palavras-chave Eficiência energética, energia renovável, soluções construtivas, relação custo - eficicência
resumo Com o desenvolvimento da regulamentação há uma tendência para o aumento
das preocupações com a eficiência energética dos espaços onde as pessoas habitam.
O objectivo desta pesquisa é o estudo de diferentes soluções construtivas, de forma a obter-se uma maior eficiência energética do edifício em estudo, reduzindo-se as necessidades energéticas do mesmo. Desta forma fazem-se análises às envolventes, vãos envidraçados e sistemas de sombreamento. Estuda-se a importância do sistema solar térmico para o aquecimento de águas sanitárias, assim como dos sistemas de aquecimento e arrefecimento contemplados no regulamento.
A metodologia utilizada baseia-se no cálculo dos vários coeficientes de transmissão térmica, para os elementos da envolvente, nas várias soluções construtivas dissecadas.
São executadas simulações, para obtenção dos resultados das necessidades de aquecimento, necessidades de arrefecimento e necessidades globais de energia primária, comparadas para cada fracção.
Complementa-se o supracitado, com estimativas de custos para as diferentes soluções.
Os resultados mostram que é possível atingir excelentes comportamentos térmicos das fracções, sem um aumento significativo de custos. Cada vez mais é necessário fazer a diferença na construção, o que é conseguido com a implementação de soluções arquitectónicas que proporcionem um maior conforto interior. Por outro lado a evolução regulamentar está a motivar um aumento da exigência dos clientes, obrigando os nossos promotores / construtores imobiliários a apresentarem edifícios cada vez mais eficientes, com certificados energéticos de elevada classificação.
keywords Energetic efficiency, renewable energies, constructive solutions, cost-efficiency relations
abstract With the development of standards and regulations there is a trend to the increase of the concern with energetic efficiency of the spaces where people live.
The goal of this research is the inclusion of energetic efficiency constructive solutions in order to achieve a better energetic efficiency of the building in study and therefore decrease its energetic needs. The goal is also the
implementation of a bioclimatic architecture that improves the performance of the building, considering local environment and taking advantage of available natural resources, as well as the integration of renewable energies in the building in a way that allows to capture energy from renewable sources, for the production of electricity reducing the needs of energy from the network. The methodology used is based on the calculation of the different heat transfer coefficients, for the surrounding elements, in a numerous possible ways of implementation.
Simulations are done to obtain the results of heating, cooling and primary global needs.
With the various solutions to the exterior and interior opaque surrounding, pavements, terraces, glazed, shading, thermal solar system, among others, economical analysis and cost-efficiency relations are made.
Finally a study for the installation of a photovoltaic system is carried out, with energy being sold to the public network, where the annual and total profit is analyzed as well as the investment cost.
The results show that it is possible to achieve excellent thermal behaviour of the fractions without harming significantly the costs. On one end the regulation development is stimulating customer demands, forcing the property
promoters/builders to present buildings more and more efficient, with high classification energetic certificates. On the other end the need to make a difference in the buildings is growing which is achieved with the implementation of bioclimatic architectures and renewable energies.
ÍNDICE GERAL
ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE TABELAS
ÍNDICE GERAL
1.
INTRODUÇÃO ...3
1.1. Enquadramento ... 3 1.2. Objectivos do trabalho... 6 1.3. Metodologia... 7 1.4. Estrutura da Trabalho ... 72.
ESTADO DA ARTE ...11
2.1. Evolução Regulamentar... 11 2.2. Eficiência energética... 13 2.3. Construção sustentável ... 14 2.4. Energias alternativas... 153.
ANÁLISE TÉRMICA DO EMPREENDIMENTO ...21
3.1. Enquadramento do Edifício ... 21
3.1.1. Descrição e Localização do Edifício ... 21
3.1.2. Concepção arquitectónica do edifício... 24
3.2. Cálculo das necessidades energéticas das fracções – soluções de projecto ... 25
3.2.1. Soluções construtivas e sistemas adoptados... 25
3.2.2. Necessidades e classificação energética do edifício... 28
3.3. Analise das soluções adoptadas e alternativas... 29
3.3.1. Considerações de Isolamento térmico ... 30
3.3.1.1. Enquadramento ... 30
3.3.1.2. Comparação entre os diferentes materiais isolantes térmicos ... 31
3.3.2. Envolvente vertical exterior... 32
3.3.2.1. Considerações de isolamento térmico em paredes ... 33
3.3.2.2. Pontes térmicas ... 33
3.3.2.3. Inércia Térmica... 35
3.3.2.4. Parâmetros regulamentares... 35
3.3.2.5. Estimativa de custos ... 39
3.3.2.6. Pormenorização da solução adoptada... 44
3.3.2.7. Fachada ventilada ... 45
3.3.3.1. Paredes entre habitação / Hall comum ... 46
3.3.3.2. Paredes entre habitação e caixas de escadas... 47
3.3.3.2.1. Comportamento térmico ... 47
3.3.3.2.2. Estimativa de custos ... 48
3.3.3.3. Paredes entre Habitação / Caixas de Elevador ... 49
3.3.3.3.1. Comportamento térmico ... 49
3.3.3.3.2. Estimativa de custos ... 51
3.3.4. Envolvente horizontal exterior – Pavimentos exteriores ... 52
3.3.4.1. Considerações de isolamento térmico em pavimentos exteriores .. 52
3.3.4.2. Comportamento térmico ... 53
3.3.4.3. Estimativa de custos ... 56
3.3.5. Envolvente horizontal exterior – Cobertura Plana ... 57
3.3.5.1. Considerações de isolamento térmico em coberturas planas... 57
3.3.5.2. Comportamento térmico ... 58
3.3.5.3. Pormenorização da solução ... 59
3.3.6. Envolvente horizontal exterior - Coberturas inclinadas ... 60
3.3.6.1. Considerações de isolamento térmico em coberturas inclinadas.... 60
3.3.6.2. Comportamento térmico ... 61
3.3.6.3. Pormenorização da solução ... 61
3.3.7. Envolvente horizontal interior ... 62
3.3.7.1. Comportamento térmico ... 62
3.3.7.2. Estimativa de custos ... 65
3.3.8. Pontes Térmicas Lineares... 66
3.3.8.1. Considerações Gerais ... 66
3.3.8.2. Pontes térmicas lineares existentes... 67
3.3.9. Vãos Envidraçados ... 67
3.3.9.1. Considerações Gerais ... 67
3.3.9.2. Orientação do Edifício ao Sol... 68
3.3.9.3. Parâmetros regulamentares... 71
3.3.9.3.1. Factor Solar do Vidro ... 71
3.3.9.3.2. A Condutividade do Vidro ... 72
3.3.9.3.3. Emissividade dos Vidros ... 72
3.3.9.4. Análise de diferentes vidros no mercado... 73
3.3.9.4.2. Vidro isolante ... 73
3.3.9.4.3. Vidro reflectante ... 76
3.3.9.4.4. Vidro reflectante na massa ... 79
3.3.9.5. Solução de Projecto ... 81 3.3.9.6. Estimativa de custos ... 84 3.3.10. Caixilharias... 85 3.3.10.1. Considerações gerais ... 85 3.3.10.2. Solução de Projecto ... 87 3.3.11. Ventilação Natural ... 90 3.3.11.1. Considerações gerais ... 90 3.3.11.2. Solução de Projecto ... 90 3.3.12. Ventilação Artificial ... 92 3.3.12.1. Soluções de Projecto... 92 3.3.13. Dispositivos de Assombreamento ... 93 3.3.13.1. Considerações Gerais ... 93 3.3.13.2. Solução de Projecto ... 94 3.3.13.2.1. Comportamento térmico ... 95 3.3.13.2.2. Estimativa orçamental ... 98
3.3.14. Sistema Solar térmico... 100
3.3.14.1. Considerações Gerais ... 100
3.3.14.1.1. Aquecimento de água para uso doméstico ... 103
3.3.14.1.2. Apoio solar ao aquecimento ... 104
3.3.14.1.3. Apoio solar ao ar condicionado ... 105
3.3.14.1.4. Montagens possíveis:... 105
3.3.14.2. Solução de Projecto ... 107
3.3.14.3. Estimativa de custos ... 110
3.3.14.4. Sem sistema solar térmico ... 111
3.3.15. Sistemas para aquecimento e arrefecimento... 113
3.4. Necessidades energéticas dos fogos – Solução Optimizada... 116
3.4.1. Estimativa de custos final ... 120
3.5. Alteração da localização do edifício... 122
3.6. Alteração das soluções de conforto térmico ... 125
4.
CONCLUSÕES ...135
4.1. Discussão e Conclusões... 135
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...145
ANEXOS ...147
ANEXO I – PEÇAS DESENHADAS DO PROJECTO ANEXO II – FOLHAS DE CÁLCULO DO RCCTE ANEXO II – DOCUMENTOS TÉCNICOS
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Modelo de certificação energética ... 14
Figura 2. Imagem área com implantação do edifício em estudo ... 23
Figura 3. Projecto de arquitectura do empreendimento ... 24
Figura 4. Relação custo - eficácia para os diversos tipos de isolamento ... 32
Figura 5. Aplicação de isolamento térmico pelo exterior [19] ... 34
Figura 6. Correcção de ponte térmica de uma parede dupla em planta [19]... 34
Figura 7. Correcção de ponte térmica em corte [19]... 35
Figura 8. Variação das necessidades de aquecimento para as diferentes soluções.... 37
Figura 9. Variação das necessidades de arrefecimento para as diferentes soluções .. 37
Figura 10. Variação das necessidades de globais para as diferenças soluções ... 38
Figura 11. Estimativa de custo global para cada fracção, do custo das paredes exteriores ... 43
Figura 12. Pormenor construtivo da Solução adoptada ... 45
Figura 13. Fachada ventilada por grampeamento ... 46
Figura 14. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento das fracções do piso 1 ... 55
Figura 15. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento das fracções do piso 1... 55
Figura 16. Variação das necessidades globais de energia primária das fracções do piso 1 ... 56
Figura 17. Esquema da cobertura plana implementada no projecto. ... 59
Figura 18. Esquema da cobertura inclinada implementada no projecto. ... 61
Figura 19. Variação entre as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento e a espessura do isolamento ... 63
Figura 20. Variação entre as necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento e a espessura do isolamento ... 64
Figura 21. Variação entre as necessidades globais de energia primária e a espessura do isolamento... 64
Figura 22. Estimativa de custos para as diferentes espessuras de isolamento a colocar em elementos de envolvente horizontal interior ... 65
Figura 24. Orientação das aberturas para o piso tipo ... 71
Figura 25. Esquema da Radiação de um vidro [22]... 71
Figura 26. Curva das condensações para diferentes tipos de vidro [25]... 75
Figura 27. Gráfico da variação do coeficiente de transmissão térmico em função da caixa-de-ar e para vários tipos de vidro... 76
Figura 28. Analise comparativa entre os coeficientes de transmissão térmica de diferentes tipos de vidro. ... 79
Figura 29. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento para os diferentes tipos de vidros ... 82
Figura 30. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento para os diferentes tipos de vidros ... 83
Figura 31. Variação das necessidades globais de energia primária para os diferentes tipos de vidros... 83
Figura 32. Análise comparativa do custo de implementação da solução B e G ... 85
Figura 33. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento para caixilharia em alumínio, madeira e PVC ... 88
Figura 34. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento para caixilharia em alumínio, madeira e PVC... 89
Figura 35. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento para caixilharia em alumínio, madeira e PVC... 89
Figura 36. Tipologia de fracções com fluxo de ar ... 91
Figura 37. Fachada com Sistema de Ganho Directo, com ventilação cruzada ... 92
Figura 38. Assombreamento com palas na fachada orientada a Sul ... 95
Figura 39. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento para as duas soluções ... 97
Figura 40. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento para as duas soluções... 97
Figura 41. Variação das necessidades globais de energia primária para as duas soluções ... 98
Figura 42. Custos das várias Soluções por fracções ... 99
Figura 43. Estore exterior orientável, lâminas C, lâmina Z e chapas de remate respectivamente. ... 100
Figura 44. Esquema de Sistema individual de circulação Forçada [27] ... 102
Figura 46. Esquema de Funcionamento do solar térmico com circulação forçada [27] ... 104 Figura 47. Montagem sobre cobertura inclinada [27]... 106 Figura 48. Montagem sobre cobertura plana [27]... 106 Figura 49. Variação da energia necessária para o edifício e a produzida pelo sistema
solar térmico. ... 109 Figura 50. Necessidades nominais anuais de energia útil para produção de AQS
com e sem solar térmico ... 112 Figura 51. Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento por
fracção com e sem solar térmico ... 112 Figura 52. Variação das necessidades globais de energia primária por fracção, para
as duas soluções... 116 Figura 53. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para
aquecimento para o cálculo inicial, e para a optimização de todas as soluções ... 118 Figura 54. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para
arrefecimento para o cálculo inicial, e para a optimização de todas as soluções ... 118 Figura 55. Variação das necessidades globais de energia primária para o cálculo
inicial, e para a optimização de todas as soluções ... 119 Figura 56. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para
aquecimento em função da zona climática de Inverno... 123 Figura 57. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para
arrefecimento em função da zona climática de Verão... 123 Figura 58. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para produção
de AQS ... 124 Figura 59. Variação das necessidades globais de energia primária em função da
zona climática ... 124 Figura 60. Variação da classificação energética em função da zona climática ... 125 Figura 61. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para
aquecimento com e sem conforto térmico, nas várias fracções... 128 Figura 62. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para
Figura 63. Variação das necessidades globais de energia primária com e sem
conforto térmico, nas várias fracções. ... 129 Figura 64. Classificação energética das fracções sem sistema solar térmico, com
soluções construtivas de conforto reduzidas e com sistemas de
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1. Distribuição de espaços ... 22
Tabela 2. Dados Climáticos... 23
Tabela 3. Mapa de Valores nominais para o edifício ... 29
Tabela 4. Análise da condutibilidade térmica e preço por m2 de alguns tipos de isolamento... 31
Tabela 5. Verificação dos limites estabelecidos pelo RCCTE ... 36
Tabela 6. Estimativa do custo unitário de parede exterior para as várias soluções.... 39
Tabela 7. Estimativa de custos, global por fracção para as várias soluções... 42
Tabela 8. Analise dos requisitos mínimos regulamentares para a envolvente interior, para hall de entrada... 47
Tabela 9. Analise dos requisitos mínimos regulamentares da envolvente interior para caixa de escada ... 48
Tabela 10. Estimativa de custos de ambas as soluções ... 48
Tabela 11. Análise dos requisitos mínimos regulamentares para envolvente interior . ... 50
Tabela 12. Análise dos requisitos para o comportamento térmico da parede ... 50
Tabela 13. Estimativa de custos para a alteração da espessura de isolamento de 3cm para 4 cm... 51
Tabela 14. Analise do comportamento térmico dos diversos pavimentos ... 54
Tabela 15. Estimativa orçamental para as diferentes soluções... 57
Tabela 16. Analise do comportamento térmico da cobertura... 59
Tabela 17. Analise dos requisitos de comportamento térmico de cobertura inclinada ... 61
Tabela 18. Comportamento térmico do pavimento para as três soluções ... 62
Tabela 19. Analise de custos para as diferentes espessuras de isolamento. ... 65
Tabela 20. Pontes térmicas lineares existentes nas fracções do caso de estudo... 67
Tabela 21. Análise vários parâmetros para diferentes vidros [25] ... 75
Tabela 22. Analise das características térmicas para diferentes tipos de vidros existentes no mercado [25] ... 78
Tabela 23. Analise de parâmetros para várias tipologias de vidros de controlo solar com transmissão de luminosidade [25] ... 80
Tabela 24. Soluções de vidros em estudo para o empreendimento... 81
Tabela 25. Estimativa orçamental para a solução B e solução G... 84
Tabela 26. Analise do comportamento térmico da caixilharia, nos diferentes materiais. ... 87
Tabela 27. Orientação das aberturas envidraçadas... 90
Tabela 28. Variação das necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, arrefecimento e necessidades globais de energia primária para as duas soluções. ... 96
Tabela 29. Analise de Custos para blackouts e estores exteriores orientáveis de laminas metálicas em C e Z... 99
Tabela 30. Comparação entre os dois sistemas [29]... 106
Tabela 31. Pressupostos para o dimensionamento do equipamento... 107
Tabela 32. Características técnicas do equipamento ... 108
Tabela 33. Valores estimados de energia produzida pelo sistema proposto [34]... 109
Tabela 34. Estimativa de custos para o sistema solar térmico proposto, com valores de tabela... 110
Tabela 35. Necessidades energéticas com e sem sistema solar térmico... 111
Tabela 36. Tipo de energia e equipamentos utilizados na solução de projecto, para o arrefecimento e aquecimento... 114
Tabela 37. Tipo de energia e equipamentos utilizados para o sistema de arrefecimento e aquecimento, alternativo... 114
Tabela 38. Variação das necessidades globais de energia primária para cada fracção, nas duas soluções... 115
Tabela 39. Mapa de valores nominais para o edifício ... 117
Tabela 40. Estimativa orçamental global para as alterações ao projecto inicial. ... 120
Tabela 41. Analise do proveito económico ao fim de um ano, para as soluções melhoradas relativamente ao projecto inicial. ... 121
Tabela 42. Custo evitado por ano em energia ... 122
Tabela 43. Valores nominais para soluções de conforto térmico mínimas ... 126
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO
ENQUADRAMENTO
OBJECTIVOS DO TRABALHO
METODOLOGIA
1.
INTRODUÇÃO
Este Capítulo introdutório apresenta um enquadramento do tema da pesquisa, expondo o panorama a partir do qual o assunto do estudo foi originado (secção 1.1). São apresentados os objectivos do trabalho (secção 1.2), a metodologia utilizada (secção 1.3) e a estrutura do trabalho (secção 1.4).
1.1.
Enquadramento
A preocupação com a utilização racional de energia nos edifícios surgiu no período posterior à primeira crise internacional do petróleo, em 1973. No entanto, quando olhamos para o panorama actual Português, reparamos que o sector dos edifícios foi responsável por cerca de 27% dos consumos globais do país: 11% para os edifícios de serviços e 16% para os edifícios residenciais [1]. Relativamente aos consumos de 1990, foi verificado um aumento de 38% do consumo no sector residencial e de 85% no sector dos serviços. Estes valores corresponderam a taxas anuais de crescimento de 4 e 7% respectivamente, sendo que os valores correspondentes aos edifícios de serviços superaram mesmo o sector dos transportes, que aumentou 69% durante a década de 90, a uma taxa de 6% [2].
Os inúmeros relatórios e a evidência científica que atestam o estado frágil do ecossistema Terra, bem como as preocupações relativas ao custo e segurança do abastecimento energético, fazem com que se reconheça a importância e urgência da definição de políticas com objectivos claros e ambiciosos para a Energia. Assim, surge como incontestável, o recurso à eficiência energética e às fontes renováveis de energia.
O aumento significativo do custo da energia, acrescido do facto de que as suas fontes não são ilimitadas e do impacto ambiental relativo à sua utilização, fomentaram iniciativas, medidas e pesquisas que estimulam a eficiência energética.
Está-se perante uma discussão em torno de iniciativas de conteúdo importante e oportuno, que incidem sobre matérias que exigem actuação, quer no plano da saúde pública quer no plano da preservação ambiental e da qualidade de vida. Os problemas já conhecidos, advenientes da ausência de controlo no que toca à qualidade do ar no interior dos edifícios podem, efectivamente, ser minimizados. Ao mesmo tempo, é cada
vez mais importante, que sejam adoptadas regras para a racionalização do consumo energético dos edifícios, quer seja pela importância da diminuição de emissão de gases com efeito estufa, quer seja pela diminuição dos consumos sobredimensionados de energia.
Muitos países, passaram a adoptar medidas legais e regulamentações com o objectivo de estabelecer certos níveis mínimos de desempenho térmico para os edifícios, os quais têm sido gradativamente alteradas, de modo a acompanhar a evolução do conhecimento referente ao tema [3].
Em 2006 foram publicados as novas versões do RCCTE e do RSECE [4] [5]. Com estes regulamentos, pretende-se de uma forma geral, reduzir os consumos energéticos nos edifícios com o aumento da eficiência energética. A realidade de uma grande parte da nossa edificação, tanto de edifícios domésticos como de serviços, revela graves deficiências nestas áreas. Soluções simples, como paredes duplas ou com blocos térmicos, isolamento e vidros duplos, só começaram a ser aplicadas nos últimos anos. A eficiência energética, tanto nos edifícios, como em todas as actividades consumidoras de energia, tem que constituir uma prioridade [3].
A Portaria nº 461/2007 [6], impôs que, os pedidos de licenciamento de edifícios a construir, com mais de mil metros quadrados, têm obrigatoriamente que ser acompanhados de um certificado de eficiência energética (SCE) [7]. A legislação abrange todos os edifícios residenciais e de serviços a construir e tem como principal objectivo diminuir os excessos de consumo. A partir de 2 de Julho de 2008 esta exigência passou a aplicar-se a todos os edifícios novos.
Para se atingir uma maior eficiência energética dos edifícios, importaria actuar numa fase anterior à do projecto, a nível do planeamento urbanístico, como forma de permitir a melhor integração das energias endógenas com as tecnologias de utilização racional de energia, por esta ordem de prioridade. Deve-se enquadrar melhor o planeamento urbanístico, impondo regras mínimas comuns de desempenho por zona de intervenção, diminuindo o carácter casuístico e desarticulado que caracteriza, muitas vezes, a intervenção dos projectistas da arquitectura e das instalações energéticas, que não podem actuar de outra forma por falta de enquadramentos adequados.
Devem assim ser implementadas estratégias de:
• design passivo, aprovadas pela regulamentação em vigor;
• implementação de medidas de eficiência energética;
que contribuam para a sustentabilidade da construção, com a finalidade de promover um bom desempenho ambiental do edifício.
A adopção de estratégias de design passivo são soluções para as quais Portugal dispõe de grande potencial, devido às condições climatéricas que implicam um custo inferior dos sistemas mecânicos de climatização, quer no investimento quer na manutenção.
Por outro lado, os materiais e as soluções construtivas adoptadas na construção do edifício são importantes no seu desempenho térmico e logo na sua eficiência energética. A escolha criteriosa dos materiais deve ser feita com o objectivo de minimizar o impacto ambiental da construção, conjugada com as expectativas do cliente no que respeita à estética. O comércio de materiais para construção sustentada reúne certas características que apresentam vantagens para a protecção ambiental, não constituindo um maior investimento e possuindo uma qualidade idêntica aos outros produtos [8].
Antes de um edifício se tornar consumidor de energia, para alcançar as condições de habitabilidade necessárias e para oferecer conforto térmico aos seus utilizadores, pode transmitir para o seu interior o melhor que o clima oferece. Ainda antes de recorrer às fontes de energia convencionais, o gás natural e a electricidade, pode transformar a energia renovável do sol e do vento em energia útil, ou seja, contribuindo para o conforto e para satisfazer as necessidades energéticas das actividades humanas.
No clima mediterrânico, as temperaturas médias exteriores coincidem com as temperaturas que são consideradas confortáveis no interior das casas. A arquitectura bioclimática / construção sustentável proporciona o melhor conforto ambiental interior, reduzindo simultaneamente até 80% as necessidades de consumo de energias convencionais e diminuindo também as emissões de CO2 para a atmosfera [9].
Existe uma série de estudos que retratam estas problemáticas. No entanto continua a haver ausência de estudos sistematizados com exemplos práticos de aplicação, que estudem as diferentes soluções construtivas possíveis e efectuem a respectiva análise de custos, de forma a encontrar um equilíbrio custo – eficiência, para um caso específico, que possa ser uma ajuda para os nossos promotores, construtores e utilizadores finais.
Este estudo ambiciona colmatar estas necessidades, aplicadas a um exemplo prático, o empreendimento Lake II. Este edifício pretende ser um empreendimento
sustentável no contexto urbano de Aveiro e um exemplo positivo de qualidade de vida das pessoas que nele habitam, trabalham e convivem. Trata-se de um edifício, de habitação e comércio, com diversas tipologias, que pretende constituir um exemplo de sustentabilidade e eficiência energética, na medida em que respeita o ambiente através da:
• utilização racional de energia, água e recursos naturais (materiais e resíduos);
• sensibilização da população para a importância da construção sustentável e energeticamente eficiente;
• maximização do conforto ambiental do edifício.
1.2.
Objectivos do trabalho
São objectivos desta pesquisa:
• avaliar o comportamento térmico de diferentes soluções construtivas para a melhor relação custo-eficiência;
• analisar graficamente a variação das necessidades de aquecimento, necessidades de arrefecimento e necessidades globais de energia primária, consequentes de cada solução construtiva;
• analisar sobre a importância e impacto do sistema solar térmico e dos sistemas de aquecimento e arrefecimento, nas necessidades energéticas e classificação energética das fracções;
• considerar soluções e sistemas com comportamentos térmicos, máximos admissíveis pela regulamentação em vigor e transpor para o caso de estudo;
• verificar a alteração das necessidades energéticas e classificação energética das fracções, para uma zona climática mais desfavoráveis.
1.3.
Metodologia
Apresenta-se a metodologia desenvolvida para alcançar a intenção fundamental deste trabalho, que é avaliar as diversas soluções construtivas possíveis de implementação para o caso de estudo, com vista a obter uma boa classificação energética.
A metodologia utilizada baseia-se no cálculo dos vários coeficientes de transmissão térmica, para os elementos da envolvente, nas várias soluções construtivas.
São executadas simulações para obtenção dos resultados das necessidades de aquecimento, necessidades de arrefecimento e necessidades globais de energia primária, quando relevante também para a classificação energética das fracções, nas diversas soluções e sistemas estudados.
1.4.
Estrutura da Trabalho
O presente trabalho é dividido em quatro capítulos:
Capítulo I. Introdução
No qual se efectua o enquadramento do tema, estabelecem os objectivos do trabalho, a metodologia seguida e a estrutura da dissertação.
Capítulo II. Estado da Arte
Apresenta-se os conceitos teóricos e a evolução regulamentar aplicados no caso de estudo.
Capítulo III. Análise térmica do empreendimento
São apresentados, todos os dados obtidos do projecto térmico, assim como várias soluções construtivas e sistemas com as respectivas análises gráficas e económicas, que sustentam a escolha das soluções implementadas no caso de estudo.
Capítulo IV. Conclusões
Faz-se um sumário de todo o conteúdo da tese, a discussão de resultados encontrados e das principais conclusões obtidas.
CAPÍTULO II - ESTADO DA ARTE
EVOLUÇÃO REGULAMENTAR
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
ENERGIAS ALTERNATIVAS
2.
ESTADO
DA
ARTE
Este Capítulo apresenta um enquadramento histórico do tema da pesquisa, expondo a evolução regulamentar no âmbito energético (secção 2.1.), os conceitos e aplicações relacionados com a eficiência energética (secção 2.2.), a construção sustentável (secção 2.3.) e as energias alternativas (secção 2.4.).
2.1.
Evolução Regulamentar
O Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios – RCCTE, foi o primeiro documento legislativo na área da Térmica de Edifícios, aprovado em 1990, pelo Decreto-Lei n.º 40/90 que entrou em vigor em 1991 [10]. Portugal foi dos últimos Países da Europa Comunitária a dispor de um regulamento sobre esta matéria, pelo que a versão de 1990 reflecte a experiência adquirida noutros países atendendo à especificidade climática do nosso país. Foi no entanto, inovador nos aspectos ligados ao conforto de Verão, tendo sido o primeiro regulamento europeu a impor requisitos de protecção solar nos vãos envidraçados, para além da redução das necessidades de aquecimento e arrefecimento nos novos edifícios.
Este regulamento pretendeu promover o conforto térmico com a limitação de consumos energéticos, tendo para tal recorrido à definição de dois parâmetros, as necessidades nominais de energia nas estações de aquecimento e de arrefecimento. Determinava assim que as:
• necessidades nominais de aquecimento (Nic) ≤ necessidades de aquecimento de referência (Ni);
• necessidades nominais de arrefecimento (Nvc) ≤ necessidades de arrefecimento de referência (Nv).
Na sua formulação, o RCCTE estabeleceu requisitos mínimos de qualidade térmica dos edifícios, quer ao nível dos coeficientes de transmissão térmica dos elementos opacos da envolvente, quer ao nível dos factores solares dos vãos envidraçados no Verão, requisitos estes, dependentes das zonas climáticas. Importa salientar o papel do RCCTE pela forma como contribuiu para a utilização generalizada
de isolamento térmico e de vidros duplos nos edifícios e para a melhoria dos requisitos térmicos da envolvente.
A versão anterior do RCCTE foi considerada por alguns como pouco exigente, mas, logo de início esteve sempre subjacente que, num prazo de 5 anos, o RCCTE seria objecto de revisão no sentido do aumento do grau de exigência, revisão essa que não se verificou. Procurou no entanto, ser um regulamento consensual, de fácil implementação e cuja obrigatoriedade para licenciamento induzisse um interesse crescente na adopção de estratégias solares passivas e de conservação de energia. Olhando para a construção no presente, pode-se dizer que esse objectivo foi conseguido, com a construção em alguns casos, a ultrapassar os requisito mínimos regulamentares [2].
Em 1992 e em 1998, respectivamente, surgiram os RQSECE (Regulamento da Qualidade dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios) [11] e o RSECE (Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios) [12], nos quais foram estabelecidas exigências de concepção e instalação de sistemas, tendo em vista racionalização energética.
A assinatura, por parte da União Europeia, do Protocolo de Kyoto, obrigou os países membros a definirem medidas de acção que incentivassem a utilização prudente e racional dos recursos energéticos, de forma a reduzir a emissão dos gases de dióxido de carbono (GEE) para a atmosfera. O sector residencial e terciário, composto maioritariamente pelos edifícios, foi foco de grande atenção, por ser o responsável por mais de 40% do consumo final de energia da União Europeia. Dentro desse contexto surgiu a Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético dos Edifícios [13], a qual estabeleceu uma série de requisitos com o objectivo de promover a melhoria do desempenho energético e dessa forma atender aos compromissos assumidos no Protocolo de Kyoto.
Através desta directiva são estabelecidos requisitos em matéria de:
• enquadramento geral da metodologia de cálculo do desempenho energético dos edifícios;
• aplicação de requisitos mínimos para o desempenho energético dos edifícios;
• aplicação de requisitos mínimos para o desempenho energético de edifícios existentes sujeitos a importantes obras de renovação;
Todos os países membros deveriam ter que implementar as exigências supracitadas nas suas regulamentações nacionais, até 4 de Janeiro de 2006 [13]. Assim em 2006 foram publicadas as novas versões do RCCTE e do RSECE, em Portugal [4] [5].
2.2.
Eficiência energética
Os regulamentos em vigor exigem que os edifícios novos tenham valores mínimos de eficiência energética, tendo estes que ser classificados energeticamente (Figura 1). Com a construção actual, as habitações apresentam ciclos de vida de 60 anos ou até mais. Assim, uma concepção eficiente pode significar poupanças consideráveis ao longo do seu ciclo de vida útil.
Embora algumas medidas de eficiência energética possam ser implementadas numa fase posterior à construção dos edifícios, muitas vezes torna-se mais difícil e economicamente mais caro a sua incorporação quando a casa já está construída.
Uma casa eficiente, não só reduz o consumo de combustível ou electricidade, como também proporciona um aumento do conforto interior, não ficando tão vulnerável aos aumentos dos custos energéticos.
A eficiência energética de um edifício tem de ser planeada desde o projecto de arquitectura até ao fim da construção. Torna-se de extrema importância um estudo na fase de projecto de arquitectura, da melhor implementação do edifício, da melhor orientação e projecção das zonas envidraçadas, da melhor projecção de assombreamentos, entre outros.
Níveis elevados de isolamento, nomeadamente superiores ao regulamentarmente exigido podem ser economicamente justificável. Torna-se mais importante ter o isolamento bem distribuído por todas as envolventes, do que ter por exemplo, um pavimento extremamente isolado e uma cobertura sem isolamento.
Figura 1.Modelo de certificação energética
2.3.
Construção sustentável
A construção sustentável consiste na "aplicação dos princípios do
desenvolvimento sustentável ao ciclo global da construção, desde a extracção e beneficiação das matérias primas, passando pelo planeamento, projecto e construção de edifícios e infra-estruturas, até à sua demolição final e gestão dos resíduos dela resultantes. É um processo que visa restaurar e manter a harmonia entre o ambiente natural e o ambiente construído, criando, ao mesmo tempo, aglomerados humanos que reforcem a dignidade humana e encorajem a equidade económica " [14].
O meio edificado quando construído de forma sustentável pode contribuir para reduzir, na sua quase totalidade, as emissões de CO2 para a atmosfera, produzidas
especialmente durante a fase de operação. As oportunidades de intervenção neste sector passam, pelo aumento da eficiência energética do meio edificado, pela transformação descentralizada de energias renováveis e pela optimização da oferta de energia (de preferência proveniente de fontes de energia renovável).
Na Europa, em média, 85% do impacto energético-ambiental, que resulta do meio edificado, corresponde à fase de operação (durante a vida e utilização dos edifícios) e, aproximadamente 15% tem lugar na fase de construção e de demolição. Torna-se, por isso, prioritário a implementação de medidas que contribuam para reduzir o impacto energético – ambiental do meio edificado ao longo do seu período de vida
útil, dando prioridade à implementação de medidas que aumentem a eficiência do seu desempenho. Estas medidas são mais económicas, a médio e longo prazo, porque o respectivo investimento permite reduzir o consumo de energia e de outros recursos, ao longo do seu período de vida útil.
A descentralização da transformação de energia no contexto urbano ao ser facilitada e potenciada permitiu que os edifícios passem de meros consumidores, também a produtores de energia ligados às infra-estruturas urbanas de electricidade, de calor e de frio, para fornecerem a energia excedente, sempre que não for aproveitada nos próprios edifícios [15].
2.4.
Energias alternativas
As Energias Renováveis tornaram-se num dos temas mais importantes da actualidade. Embora seja tardia a importância que os Governos têm dado ao estado do mercado das Energias Renováveis é importante salientar que se tem vindo a notar um maior empenho dos Estados Membros da União Europeia.
O interesse que a utilização das energias alternativas levantou nestes últimos anos deve-se, principalmente, à consciencialização relativa à escassez dos recursos energéticos de origem fóssil (como o petróleo) e da necessidade de redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera, os gases com efeito de estufa, GEE, conforme já referido.
É neste contexto que o Grupo de Trabalhos para a Energia da União Europeia lança novos desafios: aumentar de 8,5% para 20% a percentagem do contributo nas energias Renováveis, no consumo total de Energia até 2020.
São importantes para estas mudanças, todos os tipos de recurso a Energias Renováveis, seja através da energia eólica, da energia hídrica, da energia geotérmica, da energia solar, bem como da produção de biofuel derivado da biomassa.
Assim, os sistemas de aproveitamento de energias alternativas podem ser:
• sistema solar térmico – a energia do sol pode ser convertida para aquecimento de águas sanitárias e aquecimento ambiente;
• sistema solar fotovoltaico – a energia do sol pode ser convertida em electricidade para uso doméstico ou venda à “rede”;
• sistema de mini-turbinas eólicas – a energia do vento pode ser convertida em electricidade;
• sistema de mini-hídrica – a energia da água de rios pode ser convertida em electricidade;
• sistema de geotermia – a energia da terra pode ser convertida para aquecimento de águas sanitárias e aquecimento ambiente.
O sistema mais aplicado, nas edificações é o sistema solar térmico, pois a actual versão do RCCTE [4], obriga à instalação de colectores solares térmicos para produção de águas quentes sanitárias nos novos edifícios e nas reabilitações abrangidas pelo mesmo. Esta obrigatoriedade aplica-se sempre que:
• haja uma exposição solar adequada (que se entende pela existência de uma cobertura em terraço ou uma cobertura inclinada com uma água cuja normal esteja orientada numa gama de azimutes de 90º entre Sudeste e Sudoeste);
• as coberturas não sejam sombreadas por obstáculos significativos no período que se inicia diariamente 2 horas depois do nascer do Sol e termina 2 horas antes do pôr-do-sol, isto é, não deVerão existir obstruções com altura superior a cerca de 20º.
O RCCTE obriga ainda a colectores na base de 1m2 por ocupante convencional previsto (T0 e T1 – 2 pessoas, T2 – 3 pessoas, Tn – n+1 pessoas). Esta área pode ser reduzida para 50% da área de cobertura disponível, em terraço ou nas vertentes orientadas no quadrante Sul, entre Sudeste e Sudoeste, não sendo possível reduzir a área com base no argumento da qualidade dos colectores.
A contribuição de sistemas solares só pode ser contabilizada para efeitos do regulamento, se os sistemas ou equipamentos forem certificados de acordo com as normas e legislação em vigor, isto quer dizer, que só é admissível o recurso a colectores certificados, instalados por instaladores certificados e desde que haja prova da existência de contrato de manutenção durante 6 anos.
Em alternativa à utilização de colectores solares podem ser utilizadas outras fontes de energia renovável que captem, numa base anual, energia equivalente à dos colectores solares, podendo estas serem utilizadas para aquecimento de águas quentes sanitárias ou para outros fins. No entanto, são excluídas dessas alternativas, outras tecnologias
eficientes mas de fontes não renováveis, como por exemplo, os recuperadores de calor, bombas de calor, bombas de calor solares termodinâmicas, lareiras, salamandras, etc. [8].
CAPÍTULO III - ANÁLISE TÉRMICA DO EDIFICIO
ENQUADRAMENTO DO EFIFÍCIO
NECESSIDADES ENERGÉTICAS - SOLUÇÃO PROJECTO
ANÁLISE DAS SOLUÇÕES ADOPTADAS E ALTERNATIVAS
NECESSIDADES ENERGÉTICAS – SOLUÇÃO OPTIMIZADA
ALTERAÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DO EDIFÍCIO
ALTERAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO
SOLUÇÕES MINIMAS REGULAMENTARES
3.
ANÁLISE
TÉRMICA
DO
EMPREENDIMENTO
Este capitulo apresenta as diferentes soluções construtivas e de sistemas, comportamento térmico, influência nas necessidades e classificação energética, acompanhadas das respectivas analises de custos, aplicadas a um caso de estudo.
3.1.
Enquadramento do Edifício
O presente estudo destina-se à análise do comportamento térmico do Edifício Colectivo Residencial – Lake II – situado no concelho de Aveiro. Pretende-se assegurar as exigências de conforto térmico no interior do edifício, sem um dispêndio excessivo de energia e, simultaneamente, garantir a inexistência de condensações que possam diminuir a durabilidade e o desempenho térmico dos elementos da envolvente do mesmo.
O edifício LakeII pretende ser um bom exemplo da integração e aplicação de energias renováveis num edifício de habitação. Pretende, também, constituir-se como um exemplo energeticamente eficiente e de baixo consumo energético.
Este projecto exige uma cooperação muito grande, e desde a primeira hora, entre a equipa de Arquitectura e de Engenharia, na procura de soluções integradoras dos diferentes sistemas “energéticos”, que resultem num todo coerente, evitando apêndices ao edifício, que poderiam ter um impacto negativo ao nível arquitectónico.
3.1.1. Descrição e Localização do Edifício
O empreendimento Lake II, situado no Largo da Fonte Nova, em Aveiro, é composto por 25 fracções autónomas, de tipologia tipo T3 a T4 Duplex, com áreas desde 153,25 m2 a 289,10 m2 e com lugares de garagem. O R/C destina-se a área comercial de porta aberta.
Para efeitos do RCCTE, entende-se por fracção autónoma cada uma das partes de um edifício dotadas de contador individual de consumo de energia.
As exigências do RCCTE aplicam-se apenas aos espaços para os quais se requerem normalmente condições interiores de conforto, designados como “espaços úteis”. Os espaços aos quais não se aplicam estas condições consideram-se espaços “não úteis” e não são incluídos no cálculo dos valores de Nic, Nvc e Ntc. Para o edifício em estudo considerou-se que todas as garagens, caixas de escadas, halls comuns e lojas são áreas não úteis.
Tabela 1. Distribuição de espaços
Piso Tipologia Área (m2)
Piso -3 Piso -2 Piso -1
Estacionamento 3000
Rés-do-chão Comércio e Serviços 614 Piso 1 Piso 2 Piso 3 Piso 4 Piso 5 Sótão Habitação 4985 Implantação do edifício
A implantação do edifício (Figura 2), está estudada segundo uma orientação favorável ao respectivo comportamento térmico. Assim as fachadas com menores áreas de abertura estão orientadas a Norte e a Noroeste e as dotadas de maiores vãos orientam-se a Sul e a Sudoeste, de forma a optimizar os ganhos solares (Figura 3 e anexo I).
Figura 2.Imagem área com implantação do edifício em estudo
Dados Climáticos
De acordo com o estipulado no RCCTE o edifício está inserido na zona Climática I1,
V1, cujos dados climáticos se indicam na Tabela 2.
Tabela 2. Dados Climáticos
Zona Climática de Inverno Número de Graus-dias (GD) (ºC.dias) Duração da estação de aquecimento (meses) Zona Climática de Verão Temperatura externa do projecto (ºC) Amplitude térmica (ºC) I1 1390 6 V1 29 9
3.1.2. Concepção arquitectónica do edifício
Na concepção de um edifício, a adopção de certas estratégias arquitectónicas influencia significativamente o desempenho do edifício em termos do conforto térmico interior. Como o consumo energético depende das condições de conforto que se querem atingir, se o edifício estiver pouco adaptado ao clima será necessário maior consumo de energia para atingir essas condições.
3.2.
Cálculo das necessidades energéticas das fracções – soluções
de projecto
Inicialmente executa-se o cálculo das necessidades globais para o caso de estudo, considerando as soluções construtivas preconizadas pela arquitectura e soluções adoptadas pelo promotor e construtor do empreendimento, que se descrevem nos pontos seguintes. Posteriormente estudam-se outras soluções construtivas que possam contribuir para um melhoramento da eficiência energética do edifício, com as respectivas análises económica.
Os cálculos da verificação do RCCTE apresentam-se pormenorizados, para cada fracção, no anexo II.
3.2.1. Soluções construtivas e sistemas adoptados
• Parede exterior
Reboco + Bloco térmico de 24 cm + Isolamento PUR 3 cm
• Ponte Térmica plana exterior
Reboco + Pilar em betão armado + PUR 3 cm
• Parede interior com hall de entrada
Revestimento Cerâmico + Reboco + Tijolo 15 cm + Isolamento XPS 3 cm + Revestimento em painéis de madeira
Reboco + Tijolo 15 cm + Isolamento XPS 3 cm + Revestimento em painéis de madeira
• Porta de segurança Semi-densa, na entrada da fracção
• Parede interior com caixa de escadas
Revestimento Cerâmico + Reboco + tijolo 11cm+ caixa-de-ar + isolamento XPS 3 cm + tijolo 11cm + Reboco
• Ponte térmica plana interior
Revestimento cerâmico + Reboco + Pilar betão armado+ isolamento XPS 3 cm + placa de gesso cartonado standard com montantes.
Reboco + Viga betão armado+ isolamento XPS 3 cm + placa de gesso cartonado standard com montantes.
• Parede interior com caixa de elevador
Parede em betão armado de 20 cm + isolamento em XPS de 3 cm + tijolo de 4cm + Reboco + Revestimento cerâmico
Parede em betão armado de 20 cm + isolamento em XPS de 3 cm + tijolo de 4cm + Reboco
• Pavimento sobre o exterior
Flutuante de madeira + Betonilha + Membrana acústica de polietileno reticulado + betão com inertes de poliestireno expandido + laje betão + isolamento PUR 3 cm + Tecto falso em placa de gesso cartonado
Revestimento cerâmico + Betonilha + Membrana acústica de polietileno reticulado + betão com inertes de poliestireno expandido + laje betão + isolamento PUR 3 cm + Tecto falso em placa de gesso cartonado
• Cobertura em terraço
Tecto falso em placa de gesso cartonado + isolamento em lã de rocha de 40 kg/m3 com 3 cm + Laje maciça em betão armado + Betonilhas + Impermeabilização + isolamento térmico XPS com 3 cm
• Cobertura inclinada
Tecto falso em placa de gesso cartonado + isolamento em lã de rocha de 40 kg/m3 com 3 cm + Laje maciça em betão armado + Betonilhas + isolamento térmico XPS com 3 cm + Tela pitonada + chapa de zinco
• Pavimento sobre área não útil
Flutuante de madeira / Revestimento cerâmico + Betonilha + Membrana acústica de polietileno reticulado + betão com inertes de poliestireno expandido + laje betão + isolamento em lã de rocha 40 kg/m3 + Tecto falso em placa de gesso cartonado
• Caixilharia: Caixilharia em alumínio. Caixilhos sem quadrícula
Janela com fixos e oscilobatentes
• Vidro:
Vidro Duplo 6+16+5 cm
Vidro exterior com substrato verde
• Protecção
Cortina interior opaca do tipo blackout e cor clara.
• Ventilação natural Não cumpre a norma NP 1037-1. Classe de caixilharia 3.
Sem caixa de estores. Classe de exposição 2.
Sem aberturas auto – reguláveis.
Nas fracções 1,3, 4 e 5 as áreas de envidraçados são superiores a 15% da área de pavimento da mesma.
Na fracção 2 a área de envidraçados é inferior a 15% da área de pavimento da mesma. Portas interiores bem vedadas.
• Ventilação mecânica Sem ventilação mecânica.
• Assombreamento
São considerados factores de obstrução, para a estação de Inverno e Verão, provenientes das palas existentes nas fachadas.
• Águas quentes sanitárias
O sistema de preparação das AQS é uma caldeira mural com acumulação, com
isolamento térmico entre 50 mm a 100 mm e com tubagem isolada com pelo menos 10 mm de isolamento térmico, em cada fracção.
Considera-se um sistema solar térmico, com uma contribuição de Sistemas Solares de preparação de AQS de 651,4 KWh/ano x número ocupante (Anexo III).
• Sistemas de aquecimento e arrefecimento
Prevê-se para o edifício, a utilização de bombas de calor, para aquecimento e
arrefecimento através do recurso a energia eléctrica, tendo-se considerado os valores regulamentares: COP = 3, para aquecimento e COP = 4, para arrefecimento.
3.2.2. Necessidades e classificação energética do edifício
Apresenta-se na tabela 3 os resultados obtidos para as necessidades de energia útil nominal de aquecimento, de arrefecimento, para produção de AQS e necessidades de energia global primária, bem como os respectivos valores máximos, para cada uma das fracções do edifício. O cálculo foi efectuado com base nas soluções construtivas descritas no ponto anterior.
As fracções do piso 1 e do piso 5, apresentam maiores necessidades energéticas, pois existe maiores áreas de envolvente exterior e interior. As fracções do piso 5, ainda apresentam maiores áreas envidraçadas associadas.
No entanto, o objectivo de obter um edifício energeticamente eficiente, com baixas necessidades de consumo energético foi conseguido, com as soluções de projecto.
Tabela 3. Mapa de Valores nominais para o edifício Ap Nic Ni Nvc Nv Nac Na Ntc Nt Fracção Autónoma N.º (Fracção, Piso) (m 2 ) (k W h /m 2 .a n o ) (k W h /m 2 .a n o ) (k W h /m 2 .a n o ) (k W h /m 2 .a n o ) (k W h /m 2 .a n o ) (k W h /m 2 .a n o ) (k g ep /m 2 .a n o ) (k g ep /m 2 .a n o ) N tc / N t C la ss if ic aç ão 1,1 164,6 23,4 59,4 3,2 16,0 8,5 35,9 0,9 5,5 0,1687 A+ 1,2 164,6 19,5 59,4 3,7 16,0 8,5 35,9 0,9 5,5 0,1646 A+ 1,3 164,6 19,5 59,4 3,7 16,0 8,5 35,9 0,9 5,5 0,1646 A+ 1,4 164,6 19,5 59,4 3,7 16,0 8,5 35,9 0,9 5,5 0,1646 A+ F R A C Ç Ã O 1 1,5 289,1 33,6 59,4 4,3 16,0 4,9 20,5 0,7 3,4 0,2040 A+ 2,1 184,1 25,7 59,4 1,6 16,0 7,6 32,1 0,9 5,0 0,1708 A+ 2,2 184,1 22,3 59,4 1,9 16,0 7,6 32,1 0,8 5,0 0,1664 A+ 2,3 184,1 22,3 59,4 1,9 16,0 7,6 32,1 0,8 5,0 0,1664 A+ 2,4 184,1 22,3 59,4 1,9 16,0 7,6 32,1 0,8 5,0 0,1664 A+ F R A C Ç Ã O 2 2,5 284,1 33,8 59,4 1,2 16,0 4,9 20,8 0,7 3,5 0,1953 A+ 3,1 181,6 26,7 59,4 2,0 16,0 7,7 32,6 0,9 5,1 0,1727 A+ 3,2 181,6 24,4 59,4 2,1 16,0 7,7 32,6 0,9 5,1 0,1698 A+ 3,3 181,6 24,4 59,4 2,1 16,0 7,7 32,6 0,9 5,1 0,1698 A+ 3,4 181,6 24,4 59,4 2,1 16,0 7,7 32,6 0,9 5,1 0,1698 A+ F R A C Ç Ã O 3 3,5 261,6 32,6 59,4 2,4 16,0 5,4 22,6 0,7 3,7 0,1931 A+ 4,1 125,0 36,3 59,4 2,7 16,0 9,0 37,8 1,1 5,8 0,1832 A+ 4,2 125,0 30,4 59,4 3,4 16,0 9,0 37,8 1,0 5,8 0,1772 A+ 4,3 125,0 30,4 59,4 3,4 16,0 9,0 37,8 1,0 5,8 0,1772 A+ 4,4 125,0 30,4 59,4 3,4 16,0 9,0 37,8 1,0 5,8 0,1772 A+ F R A C Ç Ã O 4 4,5 170,0 40,8 59,4 3,2 16,0 6,6 27,8 0,9 4,4 0,2016 A+ 5,1 134,2 39,6 59,4 3,4 16,0 8,4 35,3 1,0 5,4 0,1912 A+ 5,2 134,2 36,7 59,4 3,7 16,0 8,4 35,3 1,0 5,4 0,1877 A+ 5,3 134,2 36,7 59,4 3,7 16,0 8,4 35,3 1,0 5,4 0,1877 A+ 5,4 134,2 36,7 59,4 3,7 16,0 8,4 35,3 1,0 5,4 0,1877 A+ F R A C Ç Ã O 5 5,5 199,2 46,6 66,0 3,0 16,0 5,6 23,8 0,9 3,9 0,2159 A+
De seguida, estudam-se alternativas, às soluções previstas, com vista à possível diminuição das necessidades apresentadas. Para isso, analisa-se a contribuição de cada solução nas necessidades do edifício, auxiliada pela análise de custos para o projecto em causa.
3.3.
Analise das soluções adoptadas e alternativas
Analisam-se as soluções construtivas consideradas, no cálculo das necessidades energéticas e possíveis alternativas de melhoramento, com vista a uma redução do consumo de energia. Por outro lado, comparam-se soluções menos eficientes, para
melhor compreensão do seu impacto nas necessidades energéticas das diferentes fracções.
3.3.1. Cons
iderações de Isolamento térmico
3.3.1.1. Enquadramento
O isolamento térmico de edifícios é fundamental para garantir o conforto térmico, durante todo o ano, principalmente no Inverno. Para além do conforto e da redução de custos com equipamentos de aquecimento/arrefecimento, consumos de energia e conservação das construções, é importante destacar que um isolamento térmico adequado tem grandes vantagens para a saúde dos utilizadores (por exemplo na prevenção de doenças reumáticas e respiratórias) [16].
Os isolamentos exibem variações consideráveis na sua estrutura, mas podem ser classificados em quatro principais grupos: isolamento fibroso, isolamento celular, isolamento granular e isolamento reflectivo.
O isolamento fibroso é composto por fibras de pequeno diâmetro que preenchem um espaço de ar. As fibras podem ser orgânicas (lã ou pêlo de animal, algodão, madeira, tecido, cana e fibras vegetais) ou inorgânicas (lã de rocha, fibra de vidro e fibras cerâmicas). O isolamento celular é caracterizado por uma estrutura celular, feita de matérias celulares, tais como: cortiça, espuma de plástico, vidro, poliestireno, poliuretano e outros polímeros. Os isolamentos granulares são caracterizados por pequenos nódulos com vazios. O Silicato de cálcio, a vermiculite e a perlite são os melhores isolamentos celulares conhecidos, tendo a vantagem de não serem combustíveis. Os isolamentos reflectivos baseiam-se na reflexão da radiação térmica incidente numa superfície através do uso de superfícies altamente reflectivas (de baixa emissividade). O isolamento reflectivo pode ser usado para minimizar a entrada de fluxo de calor por radiação, ou pode ser usado como cobertura em superfícies expostas à radiação para diminuir os ganhos energéticos por a radiação. Os isolamentos aparecem sob várias formas: placas rígidas, estruturas rígidas pré-formadas, mantas flexíveis, etc. [17].
Na escolha dos materiais de isolamento a utilizar, deve ser considerada a respectiva resistência térmica R (m2.ºC/W), o coeficiente de transmissão térmica U
(W/ºC.m2) e a condutibilidade térmica λ [W/(m.ºC)]. Para além das propriedades
térmicas, dependendo da aplicação, deve ser considerada a durabilidade dos materiais, bem como a compressibilidade, a estabilidade dimensional, o comportamento à água, o comportamento mecânico e a permeabilidade ao vapor.
3.3.1.2. Comparação entre os diferentes materiais isolantes térmicos
Na Tabela 4 indica-se as características relativas à condutibilidade térmica de diferentes materiais isolantes térmicos, disponíveis no mercado, bem como o custo por
m2 para fornecimento e aplicação do material para 4 cm de espessura.
Tabela 4. Análise da condutibilidade térmica e preço por m2 de alguns tipos de isolamento.
Espessura
Produto (massa vol.) [Kg/m3] λ [W/(m.ºC)] ITE
50 [18] [mm] Preços por m
2
XPS (25-40) 0,037 40 4,50
EPS (15-20) 40 3,86
MW (35-100) sem revestimento 40 4,66
MW (35-100) com papel Kraft 40 5,42
MW (35-100) com alumínio 0,04 40 7,91 EPS (13-15) 40 2,91 PIR (20-50) Proj. 40 8,00 PUR (20-50) Proj. 0,042 40 4,50 EPS (11-13) 40 2,31 ICB (90-140) 40 6,69 MW (20-35) sem revestimento 40 2,91
MW (20-35) com papel Kraft 40 6,17
MW (20-35) com alumínio
0,045
40 7,06
Nota: EPS - Poliestireno expandido moldado; ICB - Aglomerado de cortiça expandida; MW - Lã Mineral – Lã de Rocha; PIR - Espuma rígida de poli-isocianurato; PUR – Espuma rígida de poliuretano; XPS - Poliestireno expandido extrudido
Na Figura 4, verifica-se a relação custo-eficácia dos diferentes materiais considerados na Tabela 4. Quanto mais baixa é a condutividade térmica mais eficaz é o isolamento, para uma determinada espessura, pelo que concluímos que a melhor relação custo-eficácia é a do poliestireno expandido extrudido (XPS), seguido pelo poliestireno expandido moldado com (EPS densidade 15-20), pela lã de rocha sem revestimento (MW densidade 35 -100), pela espuma rígida de poliuretano projectado (PUR), pela
espuma rígida de poli-isocianurato projectado (PIR) e pelo aglomerado de cortiça expandida (ICB).
O PUR não tendo o melhor preço nem o melhor comportamento térmico dos isolantes em análise, constitui um isolamento com uma boa relação custo-eficácia, e apresenta vantagens na aplicação por ser projectado, nomeadamente na diminuição nas descontinuidades de isolamento. 0,036 0,038 0,04 0,042 0,044 0,046 2,0 € 3,0 € 4,0 € 5,0 € 6,0 € 7,0 € 8,0 € 9,0 € Preço por m2 C o n d u ti b il id a d e té rm ic a λ [W /( m .º C )] XPS (25-40) EPS (15-20) MW (35-100) SR MW (35-100) PK MW (35-100) AL EPS (13-15) PIR (20-50) Proj. PUR (20-50) Proj. EPS (11-13) ICB (90-140) MW (20-35) SR MW (20-35) PK MW (20-35) AL
Figura 4. Relação custo - eficácia para os diversos tipos de isolamento
3.3.2. Envolvente vertical exterior
Tendo em consideração as técnicas construtivas adoptadas pelo promotor e construtor do empreendimento em estudo, procede-se à comparação de duas soluções construtivas, possíveis para a envolvente exterior opaca, sendo o revestimento final aplicado em sistema de fachada ventilada, em ambos os casos:
• solução A: parede de bloco térmico 24 cm com aplicação de isolamento PUR pelo exterior e reboco pelo interior
o solução A1- com isolamento PUR 3 cm
o solução A2- com isolamento PUR 4 cm
• solução B: parede dupla de tijolo 11cm + caixa-de-ar de 6 cm + tijolo de 11cm com aplicação de isolamento na caixa-de-ar e reboco pelo interior
o solução B1- com isolamento XPS 3 cm
o solução B2- com isolamento XPS 4 cm
o solução B3- com isolamento XPS 5 cm
3.3.2.1. Considerações de isolamento térmico em paredes
Na solução A, o isolamento térmico de paredes simples pelo exterior, contribui para a correcção das pontes térmicas e permite aproveitar ao máximo a inércia térmica das paredes da envolvente exterior. A colocação do isolamento também pode ser efectuada pelo interior, constituindo uma opção para edifícios que não tenham uma ocupação permanente, ou em situações de recuperação de edifícios, nas quais a aplicação do isolamento térmico pelo exterior implique dificuldades no remate com os vãos existentes ou a alteração do revestimento exterior.
Na solução B, de parede dupla, o isolamento deve ser colocado na caixa-de-ar junto do pano interior, não devendo preencher a totalidade da espessura da caixa-de-ar. É aconselhável a permanência de um espaço de ar junto ao pano exterior da parede, que tem por função contribuir para a secagem e drenagem de humidades que podem eventualmente existir nesse espaço, as quais podem ter origem em infiltrações pelo pano exterior ou em condensações do fluxo de vapor interior - exterior. Para cumprir o seu objectivo, este espaço deve estar drenado, ventilado e limpo, não devendo constituir depósito de argamassa ou de quaisquer outros detritos.
3.3.2.2. Pontes térmicas
Ao isolar uma parede, tem que se identificar as pontes térmicas existentes, zonas que, se não estiverem isoladas termicamente, têm uma resistência térmica inferior à da restante envolvente, representando uma descontinuidade que aumenta o risco de ocorrência de patologias com origem em fenómenos de condensação.
Na solução A, as pontes térmicas ficam corrigidas através da aplicação do isolamento pelo exterior (Figura 5).
Figura 5. Aplicação de isolamento térmico pelo exterior [19]
Na solução B, com aplicação do isolamento na caixa-de-ar, a correcção das pontes térmicas não fica efectuada. Para efectuar a correcção é recomendável a colocação de isolamento pelo exterior nestas zonas. Contudo não se devem executar os revestimentos de acabamento directamente sobre o isolamento térmico, sendo conveniente a aplicação de uma forra cerâmica sobre a superfície de isolamento ( Figura 6 e Figura 7). De facto, a colocação do revestimento de acabamento directamente sobre o isolamento implica a sua execução sobre suportes totalmente distintos, o que poderá dar origem à sua fissuração nas zonas de junção entre os dois tipos distintos de suporte [19].
Por outro lado, esta solução construtiva se não for aplicada com recurso a um correcto apoio e fixação do isolamento e da forra cerâmica, também implicará a ocorrência de anomalias tais como fissuração e instabilidade dos panos de parede.
Figura 7. Correcção de ponte térmica em corte [19].
3.3.2.3. Inércia Térmica
Na solução A, a massa da parede contribui na sua totalidade para o cálculo da inércia térmica das fracções, o que contribuiu para um melhor equilíbrio térmico das mesmas.
Na solução B, a contribuição para a inércia térmica, proporcionada por uma parede dupla isolada na caixa-de-ar será equivalente à contribuição do pano interior da parede. Neste caso, a inércia térmica que se obtém representará uma situação intermédia entre uma parede isolada pelo exterior (em que os elementos constituintes da parede contribuem na sua totalidade para a inércia térmica) e uma parede isolada pelo interior (em que apenas o revestimento de acabamento interior contribuirá).
3.3.2.4. Parâmetros regulamentares
Apresenta-se na Tabela 5 a verificação dos requisitos mínimos regulamentares para a envolvente opaca da solução A e B, e para cada espessura de isolamento térmico em estudo.
Os limites verificados são para as paredes e para as pontes térmicas planas em pilares. Não existem pontes térmicas em vigas, pelo facto da estrutura de betão armado se encontrar recuada em relação à fachada, que se traduz numa vantagem para a
