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Espacios. Vol. 37 (Nº 10) Año 2016. Pág. 10

Viabilidade da eficiência energética em salas de aula de universidades: Um estudo de caso na UFPI, Brasil

Feasibility of energy efficiency in universities classrooms: A case study in UFPI, Brazil

Osvaldo Augusto Vasconcelos de Oliveira Lopes da SILVA 1; Francisco Francielle Pinheiro dos SANTOS 2; Fábio Rocha BARBOSA 3; Cristiana de Sousa LEITE 4.

Recibido: 22/11/15 • Aprobado: 03/01/2016

Contenido

1. Introdução

2. Materiais e métodos

3. Referencial teórico

4. Resultados e discussão

5. Conclusões

Referências

1. Introdução

O acesso à energia está associado à melhoria da qualidade de vida. Porém, de acordo com Ministério de Minas e Energia (MME), estima-se para o próximo horizonte decenal um crescimento médio de 4,0% a.a. no consumo de energia no Brasil causado pelo crescimento econômico (estimado em 4,3% a.a.) e demográfico (estimado em 0,7% a.a.), solicitando o investimento na criação de novas Usinas Geradoras de Energia ou no aumento da Eficiência Energética (EPE, 2014b).

De acordo com o plano do governo em 2002 era de se esperar que após o apagão e o racionamento de energia de 2001, o governo brasileiro direcionasse o Desenvolvimento do Sistema Elétrico do Brasil para o interesse público, buscando alternativas de menor impacto ambiental e social nas comunidades afetadas pelos projetos (SAUER, 2013). Entretanto, mesmo com a projeção da expansão das Fontes Alternativas de Energia, a expansão da Geração Hidrelétrica deve alagar uma área de 2.670 km² de vegetação nativa, além de afetar diretamente 43 mil habitantes, dentre eles, representantes de populações com um alto grau de vulnerabilidade social, como as populações indígenas, além disso, a expansão do Sistema de Transmissão também deverá atingir uma área de 1.320 km² de vegetação nativa, afetando todos os biomas do país (EPE, 2014b). Pode-se concluir, portanto, que o aumento da geração de Energia Elétrica causa impactos socioambientais, porém, se utilizarmos mais eficientemente a energia que produzimos, estaremos protegendo o meio ambiente.

O último Balanço Energético Nacional (BEN) mostra que no ano de 2013, os setores residencial, comercial e público utilizaram 48,5% de toda a energia consumida no país (EPE, 2014a). E, segundo Lamberts et al. (2014) o potencial técnico de economia de energia elétrica em edificações existentes é estimado em 30%, enquanto que se considerarmos a eficiência energética desde o início do Ciclo de Vida das edificações essa economia pode alcançar até 50%. Nas universidades não é diferente, e de acordo com Flores et al. (2013), "por mais que a escala dos impactos seja global, é ao nível local que muitos impactos são apresentados e onde as ações podem ser eficazes".

As Diretrizes Curriculares Nacionais para Educação Ambiental, de responsabilidade do Ministério da Educação e Cultura (MEC) estabelecem que a Educação Ambiental nas Instituições de Ensino Superior (IES), além de outras atribuições, deve contemplar o estímulo à constituição dessas instituições como Espaços Educadores Sustentáveis, integrando: Proposta Curricular, com temática da Educação Ambiental de forma transversal, Gestão Democrática e Edificações, tornando-as referências de Sustentabilidade Socioambiental (MEC, 2012). As IES devem ser, portanto, exemplo de sustentabilidade para toda a comunidade e incentivar mudanças concretas na realidade social articulando três eixos: edificações, currículo e gestão.

Em concordância com os princípios estabelecidos pela Agenda 21, todas as organizações devem possuir um Sistema de Gestão Ambiental (SGA) de forma a garantir um desempenho ambiental aceitável. Entende-se, portanto, SGA como sendo um processo contínuo e parte do Sistema de Gestão das organizações, utilizado para desenvolver e implantar sua Política Ambiental, de forma a garantir resultados aceitáveis da gestão sobre seus Aspectos Ambientais, sendo um destes: o uso da energia (Adisi et al. 2013). Tem-se, então, a Gestão Energética como parte integrante de um SGA.

Nesse contexto, Projetos de Eficiência Energética (PEE) são ações concretas para a melhoria do desempenho ambiental das organizações, constituindo-se como um conjunto de medidas bem definidas que, quando implantadas, levarão a uma redução do consumo de energia em uma organização, mantendo-se os níveis de produção e da qualidade do produto final. Devendo ainda serem implantados em oito etapas bem definidas que marcam o início e o fim da intervenção e conduzidos por profissionais habilitados e qualificados (ANEEL, 2009).

Nesse artigo, deu-se destaque aos aspectos relevantes da Gestão Energética Universitária, tendo como objetivo geral o fornecimento de ferramentas para os gestores da Universidade Federal do Piauí (UFPI), principal IES do estado, e instituições de ensino de forma geral analisarem a Viabilidade da implantação de PEE nas salas de aula. Assim, os objetivos específicos são: 1) Realizar o Diagnóstico Energético Preliminar da UFPI; 2) Fazer o Diagnóstico Energético Detalhado nas salas de aula da UFPI; 3) Encontrar potencialidades de economia de energia; 4) Sugerir Projetos de Eficiência Energética a serem implantados; 5) Avaliar a Viabilidade Técnico-econômica dos projetos sugeridos.

Segundo Lamberts et al. (2014) o consumo clássico de um prédio público, mostra que 48% da energia consumida por eles é utilizada pelos Sistemas de Climatização e outros 24% são utilizados pelo Sistema de Iluminação. Dessa forma a principal hipótese levantada é que se pode tornar eficiente o consumo de Energia Elétrica das salas de aula com o desenvolvimento de PEE direcionados aos Sistemas de Iluminação e Climatização, utilizando-se procedimentos padronizados.

2. Materiais e métodos

O método utilizado nesse trabalho utiliza como base os procedimentos padronizados pela Agência Nacional de Energia Elétrica para elaboração de Projetos de Eficiência Energética (ANEEL, 2009) e considera que a economia de energia somente é conseguida quando as mesmas atividades são realizadas ou os mesmos produtos ou serviçõs são fornecidos com menor consumo de energia, utilizando como referência o Volume I do Protocolo Internacional de Medição e Verificação de Performance (PIMVP) (EVO, 2007).

Para o Diagnóstico Energético da universidade, escolheu-se o Campus Universitário Ministro Petrônio Portella (CMPP) por ser o maior, mais antigo e a sede da instituição. Em seguida, para o levantamento dos dados relevantes, buscou-se no site da instituição documentos relevantes como o Calendário Acadêmico, e o Plano de Desenvolvimento Institucional (PDI), solicitando-se junto à Pró Reitoria de Administração (PRAD) as cópias das faturas de Energia Elétrica de fevereiro de 2014 a janeiro de 2015 (ano base) desse campus. De posse das faturas, analisou-se a composição das despesas com Energia Elétrica, identificando-se, de acordo com a sua modalidade tarifária, os Custos Gerenciáveis (demanda e consumo de energia) e as Perdas Evitáveis (Demanda de Ultrapassagem, Reativo Excedente, Multas e Juros).

Já na fase de campo, para o Diagnóstico Energético Detalhado das salas de aula da UFPI, percebeu-se que não existe um "layout" padrão para as mesmas e, para compará-las, após a autorização da direção geral do Centro de Tecnologia (CT) da UFPI, escolhido em virtude de já possuir estudos de Eficiência Energética, utilizou-se duas salas de aula de dimensões semelhantes para a realização dos estudos: uma do curso de Engenharia Civil, pelo fato de funcionar em um prédio antigo, e outra do curso de Engenharia de Produção, em virtude de ocupar uma das edificações mais novas do CT. Utilizou-se, portanto, uma amostragem não probabilística, devido ao grande número de salas de aula desse centro (37 salas de aula, com dimensão e capacidade médias de       74,01 m² e 70 carteiras, respectivamente) e do alto custo de instalação dos medidores (estimado em R$1.000,00/sala de aula).

A climatização e iluminação de ambas as salas foi comparada com indicadores padronizados pelo INMETRO (2010) para identificar potencialidades de economia de energia e em finais de semana, seguindo as orientações do PIMVP (EVO, 2007), instalou-se dois medidores de energia em cada sala de aula, isolando esses sistemas, responsáveis por, aproximadamente, 72% do consumo energético de prédios públicos, para medição do consumo de Energia Elétrica e das Variáveis Independentes em cada um dos Ciclos de Medição.

As variáveis independentes foram definidas em função da atividade fim da instituição e o Ciclo de medição foi definido por conveniência como sendo o intervalo de sete dias compreendidos entre as quintas-feiras de cada semana, o que facilitou o monitoramento dos fatores estáticos (parâmetros que influenciam no consumo cuja variação não é detectada pelo modelo matemático proposto pelo PIMVP). Em virtude do início das férias escolares, utilizou-se as oito primeiras medições (projeto piloto) para estimar o Ano Base (período utilizado para modelar matematicamente o consumo de energia em função das variáveis independentes), com uma precisão de 95%, admitindo-se a variação de 5 ou 10% da média amostral do Consumo Relativo de cada um dos sistemas em relação à média desse consumo, considerando que poderiam ser feitas infinitas medições. O Ano Base foi, portanto, definido com base nessas estimativas e no prazo final para conclusão dos estudos.

Durante o período de realização do projeto, avaliou-se o grau de correlação entre as Variáveis Independentes e o consumo de energia, além dos Fatores Estáticos para se sugerir possíveis ajustes. Ao final do Diagnóstico Energético, foram definidas Linhas Base, determinadas por Regressão Linear, e após essa definição foram sugeridas ainda possíveis PEE, a serem aplicados a esses sistemas, analisados técnica e economicamente, através da adequação a normas técnicas, da influência no serviço oferecido pela universidade, da determinação de sua Aderência Estratégica e apuração de métricas, utilizando as Linhas Base definidas. 

3. Referencial teórico

Projetos de Eficiência Energética podem ser Básicos ou Executivos, diferenciando-se nos seus objetivos e exigências, entretanto, na sua elaboração devem ser considerados aspectos: segurança; funcionalidade e adequação ao interesse público; economia na execução, conservação e operação; possibilidade de emprego de mão-de-obra, materiais, tecnologia e matérias-primas existentes no local para execução; facilidade na execução, conservação e operação, sem prejuízo da durabilidade da obra ou do serviço; adoção das normas técnicas, de saúde e de segurança do trabalho adequadas; e impacto ambiental  (BRASIL, 2013). O atendimento a essas exigências garante a viabilidade técnica do projeto, lembrando que a utilização de profissionais capacitados e habilitados é imperativa para garantir a sua viabilidade técnica e que a execução de PEE não deve afetar adversamente a qualidade do serviço ou produto oferecido.

Por sua vez, para analisarmos a viabilidade econômica dos PEE devemos encará-los como Projetos de Investimento. Schroeder (2005) afirma que projetos dessa natureza podem ser financiados por meio de capital de terceiros, capital próprio, ou de reinvestimento de lucros e essas fontes de financiamento de projetos precisam ser convencidas da validade e do retorno satisfatório dos projetos de investimento e, além disso, essas organizações tendem a buscar uma estrutura ótima que possa agregar mais valor, com o menor custo de capital.

Segundo Frezatti (2008), a decisão de investir em um projeto pode ser definida através de uma análise quantitativa (numérica) ou qualitativa (não-numérica). Nessa última abordagem a aprovação de um projeto decorre da manifestação de poder de uma pessoa ou de um grupo, sem, necessariamente, considerar os custos e benefícios da implantação, mas refletindo a estratégia da firma, suas políticas, a estrutura de mercado em que está inserida, seus pontos fortes e fracos, bem como possíveis ameaças ao seu negócio. Já a análise quantitativa, que será destacada nesse trabalho, pressupõe o cumprimento de todos os pré-requisitos para a elaboração de um bom Projeto de Investimento, que deve ser composto por seis partes: Identificação do projeto; Orçamentação; Cronograma físico-financeiro; Benefícios do projeto; Projeção do fluxo de caixa; Análise econômico-financeira.

A identificação do projeto contém o título e a descrição e, no caso específico de projetos de engenharia, deve conter no mínimo Projeto Básico, Memorial Descritivo, Memória de Cálculo, Especificações Técnicas e Lista de Materiais. Já para a estimativa de custos não existe um método único que possa ser utilizado em todas as situações e cada técnica pode ser apropriada a um projeto específico, sendo necessário compreender os princípios de cada um para escolher o melhor dependendo da complexidade e duração do projeto, da perícia da equipe e do método de desenvolvimento, por exemplo (KHATIB, 2010).

Li (2009) afirma que nas últimas décadas um número significativo de softwares de estimativa de custos foram apresentadas na literatura e a Estimativa Baseada em Analogia (traduzido do inglês Analogy Based Estimation – ABE), que é essencialmente um raciocínio baseado em casos similares, é uma das técnicas mais populares, no entanto, a ABE ainda é muito criticada pelo rigor baixo na previsão, pela grande exigência de memória, e grande custo computacional. Nesse trabalho utilizaremos como referência a metodologia apresentada pelo Instituto Brasileiro de Engenharia de Custos (IBEC) (IBEC, 2009) e por Dias (2011) que pressupõe a identificação dos Custos Diretos (material e mão-de-obra) e Custos Indiretos (lucro previsto; margem de incerteza; tributos sobre a nota fiscal; seguros; garantias; custos com a administração central; e custo financeiro) decorrentes de sua implantação. Tal metodologia pode ser aplicada a todos os tipos de projetos.

O Cronograma físico-financeiro do projeto é composto pela identificação das tarefas a serem executadas, identificando os pré-requisitos (atividades que são decisivas para a execução de outras) e superposições (atividades que podem ser executadas concomitantemente), além dos momentos de impacto no Fluxo de Caixa.  Por sua vez, no levantamento dos benefícios do projeto, deve-se estimar a economia de energia decorrente da execução do PEE, com base no desempenho de projetos semelhantes ou em índices conhecidos conforme mostrado anteriormente.

De acordo com Jakob (2003), limitar os benefícios relacionados relacionados a execução de PEE apenas à redução dos gastos com a energia pode conduzir a decisões erradas, uma vez que os co-benefícios, como maior conforto, boa qualidade do ar interior e melhor protecção contra o ruído, por exemplo, podem ascender a mesma ordem de grandeza que os benefícios relacionados com a energia. Entretanto, esse trabalho limitar-se-á a verificação dos benefícios decorrentes da redução do consumo de energia. Essa economia, principal benefício dos PEE, pode ser entendida como uma redução na utilização de energia, e assim ser alcançada por uma redução nos serviços, produtos e atividades fornecidas, uma maior eficiência energética, ou ambos. Porém, outra abordagem para esse conceito considera que a energia é poupada somente quando as mesmas atividades são realizadas ou os mesmos produtos ou serviçõs são fornecidos com menor consumo de energia (PÉREZ-LOMBARD et al., 2013).

Nesse trabalho consideraremos essa última abordagem que norteia o Protocolo Internacional da Medição e Verificação de Performance (PIMVP). Apontado como referência pela ANEEL (ELETROBRAS, 2009), o Volume I do PIMVP (EVO, 2007), de responsabilidade da Organização para Avaliação da Eficiência (Efficiency Valuation Organization – EVO), descreve, dentre outros aspectos, as práticas comuns de medição, cálculo e relatório de economia obtida por PEE nas instalações do usuário final e deve ser utilizado para quantificar os benefícios decorrentes de sua implantação.

De posse desses dados deve-se projetar o Fluxo de Caixa que apresenta as entradas e saídas de capital e a sua periodicidade, para, a partir de então, analisar e argumentar sobre a Aderência Estratégica do projeto ao indicar se o projeto atenderá ou não às estratégias do plano da entidade, em especial os de longo prazo e, consequentemente, estará alinhado a sua missão e visão, além de fazer a análise econômico financeira com a apuração de métricas (FREZATTI, 2008).

Para a análise quantitativa pode ser utilizado o Valor Persente Líquido (VPL) que, considerando-se a via útil do projeto, consiste em trazer todos as entradas e saídas de capital ao longo do tempo para o instante inicial do investimento e determinar o valor presente das entradas de caixa, além do período Payback que consiste em determinar em quanto tempo ter-se-á o retorno do investimento, considerando-se, em ambos os casos, a Taxa de Desconto. Para Schroeder (2005) a escolha do método e da taxa na análise de Projetos de Investimento é essencial, não somente para o sucesso de determinado investimento, mas para o sucesso de toda a organização.

Para Ehrlich et al. (2011), considera-se Custo de Oportunidade o que se deixa de ganhar por não se realizar o investimento correspondente a uma determinada oportunidade enquanto que se considera Juros o que se paga para obtenção do capital necessário para um determinado investimento. Na análise econômico financeira de projetos, deixar de ganhar é o mesmo que perder, dessa forma, tanto o Custo de Oportunidade quanto os Juros serão traduzidos em Taxa de Desconto, podendo ainda, no caso de PEE, considerar-se as projeções das variações da taxa de juros e dos reajustes das tarifas de energia.

Outra métrica bastante utilizada na análise econômica é a Taxa Interna de Retorno (TIR) que, em suma, é uma taxa intrínseca do projeto e, dependendo apenas dos Fluxos de Caixa projetados, é a taxa que remunera o investimento e que torna nulo o seu VPL. Se a TIR for maior do que a Taxa de Desconto, o projeto pode ser aceito. Dessa forma a determinação do VPL, da TIR e do Payback pressupõe a existência da projeção de um Fluxo de Caixa e a determinação de uma Taxa de Desconto. De qualquer forma, dado que o processo de planejamento nada mais é do que um suporte aos gestores, o que mais importa é a capacidade dos mesmos em utilizar as ferramentas de forma a aumentar a assertividade do processo de gestão e sua provável diminuição dos riscos do investimento (FREZATTI, 2008).

Yang et al. (2007) afirma que essas análises baseadas na interpretação desses indicadores determinísticos, são largamente utilizadas por governos nacionais e os bancos de desenvolvimento, entretanto, esta metodologia não pode quantificar totalmente os riscos e incertezas no preço da energia, na política dos governos sobre as alterações climáticas, e no regime internacional no mecanismo de mudança climática, representando incertezas para o investimento do setor de energia, principalmente, quando se trata de projetos de alta complexidade ou quando o Fluxo de Caixa for por um período mais extenso. Nesse trabalho essas incertezas não serão consideradas em virtude do Payback, relativamente curto das intervenções sugeridas e de sua baixa complexidade, conforme será mostrado posteriormente.

4. Resultados e discussão

Instituída em primeiro de março de 1971 a UFPI é uma instituição federal de Ensino Superior sediada na cidade de Teresina-PI, possuindo ainda campi nas cidades de Parnaíba, Picos, Floriano e Bom Jesus, sendo financiada com recursos do Governo Federal (UFPI, 2015). De acordo com o último PDI (2015-2019) divulgado pela instituição, a UFPI visa ser reconhecida como uma universidade de excelência na construção e difusão do conhecimento científico, tecnológico e artístico, comprometida com o desenvolvimento socioeconômico, de modo inovador e sustentável.

De acordo com a metodologia apresentada, foram analisadas as faturas de energia elétrica de fevereiro de 2014 a janeiro de 2015 do CMPP, solicitadas à PRAD por meio de um ofício encaminhado à Pró-reitora que foi prontamente atendido. A partir da análise das faturas, identificou-se que o campus, segundo os padrões estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), constitui-se de duas unidades consumidoras junto à concessionária de energia local. Ambas as unidades consumidoras são classificadas como grupo A, subgrupo A4 (tensão de fornecimento de 13,8 kV), do tipo Poder Público Federal e tem seu consumo de energia elétrica faturado pela concessionária local na Tarifa Horária Verde, cobrando uma tarifa única para a demanda de potência (média de 9,75 R$/kW em 2014) e duas tarifas para o consumo de energia: uma para o horário ponta (média de 0,92 R$/kWh em 2014), ou seja, período em que a demanda de energia é maior na área de concessão da concessionária de energia local, compreendido entre as 17 horas e 30 minutos e 20 horas e 29 minutos de cada dia (exceção feita aos sábados, domingos e alguns feriados previstos pela Agência Reguladora) e outra tarifa de energia com um custo menor que a anterior para o horário fora de ponta (média de 0,17 R$/MWh em 2014), ou seja, para o restante do dia (ANEEL, 2010).

Com uma área física total de 179.786,12m², o CMPP é a sede da instituição e a Tabela 1 mostra o resumo da composição das suas despesas com energia elétrica em 2014, destacando os Custos Gerenciáveis (demanda e consumo de energia ponta e fora ponta) e as Perdas Evitáveis (Demanda de Ultrapassagem, Reativo Excedente, Multas e Juros):

Tabela 1: Composição das despesas com energia elétrica do CMPP de janeiro a dezembro de 2014.

Fonte: Elaborada pelo próprio autor.

O apoio da UFPI com a disponibilização das informações solicitadas foi imperativo para a realização dos estudos. Com a análise das faturas do CTT, por exemplo, pode-se fazer o levantamento das despesas com energia elétrica e identificar perdas que poderiam ser evitadas com a atuação de um Sistema de Gestão Energética, sobretudo na revisão dos contratos de fornecimento de energia, correção do fator de potência e diminuição da burocracia no pagamento das faturas (LEITE et al., 2015b). 

Se tais iniciativas forem encaradas como projetos de investimento com um custo de implantação estimado em R$ 30.000,00 (estimado com base em projetos semelhantes), considerando-se as médias da inflação dos últimos cinco anos (6,26%) e dos reajustes das tarifas de energia (9,49%), e uma vida útil de quinze anos para o projeto, o valor de R$ 644,17/mês que foi visto com perdas, pode agora ser encarado como benefício da intervenção. Dessa forma o projeto poderá se pagar em 5,07 anos (pay-back ajustado) e após a sua via útil a UFPI terá lucrado R$ 114.189,60 (Valor Presente Líquido após quinze anos), somente com intervenções no CTT, uma vez que na análise econômica, deixar de gastar é o mesmo que lucrar (LEITE et al., 2015b). 

Em edificações existentes, como é o caso do CMPP, há um potencial de economia de energia de até 30% (LAMBERTS et al., 2014), além disso, o diagnóstico energético executado identificou algumas potencialidades de economia de energia. Dessa forma, após a autorização dos serviços, conforme a metodologia apresentada, foram escolhidas as salas de aula 536 (sala nova) e 553 (sala antiga), dos cursos de Engenharia de Produção e de Engenharia Civil do CT da UFPI, respectivamente, mostradas na Figura 1, sendo a primeira a sala mais nova e a última a mais antiga:

Figura 1: Sala 536 e 553 do CT da UFPI.

Fonte: Elaborada pelo próprio autor.

A sala do curso de Engenharia de Produção, inaugurada em março de 2010, possui 62,38 m² e pelo fato dos Sistemas de Climatização e Iluminação possuírem disjuntores exclusivos pôde-se instalar os medidores de energia nos quadros de distribuição de energia existentes. Já a sala do curso de Engenharia Civil, inaugurada em outubro de 1998, possui 62,39 m² e pelo fato de o Sistema de Iluminação não possuir um disjuntor exclusivo para ele e de não existir espaço no quadro secundário para a instalação do medidor no Sistema de Climatização, foi instalado um quadro de distribuição de circuitos secundário em frente a sala de aula, longe do alcance dos alunos, com os medidores e disjuntores para proteção.

Os medidores instalados em ambas as salas são digitais, da marca KRON, e medem apenas energia ativa com precisão de medição de 99%, com o Custo Direto real para a instalação dos mesmos de R$ 2.048,80. Entretanto, ressalta-se, que os medidores instalados são do tipo indicador e, portanto, a cada medição a leitura teve que ser feita diretamente, o que possibilitou detectar a variação de fatores estáticos, mas que também aumentou os custos de medição, não contabilizados na estimativa, além de não poderem ser lidos na ocasião de uma falta de energia, fato que ocorreu durante o período de estudo e comum na Universidade.

Desde 2009 as edificações Comerciais, de Serviços e Públicos, como é o caso das IES, podem ser classificadas com a Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE) e fazerem jus à Etiqueta PBE Edifica no âmbito do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), devendo seguir os Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C) (INMETRO, 2010), com o índice A de eficiência energética sendo obrigatória para na aquisição ou locação de máquinas e aparelhos consumidores de energia bem como nos projetos de imóveis construídos ou adaptados com recursos públicos federais para exercício de atividade administrativa ou para a prestação de serviços públicos (MPOG, 2014). Melo et al. (2012) comprova em seus estudos que o desenvolvimento do RTQ-C no Brasil é um instrumento importante para garantir a eficiência energética dos edifícios futuros no país, no entanto, enfatiza a necessidade de um modelo simplificado mais preciso e eficiente para o cálculo do consumo de energia utilizada no processo de etiquetagem.

De acordo com o Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO), a envoltória (planos que separam o ambiente interno do ambiente externo como as paredes, tetos e pisos) deve ser classificada segundo os aspectos pertinentes ao projeto de arquitetura, enquanto que os Sistemas de iluminação devem ser classificados segundo a carga instalada e o tipo de controle do sistema. Já os condicionadores de ar do tipo janela ou tipo Split com eficiência avaliada pelo PBE, obrigatória desde 2001, podem ter sua eficiência consultada em tabelas atualizadas com classes de eficiência energética disponibilizadas no site do INMETRO enquanto que os não etiquetados devem ter sua eficiência determinada por ensaios específicos, determinados no RTQ-C (INMETRO, 2010). Conforme resume a Tabela 2, com a comparação dos sistemas com os indicadores de eficiência padronizados e avaliação qualitativa, pode-se concluir que todos os Sistemas de Iluminação e Climatização das salas estudadas são ineficientes.

Tabela 2: Classificação dos Sistemas de Iluminação e Climatização das salas estudadas.

Fonte: Elaborada pelo próprio autor.

De acordo com a metodologia apresentada, além do consumo de energia, foi medido também o número de dias de consumo, o número de dias letivos e o número de aulas programadas no intervalo de tempo compreendido entre duas quintas-feiras, que definem o ciclo de medição. As medições realizadas nos oito primeiros ciclos de medição foram definidas na pesquisa como Projeto Piloto e para se uniformizar os dados, utilizou-se a mesma variável independente para as duas salas de aula, dessa forma, a análise de correlação sugere que utilizemos a variável aulas programadas para modelar o consumo de energia elétrica desses sistemas por apresentarem maiores coeficientes de correlação.

Foram realizadas 28 e 27 medições nos Sistemas de Iluminação das salas 536 e 553, respectivamente, e 23 medições no sistema de climatização da sala 536, em virtude de o medidor trifásico ainda não estar disponível para instalação no início da pesquisa de campo. Entretanto, ao término da pesquisa, pode-se garantir nesses sistemas uma variação máxima de 10% da média do consumo relativo da amostra, em relação à média do consumo relativo do Sistema de Climatização dessa sala de aula. Todas essas medições foram utilizadas para determinar a linha base para modelar o consumo desses sistemas.

Seguindo esse mesmo critério, para garantir uma variação máxima de 10% da média amostral do consumo relativo para o sistema de climatização da sala 553, deveriam ser feitas 24 medições. Entretanto, na 17ª medição (09/04/2015) percebeu-se que a instalação de um novo condicionador de ar tipo Split havia sido concluída nessa sala e que, mesmo com a instalação desse novo aparelho (mais eficiente que os demais), os condicionadores de ar tipo janela foram mantidos. Além disso, em alguns casos os três aparelhos chegavam a funcionar simultaneamente, dessa forma, esse fato configurou-se como uma variação de um Fator Estático e, portanto, decidiu-se então utilizar essas 17 primeiras medições para modelar matematicamente o consumo de Energia Elétrica pelo seu Sistema de Climatização. Todo o consumo de energia dos condicionadores de ar tipo janela nessa sala de aula após a instalação do Split caracterizaram-se, portanto, como perdas que totalizaram 1.393,81 kWh até 25 de junho de 2015 (dois meses de consumo, aproximadamente), equivalente ao consumo mensal de 8,55 residências brasileiras (163 kWh/residência).

Vale ressaltar que o PIMVP não determina um intervalo de tempo mínimo para a determinação da linha base dos projetos, nem tampouco critérios estatísticos. Dessa forma, desde que aceito pela administração, as Linhas Base definidas com as medições já executadas podem ser utilizadas para a verificação do desempenho de possíveis PEE, uma vez que após a execução dos mesmos, a área de estudo com as características de consumo antigas deixa de existir. Através da Análise de Regressão, pode-se determinar que existe linearidade entre o consumo de energia dos Sistemas de Iluminação e o número de aulas programadas.

Dessa forma a Figura 4 mostram as Linhas Base dos Sistemas de Iluminação das salas de aula com suas equações e seus respectivos Coeficientes R² que determinam o percentual de adequação do modelo matemático, excluindo-se as medições que foram considerados "pontos fora da curva" (outliers), considerando os consumos relativos dos sistemas de iluminação das salas de aula. Ressalta-se que não foram encontrados outliers nas medições da sala 536 mas foram encontrados dois outliers nas medições do consumo da sala 553 (4ª e 8ª medições) que foram prontamente excluídos da modelagem matemática.

Conforme mostrado nos gráficos apresentados na Figura 2, existe apenas uma correlação fraca do consumo de Energia Elétrica do Sistema de Iluminação da sala do curso de Engenharia de Produção (sala 536), necessitando de maiores estudos para garantir uma melhor correlação e melhor adequação do modelo matemático do consumo desse sistema. Entretanto, com relação ao consumo do Sistema de Iluminação da sala do curso de Engenharia Civil, pode-se determinar que existe uma correlação forte entre esse consumo e o número de aulas programadas, com 71% da variação desse consumo podendo ser explicado pela variação do número de aulas programadas (R² = 0,7134), e elaborar uma linha base confiável para a verificação do desempenho de possíveis PEE.

Figura 2: Linha Base do Sistema de Iluminação das salas 536 E 553 do CT da UFPI.

Fonte: Elaborada pelo próprio autor.

Utilizando-se simulações computacionais com o auxílio do software Relux®, concluiu-se que a sala 553, mesmo possuindo um sistema de iluminação menos eficiente que o da sala 536, possui um maior potencial de aproveitamento da luz natural. O novo sistema de iluminação artificial proposto para essa sala é composto por nove luminárias sobrepostas modelo, com camada reflexiva e aletas, cada uma com duas lâmpadas fluorescentes tubulares T16 de 35W e reatores eletrônicos dimerizáveis com tecnologia 1...10V (instaladas somente nas luminárias mais próximas às janelas), comandadas por um interruptor de três seções, um para cada fileira de luminárias paralela às janelas, atendendo as exigências do índice A de eficiência proposto pelo INMETRO (LEITE et al., 2015a).

Utilizou-se ainda, a linha base formada pelas 18 primeiras medições na sala 553 e elaborou com uma linha base com 67% de adequação (y = 1,201x + 0,6489), concluindo que é possível reduzir o consumo de energia desse Sistema de Iluminação, com o sistema proposto, com uma redução estimada de 36,25% no consumo de energia e 21,25% na demanda com aderência estratégica e viabilidade técnico-econômica, atingindo um lucro de R$ 883,67 após a vida útil do projeto (estimada em 15 anos), com o retorno do investimento em 9,92 anos e uma Relação Custo-benefício igual a 0,66, considerando-se a média dos reajustes da inflação e dos reajustes das tarifas de Energia Elétrica (LEITE et al., 2015a).

Ainda através da Análise de Regressão, pode-se determinar que existe linearidade entre o consumo de energia dos Sistemas de climatização das salas e o número de aulas programadas. A figura 3 mostra as Linhas Base dos Sistemas de Climatização das salas de aula com suas equações e seus respectivos Coeficientes R².

Figura 3: Linha Base do Sistema de Climatização das salas 553 e 536 do CT da UFPI.

Fonte: Elaborada pelo próprio autor.

Conforme visto anteriormente, o índice de eficiência do condicionador de ar determina a eficiência do sistema de climatização das salas de aula. Dessa forma, utilizando a Linha Base do Sistema de Climatização da sala 536, passaremos a analisar a Viabilidade Técnico-econômica da execução de um PEE para execução de um "retrofit" com o objetivo de elevar o índice de eficiência do Sistema de D para A, conforme a regulamentação do INMETRO.

Para tanto, projetou-se a substituição do condicionador de ar tipo Split existente nessa sala por um Split similar de índice A de eficiência. Ressalta-se que essa sala foi escolhida porque o seu modelo matemático elaborado apresenta uma melhor adequação. Analisou-se a tabela do INMETRO com os novos índices de eficiência e se identificou que existe um aparelho similar ao já instalado (tipo e potência) que foi utilizado no projeto.

O custo de fornecimento e instalação foi estimado em R$ 11.875,00, considerando um Bônus de Despesas Indiretas (BDI) de 25% e com base em projetos similares. Já os custos de manutenção foram desprezados porque para os dois sistemas (antigo e novo) os custos são iguais e já existe uma empresa contratada para realizar este serviço. Como o EERatual (Eficiência Energética do Refrigerador) e o EERnovo são iguais a 2,79 e 3,26, respectivamente, com a execução do "retrofit", estima-se, uma economia de energia de energia de 5,17% e de 3,35% na demanda, portanto, um benefício de R$ 15,46/mês. Sendo proposto como projeto de investimento, com uma vida útil também estimada em 15 anos, considerando-se também a média dos reajustes da inflação e das tarifas de Energia Elétrica, podemos afirmar que o projeto não se pagará ao final de sua vida útil e após a sua vida útil a UFPI ainda estará com um déficit de R$ 8.414,47 somente com essa sala. O resumo da análise de viabilidade econômica dos projetos propostos é mostrado na Tabela 3:

Tabela 3: Análise de viabilidade econômica de todos os projetos propostos

Fonte: Elaborada pelo próprio autor.

Analisando-se essas métricas, pode-se determinar que o projeto de modernização do Sistema de Climatização da sala 536 não possui viabilidade econômica. Entretanto, há de se destacar ainda a aderência estratégica da sua modernização, além da exigência legal de sistemas eficientes, sobretudo com as determinações do Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão (MPOG) e do MEC. Por outro lado, se todas as intervenções forem analisadas conjuntamente, pode-se afirmar que esses projetos são Viáveis Técnica e Economicamente, com um lucro estimado em mais de cem mil reais ao final da vida útil dos projetos, com o retorno do investimento em menos de cinco anos, conforme mostra a Tabela 3, motivo pelo qual as incertezas destacadas por Yang et al. (2007) foram desconsideradas.

Ademais, salienta-se que o Sistema de Climatização existente nessa sala de aula, mesmo apresentando um índice D de Eficiência Energética, é um sistema novo que foi instalado em 2010 e faz parte da grande expansão da infraestrutura física da Instituição ocorrida no período de 2010 a 2014, com a área total edificada da Universidade passando de 9.209,96 m² para 90.508,00 m² (UFPI, 2015) sugerindo pouca ou nenhuma preocupação com a Eficiência Energética nessa expansão.

Para a mudança nesse padrão de consumo, os órgãos públicos devem, portanto, avaliar os procedimentos de licitação (obrigatórios para a contratação de obras e serviços de engenharia em órgão públicos), incluindo critérios de sustentabilidade nos editais e capacitando os profissionais envolvidos nesse processo, conforme orienta Sousa et al. (2015), uma vez que, conforme afirma Ó Gallachóir (2007), a operação proficiente do edifício é vital para a sua eficiência energética, entretanto é na fase inicial do ciclo de vida que se define o potencial de economia de energia.

Vale ressaltar ainda que, conforme comprova Kneifel (2010), com medidas de eficiência energética convencionais pode-se reduzir uma média de 20 ou 30% o uso de energia, sem quaisquer alterações significativas no projeto do edifício. Se a Eficiência for considerada na fase de projeto, os custos de substituição de um aparelho de ar condicionado menos eficiente por um mais eficiente por exemplo, como foi proposto no projeto de retrofit da sala 536, seriam reduzidos porque considerar-se-ia apenas a diferença no preço dos dois aparelhos, podendo trazer a Viabilidade Econômica para esse tipo de modernização.

5. Conclusões

O apoio das universidades com a disponibilização das informações solicitadas é imperativo para a realização dos estudos de Eficiência Energética, aumenta o nível de controle e de transparência da administração pública, fornece informações para que se promovam processos de melhoria, além de propiciar a definição e avaliação de políticas públicas. Com a análise das faturas de energia elétrica, pode-se fazer o levantamento das despesas com energia elétrica e identificar perdas que podem ser evitadas com a atuação de um Sistema de Gestão Energética, sobretudo na revisão dos contratos de fornecimento de energia, correção do fator de potência e diminuição da burocracia no pagamento das faturas, devendo ser encaradas como Projetos de Investimento de Aderência Estratégica, com Viabilidade Técnico-econômica.

Pôde-se perceber que não existe um padrão para as instalações da UFPI, sobretudo nos Sistemas de Iluminação e Climatização das salas de aula, com baixos índices de eficiência. Entretanto, com a análise dos Sistemas de Iluminação das sala de aula, pode-se concluir que a execução de PEE direcionados a esses sistemas com a utilização de automação predial e substituição de luminárias e lâmpadas, visando um maior potencial de aproveitamento da luz natural e a obtenção do índice A de eficiência energética segundo os padrões determinados no RTQ-C do INMETRO, são Viáveis Técnico-economicamente com a estimativa de redução de até 36,25% no consumo e 21,25% na demanda por energia.

Já com a análise dos Sistemas de Climatização das salas de aula, pode-se concluir que as instalações das universidades, mesmo que novas, podem apresentar baixos índices de eficiência energética, podendo ser objeto de retrofit, comViabilidade Técnica e Aderência Estratégica, podendo reduzir em até 5,17% o consumo de energia e 3,36% na demanda. Entretanto, se analisada isoladamente, podem não possuir Viabilidade Econômica, destacando a necessidade da adoção de critérios de sustentabilidade nos editais de licitação, uma vez que a fase inicial do Ciclo de Vida das edificações é decisiva para determinar o seu potencial de economia de energia, sem alterações significativas na fase de projeto, diminuindo os custos e podendo trazer a Viabilidade Econômica para a modernização dos sistemas.  Por outro lado, com a análise conjunta das intervenções propostas, pode-se concluir que mesmo alguns PEE isoladamente não apresentando Viabilidade Economicamente, se eles fizerem parte de um conjunto maior de intervenções as universidades ainda assim poderão beneficiar-se economicamente.

Os estudos foram realizados no CMPP, mas, ressalvadas as suas especificidades, as conclusões podem ser extrapoladas para todas as Universidades. As universidades devem ser, portanto, exemplo de sustentabilidade para toda a comunidade e incentivar mudanças concretas na realidade social não só através de sua atividade fim (ensino, pesquisa e extensão), mas também com a articulação da gestão com a infraestrutura das edificações. Tais ações devem, portanto, ser encaradas como Projetos de Investimento de Aderência Estratégica, uma vez que devem se encontrar alinhadas com a sua missão e a visão definidas nos PDI, e com as determinações do Governo Federal, sobretudo no que diz respeito à Educação Ambiental e à Gestão Ambiental.

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1. Engenheiro Eletricista, Especialista em Gestão Ambiental e Aluno do Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente da UFPI. E-mail: eng.osvaldo@live.com
2. Engenheiro Químico e Doutor em Engenharia Química, orientador do Projeto de pesquisa e professor do Curso de Engenharia de Produção/UFPI. E-mail: pinheiro@ufpi.edu.br
3. Engenheiro Eletricista, Doutor em Engenharia Elétrica, coorientador do projeto de pesquisa e professor do Curso de Engenharia Elétrica/UFPI. E-mail: fabiorocha@ufpi.edu.br

4. Engenheira Eletricista. Especialista em Projeto, Controle e Execução de Engenharia Elétrica e Especialista em Automação de Processos Industriais. Professora do Curso de Engenharia Elétrica da Faculdade Santo Agostinho. E-mail: cristianasleite@gmail.com