Methodological proposal for energy planning in the development of urban areas. The potential of integrating strategies and solutions in urban morphology and mobility, buildings, energy and environment, on Agua Branca urban operation study-case, Sao Paulo

Abstract

O objeto da presente tese é o desenvolvimento de uma proposta metodológica para planejamento energético no desenvolvimento de áreas urbanas, na escala de distritos, bairros e unidades de vizinhança. A metodologia proposta é aplicável a estudos de desenvolvimento de novas áreas urbanas, distritos ou bairros e estudos para requalificação de áreas urbanas já ocupadas, como ferramenta de suporte ao planejamento e ao processo decisório. Inicialmente, foi produzida uma base referencial dos principais condicionantes para o planejamento energético urbano, segundo o escopo considerado nesse trabalho de pesquisa. Nessa etapa foram identificadas e analisadas as interdependências entre esses fatores e sua participação no consumo energético e nas emissões de poluentes. A proposta metodológica está estruturada em dois módulos principais: Módulo 1 - Gerenciamento da Demanda de Energia, envolvendo aspectos relacionados à Morfologia Urbana, Mobilidade Urbana e Edificações, tais como densidade populacional e construída, uso e ocupação do solo, geometria de quadras e cânion urbano, sistema de transporte urbano de passageiros, sistema viário, tecnologias veiculares e combustíveis, soluções passivas em conforto ambiental e substituição tecnológica de equipamentos em edificações; e Módulo 2 - Gerenciamento da Oferta de Energia, incluindo sistemas de geração e distribuição de energia elétrica e térmica para aquecimento e resfriamento em escala urbana, inclusive com aproveitamento de recursos energéticos residuais e renováveis. Dos Módulos 1 e 2 resultam os níveis de consumo de energia e as emissões totais de poluentes, incluindo Gases de Efeito Estufa e poluentes locais. Na composição da proposta metodológica participam variáveis e parâmetros relacionados aos condicionantes de planejamento energético urbano, bem como procedimentos de cálculo que integram e compatibilizam as configurações urbanas quanto à morfologia, mobilidade, edificações, e geração de energia. Os procedimentos foram sistematizados em um conjunto de planilhas eletrônicas e gráficos comparativos, desenvolvidos para aferição da proposta metodológica, suporte na visualização de resultados e indicadores e posterior aplicação como ferramenta no planejamento de áreas urbanas. A proposta metodológica foi aplicada no caso da Operação Urbana Água Branca, no Município de São Paulo, ficando demonstrado o potencial de integração de estratégias e comprovando a tese em questão. Nas duzentas e dezessete diferentes situações configuradas por meio da metodologia proposta, foi possível identificar não apenas importantes potenciais quantitativos, mas também a contribuição relativa dos diversos condicionantes para o resultado global, em termos energéticos, urbanísticos e ambientais. Além dos cenários apresentados, a proposta metodológica permite que diversos outros possam ser configurados para outras áreas urbanas a serem desenvolvidas ou requalificadas, desde que as variáveis e os parâmetros sejam adequadamente adaptados a cada realidade. The subject of this thesis is the development of a methodology for energy planning in the development of urban areas, in the scale of districts and neighborhoods. The proposed methodology has two main applications as a tool to support strategic planning and decision-making process: studies for the development of new urban areas, districts or neighborhoods, and studies for rehabilitation of urban areas already used. Initially, a conceptual and technical approach was done about the main constraints for urban energy planning, according to the scope considered in this research. In this stage, the interrelationships among these factors and their impact in terms of energy consumption and pollutant emissions were identified and analyzed. The proposed methodology is organized into two main modules: Module 1 - Energy Demand Management, involving aspects of urban morphology, urban mobility and buildings, such as population density and built area, land use, urban blocks and urban canyon geometry, urban transport, road system, vehicle and fuel technologies, passive solutions to environmental comfort and technological replacement of equipment in buildings; and Module 2 - Energy Supply Management, including district and local systems for generating and distributing electricity and steam for heating and cooling purpose, including the use of renewable and waste energy resources. Levels of energy consumption and the total emission of pollutants, including greenhouse gases and local pollutants, result from the Modules 1 and 2. The proposed methodology involves variables and parameters related to the constraints of urban energy planning as well as calculation procedures that integrate and match the urban settings under consideration, as urban morphology, mobility, buildings, power generation and district systems. The procedures were systematized into a set of spreadsheets and charts developed to verify the proposed methodology, visualization support of results and indicators, and later application as a tool for planning of urban areas. The proposed methodology was applied to the Agua Branca Urban Operation study-case, in the city of Sao Paulo, in which the potential of integrating strategies was demonstrated. In thirty-six different situations defined by using the proposed methodology, it was possible to identify not only important quantitative potentials but also the relative contribution of various constraints to the overall result in terms of energy, urban and environmental issues. In addition to the scenarios presented, the proposed methodology allows the configuration of several other options to different urban areas to be developed or rehabilitated, but variables and parameters need to be properly adapted to each situation.