Avaliação do desempenho de telhado verde na eficiência energética e nas emissões de carbono para um edifício universitário em um cenário futuro de mudanças climáticas

Abstract

As mudanças climáticas impactam o conforto térmico e o consumo energético das edificações. Os telhados verdes são considerados uma alternativa sustentável, pois podem reduzir a temperatura interna das edificações e minimizar a necessidade de sistemas de climatização e absorverem carbono. No entanto, sua eficiência térmica e energética depende de diversos fatores, como tipo de vegetação, espessura do substrato e condições climáticas locais. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência dos telhados verdes na eficiência energética e nas emissões de carbono operacional e incorporado em um edifício universitário, considerando um cenário climático futuro para 2050. Para isso, a pesquisa foi conduzida em três etapas: simulações termoenergéticas utilizando o software EnergyPlus, estudos sobre o cálculo do carbono operacional considerando a matriz elétrica brasileira e avaliação do ciclo de vida por meio do software SimaPro. O objeto de estudo foi o edifício de salas de aula denominado Pavilhão de Aulas II da Universidade Federal de Viçosa. Foram analisados cinco cenários: quatro variações de telhados verdes, sendo dois extensivos e dois intensivos, com variação de índice de área foliar e espessura de substrato, e um caso base com a cobertura existente. Os resultados indicaram que, no contexto analisado, os telhados verdes não proporcionaram reduções expressivas da temperatura interna das salas de aula nem na economia de energia elétrica do edifício. A variação térmica entre os casos foi inferior a 0,5°C, e o consumo energético se reduziu no máximo em 0,23%. A quantificação do carbono operacional considerou o cálculo do fator de emissão para 2050, fundamentado nos dados do cenário de estagnação da matriz elétrica do Plano Nacional de Energia 2050. Para o cálculo das emissões, foi utilizado o fator de emissão e os resultados de consumo de energia elétrica. Já na análise de emissões incorporadas de carbono, verificou-se que o telhado verde extensivo apresentou emissão incorporada negativa, enquanto o intensivo teve emissão positiva, devido à diferença de espessura do substrato. Além disso, a camada de vegetação foi a única com balanço negativo de emissões, evidenciando seu potencial de remoção de dióxido de carbono equivalente. Embora os telhados verdes não tenham se mostrado eficazes para melhorar a eficiência energética e o conforto térmico no cenário estudado, seu uso pode ser justificado por outros benefícios ambientais, como redução da ilha de calor urbana, absorção de águas pluviais e melhora da qualidade do ar. A pesquisa ressalta a necessidade de avaliar a viabilidade dos telhados verdes considerando parâmetros de projeto, clima e combinação com estratégias passivas e ativas. Sugere-se o uso de dados mais precisos da matriz elétrica para calcular fatores de emissão futuros e uma análise mais detalhada do ciclo de vida, abrangendo todo o ciclo de vida. Palavras-chave: Simulação termoenergética; Fator de emissão futuro; Carbono operacional; Carbono incorporado.Climate change impacts thermal comfort and energy consumption in buildings. Green roofs are considered a sustainable alternative, as they can reduce indoor temperatures and minimize the need for HVAC systems, while also contributing to carbon absorption. However, their thermal and energy efficiency depends on several factors, such as vegetation type, substrate thickness, and local climatic conditions. This study aimed to evaluate the influence of green roofs on energy efficiency and operational and embodied carbon emissions in a university building, considering a future climate scenario for the year 2050. The research was conducted in three stages: thermal-energy simulations using EnergyPlus software, studies on operational carbon calculations based on the Brazilian electricity matrix, and life cycle assessment using SimaPro software. The object of study was the classroom building known as Pavilhão de Aulas II at the Federal University of Viçosa. Five scenarios were analyzed: four variations of green roofs – two extensive and two intensive – with differences in leaf area index and substrate thickness, and one baseline scenario with the existing roof structure. The results indicated that, in the analyzed context, green roofs did not provide significant reductions in indoor classroom temperatures or in the building’s electricity consumption. The thermal variation among scenarios was less than 0.5°C, and energy savings reached a maximum of only 0.23%. Operational carbon quantification was based on the emission factor forecast for 2050, derived from the stagnation scenario of the Brazilian electricity matrix in the National Energy Plan 2050. The emissions were calculated using the projected emission factor and electricity consumption results. As for embodied carbon emissions, it was found that the extensive green roof presented a negative embodied emission, while the intensive roof had a positive one, due to the difference in substrate thickness. Additionally, the vegetation layer was the only component with a negative emission balance, highlighting its potential to sequester equivalent carbon dioxide. Although green roofs were not effective in improving energy efficiency and thermal comfort under the studied scenario, their implementation may be justified by other environmental benefits, such as reduction of the urban heat island effect, stormwater absorption, and air quality improvement. The study emphasizes the need to assess the feasibility of green roofs by considering design parameters, climate, and the combination with passive and active strategies. It also recommends the use of more accurate data for future electricity matrix projections and a more detailed life cycle assessment encompassing the entire life cycle. Keywords: Thermo-energy simulation; Future emission factor; Operational carbon; Embodied carbon.