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As projeções globais de energia existentes subestimam o impacto das mudanças climáticas nos sistemas de aquecimento e resfriamento urbanos em cerca de 50% até 2099 se as emissões de gases de efeito estufa permanecerem altas, relatam pesquisadores. Essa disparidade pode afetar profundamente o planejamento crítico de energia sustentável para o futuro.
Os estudos existentes concentram-se predominantemente em ciclos de feedback químico, que são processos de larga escala envolvendo interações complexas entre uso de energia, emissões de gases de efeito estufa e a atmosfera. No entanto, um grupo de pesquisa liderado pela University of Illinois Urbana-Champaign foca nas interações físicas frequentemente negligenciadas entre infraestrutura urbana e a atmosfera que podem contribuir para microclimas locais e, finalmente, para o clima global.
Um novo estudo liderado pelo professor de engenharia civil e ambiental Lei Zhao enfatiza que o calor residual em menor escala no nível da cidade, proveniente de esforços de aquecimento e resfriamento de propriedades residenciais e comerciais, pode levar a grandes impactos nos climas locais e no uso de energia. As descobertas do estudo são publicadas no periódico Natureza Mudanças Climáticas.
“O calor gerado por sistemas de aquecimento e resfriamento é uma parte substancial do calor total gerado em áreas urbanas”, disse Zhao. “Esses sistemas geram muito calor que é liberado na atmosfera dentro das cidades, tornando-as mais quentes e aumentando ainda mais a demanda por sistemas de resfriamento interno, o que alimenta ainda mais calor nos climas locais.”
Este processo é parte do que os pesquisadores chamam de um ciclo de feedback físico positivo entre o uso do sistema de resfriamento de edifícios e o aquecimento de ambientes urbanos locais. Os autores também observam que o aumento das temperaturas sob as mudanças climáticas poderia potencialmente diminuir a demanda de energia durante os meses mais frios, um ciclo de feedback negativo que deve ser considerado em quaisquer projeções de temperatura e demanda de energia.
De acordo com o estudo, menor uso de aquecimento levaria à liberação de menos calor no ambiente urbano, induzindo menos aquecimento urbano do que no clima atual.
“Este processo forma um ciclo de feedback físico negativo que pode amortecer a redução da demanda de aquecimento”, disse Zhao. “Mas não cancela de forma alguma o efeito do ciclo de feedback positivo. Em vez disso, nosso modelo sugere que ele pode polarizar a demanda sazonal de eletricidade, o que apresenta seu próprio conjunto de problemas para os quais é necessário um planejamento cuidadoso.”
Para incluir essas contribuições físicas negligenciadas no quadro geral das mudanças climáticas, a equipe usou uma estrutura de modelagem híbrida que combina modelagem dinâmica do sistema terrestre e aprendizado de máquina para examinar a demanda global de energia para aquecimento e resfriamento urbano sob a variabilidade e as incertezas das mudanças climáticas urbanas — incluindo os desafios espaciais e temporais impostos pelo fato de que as cidades variam em renda, infraestrutura, densidade populacional, tecnologia e tolerância à temperatura.
“Acredito que a mensagem deste estudo é que projeções de energia que integrem os efeitos dos ciclos de feedback físico positivo e negativo são necessárias e estabelecerão as bases para uma avaliação mais abrangente do impacto climático, formulação de políticas baseadas na ciência e coordenação no planejamento energético sensível ao clima.”
A equipe de Zhao já está aprendendo como variáveis e incertezas como umidade, materiais de construção e esforços futuros de mitigação do clima influenciarão ainda mais seus modelos para melhorar as projeções de demanda de energia.
Zhao também é afiliado ao Instituto de Sustentabilidade, Energia e Meio Ambiente, ao Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação e ao Gies College of Business em Illinois.
A National Science Foundation e o iSEE da Universidade de Illinois Urbana-Champaign apoiaram este estudo.
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