DOI: 10.5281/zenodo.18377406
title: Interpreting future water heating electricity consumption in Brazilian cities – Dashboard and parquet files

description: (English)

1. Introduction 

This project investigates the impact of climate change and user behaviour on electricity consumption for water heating in Brazil. Focusing on instantaneous heating technology (electric showers), the study proposes an innovative simulation framework that integrates climate data, appliance technical parameters, and regional cultural habits. The methodology uses a large-scale database with 578 Brazilian climate files to project energy demand under different climate change scenarios (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, and SSP5-8.5) for the years 2050 and 2080. The main objective is to provide a territorialised perspective for energy planning, helping policymakers understand how rising temperatures may reduce water-heating loads in some regions while shifting building energy profiles. The research steps include:



Data Acquisition: Processing of 578 historical TMYx files and 4,624 future EPW files.

Mathematical Modelling: Implementation of a linear interpolation model based on the Brazilian energy labelling scheme (INMETRO) and IPT data.

Behavioural Calibration: Definition of "shutdown temperature thresholds" for each region to match top-down historical consumption.

Impact Assessment: Statistical analysis of future trends and regional variations in energy demand. 


2. Further details on the methodology 

The model's innovation lies in the use of the "shutdown temperature threshold," a behavioural proxy that assumes the heating element remains off when outdoor temperatures exceed a specific threshold. It also lies in the use of hourly assessments of air and water temperatures based on EPW files, which allow users to understand the impact of future water heating nationwide. More details on the methodology may be obtained in the main manuscript [1].

Table 1 - Parameters and data used in the simulation: 






Parameter 



Data used in the simulations





Climatic base files



578 Brazilian cities (historical TMYx 2007-2021)  





Future Scenarios 



SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP5-8.5 (2050 and 2080)  





Appliance Data 



410 electric shower models from 15 brands (IPT database)  





Calibration Target 



Regional benchmarks from EPE and PPH (Eletrobrás)  





Shower Duration 



Fixed at 8 minutes per day per person  





Inlet Water Temperature



Assumed equal to outdoor dry-bulb temperature (DBT)





3. References:

[1] Vaz, I.C.M., Rodrigues, E., Ghisi, E. (2026). Water heating in Brazil: an integrated analysis of climate change, user behaviour and energy demand. To be published. 

[2] Eletrobrás (2019). Pesquisa de Posse e Hábito (PPH). National survey.

[3] Rodrigues, E., Fernandes, M. S., & Carvalho, D. (2023). Future weather generator for building performance research: An open-source morphing tool and an application. Building and Environment, 233, 110104. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110104

Current version of the dashboard: 1.0.0.

Available at PAIM-AA

Suggestions for improvement can be made directly in the GitHub repository at future-water-heating-analysis or sent by e-mail to igorcmvaz@gmail.com.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

(Português-BR)

1. Introdução

Este projeto investiga o impacto das mudanças climáticas e do comportamento dos usuários no consumo de eletricidade para aquecimento de água no Brasil. Com foco na tecnologia de aquecimento instantâneo (chuveiros elétricos), o estudo propõe uma estrutura de simulação inovadora que integra dados climáticos, parâmetros técnicos dos aparelhos e hábitos culturais regionais. A metodologia utiliza um banco de dados em grande escala, com 578 arquivos climáticos brasileiros, para projetar a demanda de energia sob diferentes cenários de mudanças climáticas (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 e SSP5-8.5) para os anos de 2050 e 2080. O principal objetivo é fornecer uma perspectiva territorializada para o planejamento energético, ajudando os formuladores de políticas a compreender como o aumento das temperaturas pode reduzir as cargas de aquecimento de água em algumas regiões, ao mesmo tempo em que altera os perfis energéticos dos edifícios. As etapas da pesquisa incluem:



Aquisição de dados: Processamento de 578 arquivos históricos TMYx e de 4.624 arquivos futuros EPW.

Modelagem matemática: Implementação de um modelo de interpolação linear com base no esquema brasileiro de rotulagem energética (INMETRO) e nos dados do IPT.

Calibração comportamental: definição de “limites de temperatura de desligamento” para cada região, a fim de corresponder ao consumo histórico.

Avaliação de impacto: análise estatística das tendências futuras e das variações regionais na demanda de energia.


2. Detalhes metodológicos

A inovação do modelo reside na utilização do “limiar de temperatura de desligamento”, um indicador comportamental que pressupõe que o elemento de aquecimento permanece desligado quando as temperaturas externas excedem um limiar específico. Também se baseia no uso de avaliações horárias das temperaturas do ar e da água com base em arquivos EPW, que permitem aos usuários compreender o impacto do aquecimento futuro da água em todo o país. Mais detalhes sobre a metodologia podem ser encontrados no manuscrito principal [1].

Tabela 1 - Parâmetros e dados utilizados na simulação:






Parâmetro



Dados utilizados nas simulações





Arquivos climáticos base



578 cidades brasileiras (TMYx histórico 2007-2021)





Cenários futuros



SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP5-8.5 (2050 e 2080) 





Dados dos aparelhos



410 modelos de chuveiros elétricos de 15 marcas (banco de dados IPT) 





Meta de calibração    



Referências regionais da EPE e PPH (Eletrobrás) 





Duração do banho



Fixada em 8 minutos por dia por pessoa 





Temperatura da água na entrada



Considerada igual à temperatura do bulbo seco externo (DBT)





3. Referências: 

[1] Vaz, I.C.M., Rodrigues, E., Ghisi, E. (2026). Water heating in Brazil: an integrated analysis of climate change, user behaviour and energy demand. To be published.

[2] Eletrobrás (2019). Pesquisa de Posse e Hábito (PPH). National survey.

[3] Rodrigues, E., Fernandes, M. S., & Carvalho, D. (2023). Future weather generator for building performance research: An open-source morphing tool and an application. Building and Environment, 233, 110104. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110104

Versão atual do dashboard: 1.0.0.

Disponível em PAIM-AA

As sugestões de melhorias podem ser feitas diretamente no repositório do GitHub, em future-water-heating-analysis, ou enviadas para igorcmvaz@gmail.com.