Technical, economical and environmental analysis of the Brazilian certification by the use of solar water heaters in residential buildings

As edificações são responsáveis por parte significativa do consumo de energia e das emissões de gases de efeito estufa em todo mundo. Em países desenvolvidos, os edifícios residenciais e comerciais demandam de 20 a 40% da energia total utilizada. No Brasil, os edifícios residenciais são responsáveis por cerca de 24% do consumo de energia elétrica. Além disso, este eletrodoméstico possui grande participação na demanda de energia elétrica do setor residencial, com implicações diretas na gestão de cargas do sistema elétrico nacional. A redução da dependência energética em edificações pode ser obtida por meio da promulgação de leis, normas e programas de certificação que incentivem o uso de medidas de eficiência energética e de energias renováveis. Medidas de eficiência energéticas usuais são o planejamento do uso de cores na construção de edificações e o aproveitamento da iluminação natural. Dentre as fontes de energia limpa que podem ser utilizadas em edifícios, destacam-se a solar térmica para aquecimento de água ou ambiente e a fotovoltaica para geração de energia elétrica. É importante avaliar tecnologias utilizadas para fontes renováveis de energia, não somente em relação à viabilidade técnico-econômica isoladamente, mas também de forma integrada às politicas públicas. O Brasil lançou, em 2009, a certificação de eficiência energética de edifícios, como parte do Programa Brasileiro de Etiquetagem. Sob a luz destes fatos, o objetivo principal nesta pesquisa foi analisar, do ponto de vista técnico, econômico e ambiental, a classificação do sistema de aquecimento solar de água pela certificação de eficiência energética de edifícios. Para isto foram dimensionados e simulados sistemas solares para atender diferentes condições de conforto de banho e níveis de eficiência energética de edifícios para uma residência típica brasileira. Foi verificado que a substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor solar com backup elétrico provocou uma redução média de 71% no consumo de energia elétrica destinado a aquecimento de água da residência e 36% no consumo total da residência. Os aquecedores solares analisados apresentaram taxa interna de retorno, tempo de retorno de capital, valor presente líquido e custo da energia conservada com valores médios de 26% a.a.; 4,5 anos; R$ 5.047,00 e R$ 0,28/kWh, respectivamente, comparativamente ao uso de chuveiro elétrico. Foi estimado que para a residência típica brasileira a substituição do sistema de aquecimento de água elétrico e a gás por solar evita a emissão de, aproximadamente, 95 e 256 kgCO2 equivalente por ano, respectivamente. Projeções sobre os potenciais de economia de energia e de redução de emissões de gases de efeito estufa pela aplicação de programas de etiquetagem de edificações são otimistas. Todavia é de extrema importância o esforço conjunto do governo, de profissionais da área de construção civil e da sociedade para que os objetivos sejam alcançados. Assim, os benefícios se refletirão no meio ambiente, com menores impactos negativos; nos usuários das edificações, que terão menor consumo de energia; e no governo, com redução de custos em investimentos no setor energético devido à diminuição da demanda de energia.The buildings are responsible for a significant part of the energy consumption and emissions of greenhouse gases in the world. In developed countries, residential and commercial buildings require between 20 and 40% of the total energy used. In Brazil, dwellings accounts for around 24% of the country electrical energy consumption. The electric shower is the appliance with the greater consumption share in Brazilian residential buildings, followed by the refrigerator and the air conditioning system. Moreover, this appliance has a large participation in electric power demand in the residential sector, with direct implications for management of loads the national electric system. The reduction of energy dependence in buildings can be achieved by laws, standards and labeling programs that promote the application of energy efficiency measures and renewable energy sources. Usual energy efficiency measures are the building colors planning and the natural lighting use. Among the sources of clean energy that can be used in buildings, it can be highlighted the solar thermal for water or environment heating, and photovoltaic for generating electricity. It is important to evaluate technologies in renewable energy, not only in relation to technical and economic feasibility alone, but also in an integrated public policy. Brazil launched in 2009 the energy efficiency labeling program for buildings, included on the Brazilian Labeling Program. In this way, this research aimed to analyze from the technical, economic, and environmental perspective the water heating system classification by the Brazilian energy efficiency building labeling program. For that, solar systems were sized and simulated for different bath comfort conditions and energy efficiency levels for a typical Brazilian dwelling. It was found that the replacement of electric shower by solar heater with electric backup caused an average reduction of 71% in electricity consumption for the heating water of the dwelling and 36% in the total electricity consumption of the dwelling. The solar heating systems studied showed an internal return rate, payback period, net present value and cost of conserved energy values about 26% per year; 4.5 years; R$ 5,047.00 and R$ 0.28/kWh, respectively, as compared to a decentralized electrical shower in use. It was estimated for a typical Brazilian residence, that the replacement of the electrical and gas water heating system by a solar one avoids the emission of, approximately, 95 and 256 kgCO2 equivalent per year, respectively. Forecasts about the potentials of both the energy savings and the emission of greenhouse gases reduction by the application of building labeling programs are optimistic. However, it is very important a joint effort from government, the professionals in the civil construction field, and the society, in order to achieve the objectives. Therefore, the benefits will be reflected on the environment, with less negative impacts; on the building users, who will lower energy consumption; and on the government, who may have lower investments with the power sector due to a decrease in the energy demand