencialidades da metodologia
ACV na gestão do processo produtivo (FILHO et al, 2016).
É justamente essa a ideia do presente trabalho: apesar de todas as dificuldades existentes
para a integração das metodologias, pretende-se ilustrar como é possível se beneficiar das
ferramentas e técnicas apresentadas, criando construções mais sustentáveis.
As delimitações a serem consideradas foram, então, dispostas na tabela a seguir.
9 IPEA é uma fundação pública vinculada ao Ministério do Planejamento, Desenvolvimento e Gestão. O Instituto
fornece suporte técnico e institucional às ações governamentais – possibilitando a formulação de inúmeras políticas
públicas e programas de desenvolvimento brasileiro – e disponibiliza, para a sociedade, pesquisas e estudos
realizados por seus técnicos.
57
Tabela 13 - Delimitações do estudo
Delimitações a serem consideradas no estudo
1. Tempo de vida útil do edifício: 60 anos
2. Infraestrutura necessária para a fabricação dos materiais e para a construção do
edifício, como maquinários, não está incluída na análise e é considerada fora do
escopo de avaliação.
3. Os materiais são incluídos na análise até um fator de corte de 1% em massa
4. Os dados utilizados representam os EUA no ano de 2013, por questões de maior
facilidade na obtenção da base de dados.
5. O tratamento dos materiais na fase de fim de vida é baseado na realidade dos
Estados Unidos, considerando os métodos e as taxas de tratamento de resíduos
de construção e demolição de lá.
6. As análises foram realizadas no Tally®, que utiliza bancos de dados GaBi.
7. A metodologia utilizada em todo o estudo foi consistente com aquilo que é
proposto pelas NBR ISO 14040 e 14044.
Fonte: Elaborado pela Autora.
• Categorias de Impactos Ambientais utilizadas
Na maioria dos métodos utilizados para avaliar os impactos do ciclo de vida, as emissões
e o consumo de recursos são atribuíveis a três áreas principais de proteção: qualidade do sistema
ecológico, saúde humana e recursos naturais. Essas áreas são precedidas de vários indicadores
de impacto, que expressam o impacto causado no meio ambiente. Esses indicadores podem ser
considerados midpoints ou endpoints.
Na abordagem midpoint, o processo de causa e efeito analisado inicia por uma atividade
específica que leva a emissões. Consequentemente, as mudanças primárias no ambiente
aparecem. Essas mudanças primárias geralmente ocorrem cedo na cadeia de causa-efeito e
muitas vezes são mudanças físico-químicas. Assim, a abordagem midpoint também é conhecida
como abordagem orientada a problemas.
Mais tarde, na cadeia causa-efeito, podem ocorrer mudanças biológicas capazes de
causar danos nos sistemas ecológicos, na saúde humana e nos recursos. Ter o enfoque nesses
tipos de danos faz parte da abordagem Endpoint. Essa abordagem também é conhecida como
abordagem orientada a danos (GERNUKS, 2007).
Por exemplo, ao se estudar os efeitos da mudança climática em uma região, são
observadas mudanças nas concentrações de gases na atmosfera ou alterações na radiação
infravermelha. Esses resultados contribuem para diferentes problemas ambientais, como o
aquecimento global ou o esgotamento da camada de ozônio. Isso é a abordagem Midpoint.
58
Porém, esse esgotamento da camada de ozônio pode causar danos à saúde humana, como o
aumento de câncer de pele. Abordar esses danos já seria uma análise Endpoint.
Ou seja, o método Midpoint usa indicadores situados ao longo do sistema, antes de
chegar ao ponto final da categoria. Enquanto isso, o método Endpoint considera todo o
mecanismo ambiental até o seu ponto final, sendo este ponto um atributo do ambiente natural,
da saúde humana ou dos recursos que represente uma questão ambiental merecedora de atenção.
Figura 18 – Diferença entre a abordagem Midpoint e Endpoint
Fonte: FINNVEDEN, 2009. Adaptado pela Autora.
A lista de categorias de impactos ambientais utilizada pelo Tally® segue a
caracterização do TRACI 2.1, um método Midpoint que considera as condições ambientais dos
Estados Unidos. A versão original do TRACI (Tool for the Reduction and Assessment of
Chemical and other environmental Impacts), lançada em agosto de 2002, é usada em inúmeras
aplicações de prestígio, incluindo a certificação LEED do Green Building Council. Além disso,
é utilizada em pesquisas ao redor de todo o mundo (BARE, 2012). Trata-se, portanto, de uma
importante ferramenta para a avaliação e redução de impactos.
59
TRACI é uma ferramenta de avaliação de impacto ambiental, que fornece fatores de
caracterização para a etapa de Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida, além de servir como
ferramenta para a ecologia industrial e como métrica de sustentabilidade. As categorias de
impacto dessa ferramenta são caracterizadas com base nos pressupostos feitos para os Estados
Unidos. Assim, a validade regional da metodologia é mais adequada para os EUA. No entanto,
certas categorias de impacto, como o esgotamento da camada de ozônio e o aquecimento global,
são consideradas categorias de impacto global (MENOUFI, 2011).
Os fatores de caracterização do TRACI, que são utilizados pelo Tally®, quantificam os
impactos potenciais em unidades equivalentes comuns. As categorias de impacto a serem
consideradas nesse estudo são apresentadas a seguir:
a) Potencial de acidificação (kg SO2 eq.): medida de capacidade da molécula para
aumentar a concentração de íon de hidrogênio (H+) na presença de água, diminuindo assim o
valor do pH. O seu efeito para as edificações é a deterioração dos materiais de construção.
b) Potencial de Eutrofização (kg N eq.): a eutrofização pode aumentar
significativamente a concentração de macronutrientes como o nitrogênio (N) e o fósforo (P).
Isso pode levar a produção elevada de biomassa nos ecossistemas.
c) Potencial de aquecimento global (kg CO₂ eq.): medida das emissões de gases
de efeito estufa, como o dióxido de carbono e o metano. Essas emissões têm impactos negativos
sobre o ecossistema, a saúde humana e o bem-estar da sociedade.
d) Potencial de depleção de ozônio (kg CFC-11 eq.): medida das emissões
atmosféricas que contribuem para o esgotamento da camada de ozônio estratosférico. O
esgotamento do ozônio aumenta os níveis de raios ultravioleta atingindo a superfície terrestre.
e) Potencial de Formação de fumaça (kg O3 eq.): medida do produto criado por
várias reações químicas, que ocorrem entre óxidos de nitrogênio (NOₓ) e compostos orgânicos
voláteis na luz solar. Os efeitos na saúde humana podem resultar em uma variedade de
problemas respiratórios, incluindo sintomas crescentes de bronquite, asma e enfisema. Além
disso, muitos impactos ecológicos podem ser gerados pela formação de fumaça (smog).
f) Demanda de energia primária (menor valor de aquecimento, em MJ):
medida da quantidade total de energia primária extraída da Terra. Esse valor é expresso em
demanda de energia de fontes não renováveis (petróleo, gás natural, etc.) e demanda de energia
a partir de recursos renováveis (energia hidrelétrica, energia eólica, solar, etc.).
60
• Análise do Inventário e Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida
A análise do Inventário é a fase da ACV que envolve a compilação e a quantificação de
entradas e saídas de um sistema de produto ao longo do seu ciclo de vida. Já a avaliação de
impacto é o momento no qual os dados do inventário são caracterizados (ABNT, 2009). Essas
duas etapas foram majoritariamente executadas no aplicativo Autodesk Tally®, com posterior
interpretação dos resultados por parte da Autora.
Após a inserção de todas as informações necessárias no Tally®, foram gerados gráficos
dos impactos ambientais divididos pelos estágios de ciclo de vida e pelos tipos de materiais.
Essas análises foram feitas para dois modelos digitais diferentes: o modelo utilizado como
projeto-padrão, baseado nos materiais listados pelo SINDUSCON-MG, e o modelo criado a
partir da lista mais recomendada de materiais construtivos, dentre aqueles que foram testados
anteriormente.
Na primeira análise dos dois modelos, baseada nos diferentes estágios do ciclo de vida
exceto a fase de construção, os resultados foram aqueles expostos nas Figuras 19 e 20 10.
Figura 19 - Impactos ambientais divididos nos estágios do ciclo de vida e baseados no projeto-
padrão
Fonte: Autodesk Tally®. Projeto realizado pela Autora.
10 Nas figuras 19 e 20, observam-se os impactos ambientais divididos por categorias e pelos estágios do ciclo de
vida da edificação. A cor laranja representa o estágio de fabricação dos materiais construtivos; a cor azul representa
o estágio de transporte desses materiais; a cor verde-escuro representa a etapa de manutenção; a cor verde-claro
representa o fim-de-vida do edifício; e a cor cinza representa a etapa de uso e operação da edificação.
61
Figura 20 - Impactos ambientais divididos nos estágios do ciclo de vida e baseados nos materiais
construtivos recomendados
Fonte: Autodesk Tally®. Projeto realizado pela Autora.
O primeiro resultado interessante a ser explorado nesses gráficos é a quantidade
negativa de impacto gerado na fase de fim-de-vida da edificação. Como foi exposto
inicialmente, toda a base de dados utilizada nesta análise reflete a realidade dos Estados Unidos.
Esses dados refletem, então, a média dos métodos e das taxas de tratamento de resíduos de
construção e demolição dos EUA, que não são iguais à realidade brasileira. Os métodos
americanos estão divididos principalmente em reciclagem, incineração e aterros.
Além disso, a abordagem utilizada pelo Tally® para o processamento dos dados é a de
“fardo evitado”. Essa abordagem, também chamada de carga evitada, é muito utilizada na
Avaliação do Ciclo de Vida do berço ao berço (cradle to cradle), devido à presença de
reciclagem ou reutilização de materiais no processo. Ao determinar o impacto ambiental total
de um produto sob essa abordagem, é atribuído um "crédito" para o material com potencial de
ser reciclado. Este crédito é denominado como uma carga evitada porque se refere ao impacto
da produção de material virgem que é evitado pelo uso do material reciclado (NICHOLSON,
2010).
Isso explica a quantidade negativa de impacto gerado na fase de fim-de-vida da
edificação em todas as categorias apresentadas no gráfico, representada pela cor verde-claro.
Além disso, nos gráficos de setores, também expostos nas Figuras 19 e 20, não aparecem
contribuições na Demanda de Energia Primária durante a fase de fim-de-vida do prédio.
62
Não se obteve, no entanto, uma mudança muito significativa com a alteração da listagem
de materiais construtivos. Ambos os gráficos apresentam resultados similares, com baixas
variações em alguns estágios do ciclo de vida da construção.
Realizou-se, então, uma análise comparativa entre os dois modelos, mas, dessa vez,
dividindo os impactos gerados pelos grupos de componentes construtivos. Os resultados estão
expostos nas Figuras 21 e 22.
Figura 21 - Impactos ambientais divididos nos componentes construtivos e baseados no projeto-
padrão
Fonte: Autodesk Tally®. Projeto realizado pela Autora.
Figura 22 - Impactos ambientais divididos nos componentes construtivos e baseados nos
materiais construtivos recomendados
Fonte: Autodesk Tally®. Projeto realizado pela Autora.
63
Novamente, não se obteve muita diferença entre os impactos gerados pelos dois modelos
digitais. Entretanto, vale destacar a enorme contribuição das janelas, representadas pela cor azul
nos gráficos, para o aumento dos impactos ambientais gerados nesse caso.
Os materiais construtivos utilizados nas paredes, representados pela cor laranja nos
gráficos, foram responsáveis pela geração de uma quantidade significativamente menor de
impactos ambientais, mesmo correspondendo a cerca de 50% da massa total dos materiais.
5.2.4 Análise Solar do Edifício
A grande disponibilidade de luz natural no Brasil, país de clima tropical, deve ser
utilizada de maneira criteriosa. Deve-se aproveitar ao máximo a luz do dia como forma de
iluminação de um edifício, desde que seja bloqueado o calor gerado pela luz solar direta. Caso
contrário, a criação de um projeto sustentável pode virar motivo para problemas de conforto
térmico aos ocupantes do edifício.
A utilização da luz natural de maneira bem-sucedida pode estar relacionada com muitas
definições arquitetônicas de projeto, como a relação entre a altura da janela e a profundidade
do cômodo analisado, por exemplo (MEEK et al, 2014). Ao longo da última década, muitas
métricas foram criadas e utilizadas para medir a iluminação natural. Mas algumas se mostraram
ineficientes durante esse processo. Por exemplo: as medidas pontuais, analisando a iluminação
em um dia e horário específicos, podem ser úteis para a compreensão dos melhores ou piores
cenários, mas não refletem de maneira fidedigna a situação geral do edifício.
Nos últimos anos, com o advento de novas ferramentas computacionais, passou a ser
possível analisar diversas propostas para o uso da luz natural de maneira fácil, baseando-se em
métricas dinâmicas de iluminação. Isso significa que essas métricas levam em consideração os
dados meteorológicos reais, baseados na localização geográfica escolhida para o projeto, além
de representarem o desempenho do edifício ao longo de todo o ano.
Desde 2013, já existe um guia de testes e cálculos para o uso da luz solar em projetos,
baseado em análises e evidências no setor da iluminação. Esse guia chama-se Light
Measurement 83 (LM-83). O LM-83 foi publicado pela Illuminating Engineering Society (IES)
e é a primeira métrica de desempenho diurna anual baseada em testes. Esse guia apresenta duas
métricas que são muito úteis para uma melhor compreensão da disponibilidade da luz natural e
sua qualidade, bem como o potencial de brilho e superaquecimento (HESCHONG, 2012).
64
O Spatial Daylight Autonomy (sDA), que, em tradução livre, significa autonomia
espacial da luz natural, é a primeira métrica apresentada no guia. Ela descreve a quantidade de
espaço que recebe luz diurna suficiente. Especificamente, descreve a porcentagem da área do
piso que recebe, no mínimo, 300 lux por, pelo menos, 50% das horas ocupadas anuais. Lux é
uma unidade de medida de iluminância, grandeza que indica o fluxo luminoso recebido por
uma superfície concreta. O fluxo luminoso, por sua vez, representa toda a parcela da radiação
emitida por uma fonte de luz, em todas as direções, que é percebida pelo olho humano.
Enquanto isso, o Annual Sunlight Exposure (ASE), que, em tradução livre, significa
exposição anual da luz solar, aponta a possibilidade de excesso de luz solar no ambiente. Essa
métrica descreve a quantidade de espaço que recebe muita luz solar direta, o que pode causar
desconforto visual ou aumentar a necessidade de energia utilizada para o resfriamento. De
forma quantitativa, o ASE mede a porcentagem da área do piso que recebe pelo menos 1000
lux por, pelo menos, 250 horas ocupadas por ano.
O objetivo do profissional ao conceber um projeto, então, deve ser o de maximizar o
sDA, mantendo ASE sob controle. Já existe um aplicativo para o Autodesk Revit voltado para
esse tipo de análise. Trata-se do plug-in LEED v4, que adota as métricas sDA e ASE para
auxiliar os profissionais a entenderem a disponibilidade e a qualidade da luz diurna nos seus
projetos de construção.
Como última proposta para o estudo de caso do presente estudo, utilizou-se o modelo
digital criado no início do Capítulo 5 para testar o aplicativo LEED v4 e utilizar os resultados
encontrados para alcançar uma maior eficiência energética no projeto.
A metodologia criada para essa etapa final do estudo de caso foi dividida em quatro
partes, como segue:
1. Definir o intervalo de tempo a ser analisado no projeto;
2. Rotacionar o edifício em relação ao terreno;
3. Calcular, para cada caso, o percentual representativo de sDA e ASE;
4. Escolher a melhor posição do edifício em termos de iluminação natural.
O intervalo de tempo analisado foi definido como sendo 10 horas por dia, das 8 às 18
horas, cobrindo 3650 horas em uma simulação anual completa. Deseja-se que o sDA do edifício
atinja o maior percentual possível dentro do intervalo de tempo analisado, indicando uma boa
frequência para que o espaço receba luz adequada. Além disso, procurou-se manter o ASE no
limite de 10%.
65
Esta análise considerou sete casos básicos de posição do edifício em relação ao terreno.
Para encontrar essas opções, o edifício foi girado de 0° a 180° com uma variação de 30° por
vez. Utilizou-se, assim, setes casos diferentes de posição, listadas de (A) a (G), refletindo uma
rotação do eixo principal do edifício de, respectivamente, 0°, 30°,60°, 90°, 120°, 150° e 180°.
Os resultados das simulações das sete diferentes opções estão representados a seguir,
sendo mostrada, na Tabela 14, a posição do edifício e o resultado de sDA para cada caso.
Tabela 14 – Resultado da análise da luz natural no edifício
Fonte: Aplicativo LEED v4. Projeto realizado pela Autora.
Observa-se que os casos (A) e (G) alcançariam os melhores resultados em termos de
sDA, sendo o Caso (B) o segundo melhor padrão para o edifício, na posição geográfica
escolhida. Por outro lado, os Casos (C) e (D) demonstram os piores padrões para esse projeto,
com um valor de 15% cada um.
É sabido que existem melhores opções arquitetônicas para aproveitar ao máximo a luz
solar. Porém, essa última análise teve o intuito de testar mais um aplicativo disponível no
mercado, para comprovar que o BIM surgiu para tornar a gestão da informação muito mais
fácil, permitindo que se utilize de todos os parâmetros de um modelo digital para que se
realizem análises e simulações de diversos tipos, com múltiplos objetivos.
Com o modelo digital já definido, além de todos os parâmetros de uso do edifício e da
região geográfica escolhida, a análise foi realizada em um intervalo de tempo muito curto. Essa
etapa, então, só vem reforçar a ideia de que é imprescindível ter uma gestão eficiente de toda a
informação inerente ao projeto de construção, para que se obtenha projetos mais sustentáveis.
66
6 CONCLUSÃO
Os resultados deste trabalho indicam que a integração das metodologias BIM e ACV
pode ter um impacto significativo na concepção de projetos mais eficientes energeticamente e
mais sustentáveis. Especificamente, este trabalho demonstrou que:
1) é possível calcular o consumo anual de energia em um edifício de maneira
consideravelmente rápida, quando se utiliza um programa BIM e se tem em mãos
todas as informações necessárias acerca do edifício e seu entorno;
2) pequenas mudanças na concepção de um projeto de construção já podem ser
suficientes para se alcançar uma redução significativa nos custos anuais de energia;
3) a envoltória de um edifício tem grande potencial de melhorar o conforto térmico dos
usuários, além de diminuir o consumo de energia;
4) processos de reciclagem e reutilização de materiais podem ser uma ótima solução
para a diminuição de impactos ambientais gerados por uma edificação.
Vale ressaltar que todos os resultados encontrados nas diversas simulações realizadas
utilizaram informações de bancos de dados internacionais, ou métricas derivadas de testes e
estudos realizados nos Estados Unidos. A metodologia utilizada, então, aparenta ser mais
aplicável para regiões com mesma latitude e mesma cultura que os EUA.
A utilização de uma base de dados estrangeira gera a possibilidade de que muitas
análises talvez não estejam representando satisfatoriamente a realidade brasileira. O processo
de tomada de decisão do projeto, então, acaba dependendo de grandes manipulações por parte
do profissional responsável pela análise. Isso abre espaço para a existência de erros humanos
ou para uma interpretação duvidosa dos resultados.
Todavia, a cultura de utilização de metodologias como BIM e ACV deve ser praticada
mesmo na ausência de dados nacionais. É preciso incentivar o uso de ferramentas BIM e do
conceito de ciclo de vida na construção, para que novas pesquisas sejam feitas nesta área e para
que dados brasileiros sejam cada vez mais disponibilizados. Porque, apesar de todas as
dificuldades existentes, foi comprovado com o presente trabalho que é possível se beneficiar
das ferramentas e técnicas apresentadas, criando construções mais sustentáveis.
Ao final deste estudo, fica evidente que a informação centralizada em um modelo
digital, ao permitir um melhor planejamento da construção através de diferentes tipos de
simulações, é um grande diferencial para o setor da construção civil. O desenvolvimento de
novos estudos envolvendo as questões de adaptações das metodologias representaria grande
avanço em relação ao BIM e à ACV. Uma estratégia de integração que leve em conta as
67
dificuldades expostas anteriormente permitiria que as metodologias apresentadas fossem
utilizadas com pleno uso do seu potencial no cenário brasileiro.
Os grandes desafios da humanidade atualmente estão ligados à conservação de
ecossistemas, à qualidade social e ambiental das construções e à mitigação das mudanças
climáticas ao redor do mundo. De um modo geral, este trabalho procurou mostrar que o uso das
tecnologias corretas, atrelado a um bom planejamento, torna possível a resolução de uma
parcela desses desafios.
Espera-se, por fim, incentivar o estudo acerca de diferentes opções de materiais
sustentáveis para que, ao utilizar a metodologia aqui apresentada, possa ser possível diminuir
drasticamente os impactos gerados ao longo de todo o ciclo de vida da construção. Além disso,
deseja-se estender esse estudo para alcançar o estágio de construção do ciclo de vida, fazendo
com que sejam escolhidos não apenas os melhores materiais, mas também métodos construtivos
cada vez mais eficientes e menos geradores de impactos ambientais.
68
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT, NBR 16401-1: Instalações de ar-condicionado–Sistemas centrais e
unitários. Rio de Janeiro, ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2008.
ABNT, NBR ISO 14040: Gestão Ambiental – Avaliação do Ciclo de Vida –
Princípios e Estrutura. Rio de Janeiro, ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas,
2001.
AELENEI, Daniel; AELENEI, Laura; GONÇALVES, Helder. Edifícios de balanço
energético nulo: uma síntese das características principais. Revista Edifícios e Energia, p.
70-74, 2013.
ASHRAE, ANSI/ASHRAE Standard 62.2: Ventilation and Acceptable Indoor Air
Quality in Low-Rise Residential Buildings. Atlanta, American Society of Heating,
Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2013.
AUTODESK, 2011. Getting Started with Autodesk Green Building Studio.
Autodesk® EcotectTM Analysis, [online]. Disponível em:
<www.greenbuildingstudio.com/default.aspx/>. Acesso em: 14 de dezembro de 2017.
AZHAR, Salman; BROWN, Justin. BIM for sustainability analyses. International
Journal of Construction Education and Research, v. 5, n. 4, p. 276-292, 2009.
BARE, Jane, YOUNG, D., QAM, S., et al. Tool for the Reduction and Assessment of
Chemical and other Environmental Impacts (TRACI). Washington, DC: US Environmental
Protection Agency, 2012.
BASBAGILL, J., FLAGER, F., LEPECH, M., et al. Application of life-cycle
assessment to early stage building design for reduced embodied environmental impacts.
Building and Environment, v. 60, p. 81-92, 2013.
BERKELEY, U.S. Department of Energy National Laboratory, University of
California. Disponível em: < http://www.lbl.gov/>. Acesso em: 23 de janeiro de 2018.
69
CAVALCANTI, Mariah Nabuco de Araujo. A utilização do sistema BIM (Building
Information Modeling) no planejamento de custos da construção civil. Rio de Janeiro:
UFRJ/Escola Politécnica, 2016.
COELHO Filho, Osmar; JUNIOR, N. L. Saccaro; LUEDEMANN, Gustavo. A
avaliação de ciclo de vida como ferramenta para a formulação de políticas públicas no
Brasil. IPEA – Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada, 2016.
CURRAN, Mary Ann; SCIENCE APPLICATIONS INTERNATIONAL
CORPORATION. Life-cycle assessment: principles and practice. Cincinnati, OH: National
Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development, US
Environmental Protection Agency, 2006.
EASTMAN, Charles M., EASTMAN, C., TEICHOLZ, P., et al. BIM handbook: A
guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and
contractors. John Wiley & Sons, 2011.
EIA – U.S. Energy Information Administration. Annual Energy Review 2004.
Washington: U.S. Department of Energy, 2005. Disponível em:
<www.eia.doe.gov/emeu/aer/contents.html >. Acesso em: 23 de janeiro de 2018.
EPBD - European Parliament and of the Council. The Directive 2010/31/EU of the
European Parliament on the energy performance of buildings (EPBD recast), Official
Journal of the European Union, 2010.
FINNVEDEN, G.; HAUSCHILD, Z.; EKVALL, T. et al. Recent developments in life
cycle assessment. Journal of environmental management, v. 91, n. 1, p. 1-21, 2009.
GARCIA, Agenor Gomes Pinto. Impacto da lei de eficiência energética para motores
elétricos no potencial de conservação de energia na indústria. COPPE UFRJ, M. Sc.,
Planejamento Energético – Tese, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2003.
GERNUKS, Marko; BUCHGEISTER, Jens; SCHEBEK, Liselotte. Assessment of
environmental aspects and determination of environmental targets within environmental
70
management systems (EMS) – development of a procedure for Volkswagen. Journal of
Cleaner Production, v. 15, n. 11-12, p. 1063-1075, 2007.
HÄKKINEN, Tarja; KIVINIEMI, A. Sustainable building and BIM. In: Proc. 2008
World Sustainable Building Conference, 21–25 September, Melbourne, Australia. 2008.
HESCHONG, L., WYMELENBERG, V. D., ANDERSEN, M., et al. Approved
Method: IES Spatial Daylight Autonomy (sDA) and Annual Sunlight Exposure (ASE).
IES-Illuminating Engineering Society, 2012.
HESCHONG, L., WYMELENBERG, V. D.; ANDERSEN, M. et al. Approved
Method: IES Spatial Daylight Autonomy (sDA) and Annual Sunlight Exposure (ASE).
IES-Illuminating Engineering Society, 2012.
JOHN, Vanderley M.; SILVA, V. G. da; AGOPYAN, Vahan. Agenda 21: uma
proposta de discussão para o construbusiness brasileiro. Encontro Nacional, v. 2, p. 91-98,
2001.
KUHN, Thomas. A tensão essencial. 1991.
LAGO, André Aranha Corrêa do. Estocolmo, Rio, Joanesburgo: o Brasil e a três
conferências ambientais das Nações Unidas. Thesaurus Editora, 2007.
MEEK, Christopher; WYMELENBERG, Kevin Van Den. Daylighting and Integrated
Lighting Design. Routledge, 2014.
MENOUFI, Karim Ali Ibrahim. Life cycle analysis and life cyle impact assessment
methodologies: a state of the art. Tese de Mestrado. Universitat de Lleida, Espanha, 2011.
MONTIBELLER FILHO, Gilberto. Ecodesenvolvimento e desenvolvimento
sustentável; conceitos e princípios. Textos de economia, v. 4, n. 1, p. 131-142, 1993.
NICHOLSON, A.L.; OLIVETTI, E.A.; GREGORY, J.R. et al. End-of-life LCA
allocation methods: Open loop recycling impacts on robustness of material selection
decisions. IEEE International Symposium. Sustainable Systems and Technology, 2009.
71
NICHOLSON, Anna; MORIN, Renee. LCA allocation methods open-loop recycling:
incentivizing recycled material sourcing and creation of recyclable products. LCA X
Conference. Portland, WA, 2010.
PMBOK, GUIDE. Um guia do conhecimento em gerenciamento de projetos. Quarta
Edição, v. 123, 2013.
RAYNAUT, Claude; ZANONI, Magda. La Construction de l'interdiciplinarité en
Formation integrée de l'environnement et du Développement, 1993.
SACHS, Ignacy. Estratégias de transição para o século XXI. Para pensar o
desenvolvimento sustentável. São Paulo: Brasiliense, p. 29-56, 1993.
SOUZA, Livia Laubmeyer Alves de; AMORIM, Sérgio Roberto Leusin; LYRIO,
Arnaldo de Magalhães. Impactos do uso do BIM em escritórios de arquitetura:
oportunidades no mercado imobiliário. Gestão & Tecnologia de Projetos, v. 4, n. 2, p. 26-
53, 2009.
TEIXEIRA, Juliano Domingos. Compatibilização de projetos através da modelagem
3D com uso de software em plataforma BIM. Santa Catarina: UFSC/Engenharia Civil, 2016.
TORCELLINI, Paul, PLESS, S., DERU, M. et al. Zero Energy Buildings: A Critical
Look at the Definition; Preprint. National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden,
CO., 2006.
TWIDELL, John; WEIR, Tony. Renewable energy resources. Routledge, 2015.
VIANA, A. N. C., BORTONI, E., NOGUEIRA, F., et al. Eficiência energética:
fundamentos e aplicações. Elektro, Universidade Federal de Itajubá, Excen, Fupai, v. 1, 2012.
WONG, Johnny Kwok Wai; ZHOU, Jason. Enhancing environmental sustainability
over building life cycles through green BIM: A review. Automation in Construction, v. 57,
p. 156-165, 2015.
