Avaliação ambiental e económica de ciclo de vida de sistemas de aquecimento em habitações

Abstract

Devido à existência de inúmeros equipamentos para aquecimento água sanitária e ambiente, principais responsáveis pelo consumo do setor doméstico, bastante significativo em Portugal, surgiu o interesse de estudar as melhores alternativas, em termos ambientais e económicos capazes de suprir estas necessidades.Para atingir este objetivo foram selecionadas três tipologias de habitação (T1, T3 e V5), de modo a representar a variabilidade das necessidades energéticas em função da área e número de pessoas, em três localidades distintas (Bragança, Coimbra e Faro), para que variem as necessidades de acordo com o clima. Foram criadas habitações com soluções construtivas de baixo coeficiente de transmissão (U), seguindo a tendência de diminuição de necessidades energéticas para aquecimento ambiente, verificada ao longo dos anos. Posto isto, foram selecionados sistemas de aquecimento compostos pelos seguintes equipamentos: bomba de calor ar-ar, bomba de calor ar-água, caldeira a gás natural, esquentador a gás natural e termoacumulador elétrico. Como no contexto nacional, a instalação de coletores solares térmicos para suprir necessidades de preparação de águas quentes sanitárias, é obrigatória por lei, o estudo destes equipamentos acabou por ser inevitável, salvo quando são utilizados sistemas considerados fontes de energia renovável (bombas de calor). Para a avaliação ambiental foi aplicada a metodologia de Avaliação de Ciclo de Vida que compreende o desenvolvimento de modelos e inventários de ciclo de vida para os sistemas estudados, sendo avaliados os seus impactes com base no método ReCiPe. Já a avaliação económica foi realizada com base numa adaptação do quadro metodológico proposto pela Diretiva 2010/31/UE relativa ao Desempenho Energético dos Edifícios.O T1 apresenta como solução ideal a utilização de bomba de calor ar-água combinada com bomba de calor ar-ar, para a totalidade dos indicadores ambientais e económicos em Coimbra e Faro, sendo que para Bragança, existe um indicador ambiental que não apresenta esta solução como a mais favorável. Em termos ambientais, o T3 apresenta como preferencial o sistema composto apenas por bomba de calor ar-água com 5/7 das categorias de impacte, em Coimbra e Bragança, e 6/7 em Faro, já do ponto de vista económico, o sistema composto pela caldeira (apoiada por coletores solares) é a solução mais rentável do ponto de vista financeiro e macroeconómico. Finalmente, a V5, apresenta o sistema composto por bomba de calor ar água e ar-ar como melhor solução em 5/7 das categorias de impacte em Bragança, não havendo nenhum sistema preferencial em Coimbra e Faro. Em termos económicos, a melhor solução é igual à da tipologia anterior (T3).É então possível concluir que não existe um sistema preferencial comum a todos os fatores, sendo necessária uma criteriosa avaliação de cada um, aquando da escolha dos mesmos.

Due to the great amount of water and house heating equipment, main contributors to the big portion of the final energy consumption in Portugal, the interest in studying the best environmental and economical alternatives became the subject of this work.To achieve this objective, three types of dwellings were created to represent the variability of energy needs according to area and number of people: one apartment with one bedroom (T1); other with three bedrooms (T3); and a single-family house with five bedrooms (V5). These houses were studied in three different locations (Bragança, Coimbra and Faro) to represent variability of needs according to climate conditions. As house heating needs have been decreasing last years, the houses were created with low thermal transmittance values (U). That said, heating systems were created, composed with the following equipment: heat pump (air-to-air and ir-to-water); natural gas boiler, natural gas water heater and electric storage water heater. As in the national context, solar thermal collectors are mandatory to new houses, the study of these equipment turned out to be mandatory, except when equipment with renewable energy sources (heat pump) are used. For the environmental assessment, Life Cycle Assessment methodology was applied, which comprises the development of life cycle models and inventories, being the impacts evaluated based on ReCiPe method. The economic evaluation was carried based on an adaptation of the methodological framework proposed in the Directive 2010-31-EU about Energy Performance Building Design.For the T1, the system composed with air-to-water and air-to-air heat pump is the best for all the environmental and economical categories in Coimbra and Faro, as for Bragança, there is a single environmental indicator that does not present this system as the best. In environmental terms, the system composed with air-to-water heat pump only is the best system for all locations, indicating five out of seven categories in Bragança and Coimbra, and six out of seven in Faro. As for the economic point of view, the best system is composed by the natural gas boiler, supported by solar thermal collectors. Finally, V5, presents the system composed by air-to-water and air-to-air heat pumps as the best solution in 5/7 of the impact categories in Bragança, showing no preferential system in Coimbra and Faro. As for the economic point of view, the best system is the same as the T3.It is possible to conclude that there is no preferential system common to all the factors in study, therefore a careful evaluation of each one is essential.