A influência do sistema de fachada viva em manta no ciclo de vida energético de uma residência unifamiliar em clima tropical

Abstract

Resumo: Este trabalho tem como motivação a busca por soluções mais eficientes na arquitetura, que tragam conforto e eficiência energética às edificações. As fachadas vegetais, utilizadas há mais de 2.000 anos, têm sido atualmente objeto de estudo em diversos países, devido a suas propriedades benéficas ao edifício e ao meio urbano, tais como a redução do consumo energético com climatização, redução de ilhas de calor, mitigação dos gases do efeito estufa, retenção de partículas poluentes do ar, resgate da biodiversidade e bem estar psicológico dos usuários do edifício e de seu entorno. O clima brasileiro, com abundância de radiação solar, parece ideal para a implantação destes sistemas, sobretudo num momento em que há uma demanda crescente por energia elétrica e uma necessidade evidente de economia no consumo. Os sistemas de fachadas vivas, ou living wall systems, consistem em uma tecnologia de fachadas vegetais, de conjuntos de módulos ligados às paredes, onde o enraizamento das plantas se dá na própria estrutura e não no chão. A utilização desta estrutura de suporte permite a utilização de uma maior variedade de espécies vegetais, que sobrevivem com pouco ou nenhum solo, por meio de técnicas de hidroponia, e conferem um efeito estético inovador às fachadas vegetais. Além disso, pesquisas apontam que os sistemas de fachadas vivas possuem capacidade de isolamento térmico superior às fachadas verdes convencionais, compostas de plantas trepadeiras que se aderem à parede ou a estruturas auxiliares de suporte. No entanto, a estrutura necessária para suporte e manutenção dos sistemas de fachada viva, segundo estudos, apresenta altos impactos ambientais, devido aos materiais usados na estrutura e a exigência de manutenção e irrigação constantes, o que leva ao questionamento acerca da sustentabilidade dessa técnica. Este trabalho tem o objetivo de avaliar a sustentabilidade energético-ambiental do sistema de fachada viva em manta, através da análise do ciclo de vida energético, um método que analisa o gasto energético e os impactos relacionados, de um produto ou edificação durante toda sua vida útil, desde a extração da matéria prima até o descarte do mesmo. Três etapas auxiliam a construção desta ACVE: na primeira busca-se, através da revisão bibliográfica, conhecer os sistemas de fachadas vivas e suas características, além de compreender o método das análises de ciclo de vida e bases de dados de materiais e energia relacionada. A segunda etapa consiste na simulação de um protótipo de fachadas vivas, a fim de extrair do mesmo as propriedades físicas relacionadas à capacidade de isolamento térmico do sistema. A terceira etapa é a simulação termoenergética do sistema de fachada viva em manta, aplicado a seis modelos de uma mesma edificação residencial em clima tropical, variando a instalação de fachadas vivas em diferentes orientações, com o objetivo de quantificar a economia com climatização proporcionada pela fachada viva em cada situação, além de verificar o gasto energético durante o ciclo como um todo. Os resultados apontaram para reduções no gasto com climatização de 2,36% a 23,8%, no entanto, o sistema não foi considerado sustentável energeticamente, uma vez que a redução obtida na energia operacional não compensa o investimento energético com a instalação e manutenção das fachadas vivas, e ao final do ciclo de vida de 50 anos, os modelos com fachadas vivas ainda apresentaram gasto energético superior ao caso base, sem fachadas vivas.

Abstract: This research is motivated by the search for more efficient solutions in architecture, which give comfort and energetic efficiency to buildings. The green façades have been used for over 2.000 years, and lately have been a study subject in many countries, due to their beneficial properties to the building and the urban environment, such as reducing energy consumption with artificial air conditioning, reducing the heat island effect, mitigation of greenhouse gases, retention of particulate air pollutants, biodiversity rescue and psychological well being of building users and its surroundings. Brazilian climate, with high levels of solar radiation, presents favorable conditions on implementing and studying this technology, particularly at a time when there is a growing demand for electricity and a clear need for economy in consumption. Living wall systems are a green façades technology, which are sets of modules linked to the wall, in which the plants rooting occurs in the own structure and not in the ground. The use of such support structure allows the use of a greater variety of plant species which survive with little or no soil using hydroponic techniques, and it provides an innovative aesthetic to the building. In addition, studies point that living wall systems presents superior thermal insulation capacity than conventional green façade, which needs vines or auxiliary structures to support climbing plants. However the necessary infrastructure to support and maintenance living wall systems, according to studies, has a high environmental impact, due to structure materials and the requirement for maintenance and constant irrigation, which leads to questions about the sustainability of this technique. This study aims to assess the sustainability of living wall systems with felt layers, by analyzing its energy life cycle, a method that analyzes the energetic consumption and related impacts of a product or building throughout its life, from the extraction of raw materials to its disposal. Three steps can help build this LCEA: first, through literature review, study the living wall systems and its characteristics, and understand the method of life cycle analysis and materials and energy related databases. The second step was to simulate a living wall system prototype, in order to find its physical properties related to the thermal insulation capacity of the system. And the third step was the thermal and energetic simulation of the living wall system with felt layers, applied to six models of the same residential building in a tropical climate zone, by varying the installation of living walls in different orientations, in order to quantify the savings provided by the air conditioning use reduction in each situation, and verify the hole energetic expenditure during the life cycle. The results point to energy savings around 2,36% to 23,8% with artificial air conditioning, but the system studies was not considered sustainable, since the reduction achieved in operation is not worth the energy investment with the installation and maintenance of the living wall system and at the end of the 50-year life cycle, models with living walls still had energy expenditure above the model without living wall systems.