Método de avaliação da eficiência no uso de água em edificações educacionais: um sistema de benchmarking por análise de agrupamentos e lógica fuzzy

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2022.Edificações consomem parcela importante da água retirada da natureza para atividades humanas; portanto, desenvolver mecanismos e sistemas que avaliem como o consumo de água ocorre nesses ambientes é fundamental para cumprir objetivos de desenvolvimento sustentável. Nesse sentido, o objetivo desta tese foi desenvolver um método de avaliação do consumo de água em edificações educacionais por meio de técnicas de análise de agrupamentos, de benchmarking e oriundas da teoria dos conjuntos fuzzy. Com o município de Florianópolis, SC, como recorte geográfico, foi considerada uma amostra de 82 edificações educacionais municipais e estaduais para comporem o sistema de avaliação. Os dados foram obtidos a partir das informações disponibilizadas pela Secretaria Estadual de Educação de Santa Catarina, pela Secretaria Municipal de Educação de Florianópolis e pela Companhia Catarinense de Águas e Saneamento (CASAN). Além disso, as informações principais foram obtidas por meio de questionários aplicados aos gestores das edificações escolares para obtenção de informações relativas às condições de ocupação, aos ambientes e equipamentos hidráulicos existentes nas edificações. As variáveis utilizadas no levantamento de dados foram definidas a partir da revisão bibliográfica. A avaliação foi composta por análise de agrupamentos desenvolvida em linguagem R, a qual forneceu entradas para um sistema de benchmarking do consumo de água. Esse sistema avaliou a eficiência no uso de água por meio de indicadores relacionados a três categorias de variáveis: condições de ocupação, ambientes da edificação e equipamentos hidráulicos. Em seguida, foram desenvolvidos, por meio da teoria dos conjuntos fuzzy, indicadores sobre o uso de água em edificações educacionais, o que permitiu atribuir faixas de eficiência alta, média e baixa aos elementos avaliados. Os resultados mostraram cinco grupos de edificações e o benchmarking revelou diferenças expressivas nos indicadores das edificações, o que é útil para direcionar esforços ao tipo de iniciativa para promover o uso racional de água. Os indicadores fuzzy atribuíram faixas de eficiência alta, média e baixa às edificações, indicando aquelas edificações que precisariam de intervenções que visem à conservação de água. Em geral, o método conseguiu avaliar comparativamente e destacar elementos de eficiência alta, assim como aqueles que precisam aperfeiçoar o uso de água. Além disso, foi capaz de detectar níveis de eficiência muito elevados que poderiam estar relacionados à submedição de consumo de água. Nesse sentido, a detecção de edificações com alto e com baixo desempenho pode ser a principal aplicação do método se for utilizado por gestores de redes de distribuição de água. Para validar o método, utilizou-se uma edificação hipotética gerada a partir dos dados da amostra. Seu desempenho foi avaliado por meio do método proposto e os resultados sugeriram intervenções especificamente nos equipamentos hidráulicos, os quais apresentaram os indicadores mais baixos. Concluiu-se que a avaliação de forma remota da eficiência do consumo de água em um conjunto de edificações, além de possível e relevante, pode retornar informações que direcionam os esforços que visam à conservação de água. Esse direcionamento refere-se à identificação do tipo de variável a ser abordado em iniciativas de conservação de água, o que pode economizar recursos financeiros.Abstract: Buildings consume a significant amount of the water withdrawn from nature for human activities; therefore, developing mechanisms and systems to evaluate how water consumption occurs in these environments is essential to meet sustainable development goals. In this sense, a method for evaluating water consumption in educational buildings was developed in this thesis through cluster analysis techniques, a benchmarking system and fuzzy sets theory. Considering the city of Florianópolis, SC, as a geographic outline, a sample of 82 municipal and state educational buildings was considered as inputs for the assessment system. Data were obtained from information provided by the State Department of Education of the state of Santa Catarina, the Municipal Department of Education of Florianópolis and the state water supply company (Companhia Catarinense de Águas e Saneamento ? CASAN). In addition, the main information was obtained through questionnaires applied to managers to obtain information on the occupation conditions, environments and water appliances existing in each building. The variables used in data collection were defined based on literature review. The evaluation consisted of cluster analysis developed using R language, which provided inputs for a water consumption benchmarking system. This system evaluated the water efficiency through indicators related to three categories of variables: occupation conditions, building environments and water appliances. Then, through the fuzzy sets theory, indicators on water use in educational buildings were developed, which allowed assigning high, medium and low-efficiency ranges to the buildings evaluated. Five clusters of buildings and the benchmarking showed significant differences in the indicators among the elements, which is useful to direct efforts to the type of initiative to promote the rational use of water. Fuzzy indicators assigned high, medium and low-efficiency ranges, indicating those buildings that would need interventions to save water. In general, the method was capable of comparatively evaluating and highlighting elements of high efficiency, as well as those that need to improve water use, in addition to detecting very high levels of efficiency that could be related to under-measurement of water consumption. Therefore, the detection of buildings with high and low performance could be the main application of this method when used by water distribution network managers. To validate the method, a hypothetical building generated from the sample data was used. Its performance was evaluated using the method proposed herein and the results indicated interventions specifically in water appliances, which presented the lowest indicators. It was concluded that the remote evaluation of the efficiency of water consumption in a set of buildings, in addition to being possible and relevant, can lead to information that directs efforts aimed at water conservation. This direction refers to the identification of the type of variable that must be addressed in water-saving initiatives, which saves financial resources