Otimização de Energia e Eletrificação

O setor da construção civil é um dos maiores consumidores mundiais de energia, já que as operações de edifícios são responsáveis por 30% do consumo de energia final. Cerca de 40% dessa energia é usada para aquecimento, ventilação e condicionamento de ar, e o restante é usado para iluminação, equipamentos, elevadores e escadas rolantes, entre outros. Em 2022, as operações de edifícios representaram 27% das emissões mundiais_{de CO2}, 9,8 Gt_CO2 ⁽⁸⁾. Para eliminar esta quantidade de emissões_{de CO2}, precisaríamos de uma floresta do tamanho aproximado da China.

A boa notícia é que as edificações estão migrando para energias renováveis e eletricidade como fonte de energia, permitindo a eliminação de carbono em longo prazo se a geração de energia for totalmente descarbonizada. A má notícia é que, em termos absolutos, o uso de combustíveis fósseis em edifícios aumentou a uma taxa de crescimento anual média de 0,5% desde 2010 ⁽⁸⁾. O principal impulsionador deste crescimento é o aumento da área útil mundial, que cresceu com mais rapidez do que a intensidade energética (a energia consumida por área útil) diminuiu. Outro impulsionador é o aumento do uso de resfriamento de ambientes. O consumo de energia para resfriamento de ambientes mais do que triplicou desde 1990. Há também um efeito multiplicador, pois mais da metade dos acréscimos de área construída até 2030 ocorrerá em áreas com alta necessidade de resfriamento de ambientes. Essa tendência continuará. Até 2030, é esperado que a área construída mundial aumente em cerca de 15%, o equivalente a toda área construída da América do Norte atualmente ⁽⁹⁾. Para garantir o alinhamento ao cenário da meta de zero líquido da Agência Internacional de Energia (IEA), é necessário descarbonizar ainda mais os combustíveis usados por edificações e reduzir a intensidade energética.

Para descarbonizar combustíveis em edificações e reduzir a intensidade energética, será necessário otimizar a geração de energia térmica em edificações, o que envolve as etapas de recuperação, armazenamento e consumo.

A otimização da geração de energia térmica para aquecimento significa fazer a transição de sistemas movidos a combustíveis fósseis para bombas de calor alimentadas por eletricidade renovável. Segundo a AIE, triplicar o estoque mundial de bombas de calor até 2030 poderia reduzir as emissões de CO₂ em 500 Mt por ano ⁽¹⁰⁾. Entretanto, a maioria das bombas de calor atuais usa refrigerantes de hidrofluorocarboneto com alto Potencial de Aquecimento Global (GWP). Sem intervenção, o estoque de bombas de calor de 2030 poderia emitir 740 Mt de CO₂ equivalente ⁽¹⁰⁾. As soluções incluem a transição para hidrofluorcarbonetos com menor GWP, hidrocarbonetos ou outros refrigerantes naturais. No entanto, os hidrofluorcarbonetos exigem mais pesquisas no campo da toxicidade e da decomposição atmosférica, e os hidrocarbonetos precisam de precauções de segurança adicionais quanto à inflamabilidade. Para o resfriamento, é previsto que a demanda mais do que triplique até 2050 devido à adaptação climática ⁽⁷⁾. Mitigar o aumento associado na intensidade energética exigirá melhorar a eficiência dos sistemas de resfriamento e maior adoção de soluções de resfriamento passivo. Além disso, a eletricidade fotovoltaica e o armazenamento no local podem ajudar a descarbonizar o aumento da intensidade energética devido ao resfriamento.

Outra forma de descarbonizar a mescla de combustíveis dos edifícios é recuperar e redistribuir o calor residual. Cada vez mais, o excesso de calor de usinas de resíduos municipais, centros de dados, túneis de metrô, instalações industriais, eletrolisadores ou usinas de energia nuclear será capturado e redistribuído por meio de redes de calefação distrital. Com a adoção da tecnologia de bombas de calor, é esperado que as redes de energia também ganhem impulso. As redes de energia transferem energia térmica entre edifícios em temperaturas ambientes (10-25°C [50-77°F]), reduzindo as perdas de calor.

As bombas de calor e o uso de calor residual também irão impulsionar uma adoção mais forte de unidades de armazenamento térmico (ou baterias térmicas), servindo como um modo eficiente de equilibrar a demanda e o fornecimento de energia. As bombas de calor podem converter o excedente de eletricidade de fontes renováveis, como eólica ou solar fotovoltaica, em energia térmica quando a potência elétrica é abundante e os preços da eletricidade são baixos ⁽¹⁰⁾. E o calor residual de processos industriais ou centros de dados pode ser armazenado para consumo posterior, evitando que a energia se dissipe sem uso no ambiente. O armazenamento de energia térmica também é altamente eficiente, alcançando 90-98% de eficiência para armazenamento de vários dias e 70-80% para armazenamento sazonal.

Entretanto, uma das maneiras mais eficientes e econômicas de reduzir a intensidade energética dos edifícios é por meio de aplicação mais ampla de sistemas de automação e controle predial (BACS). Isto se aplica especialmente ao parque imobiliário, cuja maioria necessita de modernização. Por exemplo, na UE, 97% dos edifícios são considerados ineficientes em termos de energia ⁽¹²⁾. A ISO 52120-1 destaca que a atualização de BACS padrão (classe C) para BACS de alto desempenho energético (classe A) pode proporcionar economia de energia de até 40%. Essas modernizações normalmente exigem alterações mínimas, como adição de válvulas de balanceamento hidrônico dinâmico, sistemas de vazão de água variável, vazão de ar controlada por demanda ou controles ambientes com atuação proporcional com detecção de ocupação. Devido a seu elevado impacto e baixo custo, é esperado que a adoção de BACS avançados acelere, sobretudo porque a atual taxa de modernização de 1,0% ao ano fica aquém dos 2,5% necessários para chegar a zero líquido até 2050 ⁽¹³⁾.