Desempenho higrotérmico de painéis reciclados para reabilitação de edifícios

M

DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DE PAINÉIS

RECICLADOS PARA REABILITAÇÃO DE

EDIFÍCIOS

PEDRO MANUEL PIRES AFONSO

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA

À FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM ENGENHARIA CIVIL

Desempenho Higrotérmico de

Painéis Reciclados Para

Reabilitação de Edifícios

P

M

P

A

Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL —ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES

Orientadora: Professora Doutora Ana Sofia Moreira dos Santos Guimarães Teixeira

Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  miec@fe.up.pt

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  feup@fe.up.pt  http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

2018/2019 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2019.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor.

Desempenho higrotérmico de painéis reciclados para reabilitação de edifícios

Aos meus Pais, Avós e Irmão

“Sabemos muito pouco o que somos e menos ainda o que podemos ser” George Byron

Desempenho higrotérmico de painéis reciclados para reabilitação de edifícios

i AGRADECIMENTOS

Com o culminar desta dissertação tenho a agradecer a todas as pessoas e entidades que contribuíram para a realização deste trabalho.

Um enorme agradecimento à Professora Doutora Ana Sofia Moreira dos Santos Guimarães Teixeira, pelo privilégio da sua orientação. Agradecer pela sua disponibilidade, pela sua amabilidade e pelas suas críticas construtivas, pelo seu constante apoio e incentivo que tanto me ajudou na elaboração desta dissertação.

Ao Engenheiro Eduardo Costa, por todo o apoio fornecido durante a realização dos ensaios de laboratório. Um agradecimento a todos os seus sábios concelhos e ao seu otimismo nos momentos menos bons.

À empresa que me facultou os materiais têxteis, e aos seus funcionários que sempre se interessaram em ajudar-me em tudo o que necessitasse.

À minha família, principalmente aos meus pais, por sempre acreditarem em mim e sempre me ajudarem em tudo o que eu precisasse para o culminar desta fase da minha vida. Um agradecimento especial por nunca me terem deixado desistir.

Um agradecimento especial à minha amiga e companheira Vanessa Ferreira que sempre me apoiou em tudo e esteve sempre comigo nos bons e nos momentos menos bons.

Aos meus amigos e colegas que, de uma forma ou de outra, me ajudaram e incentivaram neste longo caminho.

iii RESUMO

Com a elaboração deste trabalho pretendesse analisar um material para ser implantado como isolamento térmico recorrendo a materiais de desperdício. Em primeiro, desenvolveu-se o estado de arte sobre térmica de edifícios, no qual se apresentam os fenómenos térmicos que ocorrem em edifícios e o método de avaliação do desempenho térmico para edifícios. A seguir procedeu-se ao estudo dos isolamentos térmicos existentes, desde os convencionais aos inovadores e sustentáveis, e ainda a um método de certificação dos isolamentos térmicos.

Seguidamente analisaram-se vários materiais de desperdício existentes nas indústrias portuguesas que pudessem funcionar como um material de isolamento térmico e que dessem garantias de sustentabilidade. O material de desperdício escolhido foi um material têxtil, tendo em conta a abundância de desperdício que não é devidamente aproveitado. Escolhido o material foi preciso realizar vários ensaios para a sua caracterização higrotérmica. Primeiro prepararam-se as amostras a serem ensaiadas, sendo que ocorreram algumas dificuldades na elaboração das mesmas, uma vez que as amostras foram cortadas e cosidas á mão.

Em termos de caracterização higrotérmica determinou-se o coeficiente de absorção de água, o coeficiente de permeabilidade ao vapor de água e o coeficiente de condutibilidade térmica. Para além destes três ensaios procedeu-se a um quarto ensaio numa tentativa de efetuar uma análise de sensibilidade em termos de transmissão térmica e desempenho acústico.

O material de desperdício em estudo apresentou um coeficiente de condutibilidade térmica de cerca de 0,14 W/(m.ºC), um coeficiente de permeabilidade ao vapor de água de 35x10-12 kg/(m.s.Pa) e um coeficiente de absorção de água de 0,45 kg/(m2. s0,5).

Em relação ao ensaio realizado para uma análise de sensibilidade à transmissão acústica, verifica-se uma diminuição de 21dB com a colocação da amostra. Na realização do ensaio para uma análise de sensibilidade de transmissão térmica, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior foi de cerca de 26ºC. Em relação á humidade relativa, consequente á subida de temperatura, decresce em cerca de 37%.

PALAVRAS-CHAVE:desempenho térmico, materiais de desperdício, construção sustentável, isolamento térmico, reabilitação térmica

v ABSTRACT

With the elaboration of this work it was intended to obtain a thermal insulation material using waste materials. First, the state-of-the-art of building thermals was performed, which presents the thermal phenomena that occur in buildings and the method of evaluating thermal performance for buildings. Next, the existing thermal insulation was studied, from the conventional to the innovative and sustainable, as well as a method of certification of the thermal insulation.

In a first process, an analysis is made of various waste materials existing in Portuguese industries that could function as a thermal insulation material and give guarantees of sustainability. The waste material chosen was textile, because there is plenty of waste that is not properly used. Chosen the material it was necessary to carry out several tests to make its hygrothermal characterization. First the samples were made to be tested, and there were some difficulties in their preparation, because the samples were cut and sewn by hand.

In terms of hygrothermal characterization, the water absorption coefficient, water vapor permeability coefficient and the thermal conductivity coefficient were determined. In addition to these three tests, a quarter was attempted for sensitivity in terms of thermal transmission and acoustic performance. The waste material under study has a thermal conductivity coefficient of 0,14W/(m.ºC), a water vapor permeability coefficient of 35x10-12 kg/(m.s.Pa) and a water absorption coefficient of 0,45 kg/(m2.s0.5).

Compared to the test performed for an acoustic transmission sensitivity analysis, there is a 21dB decrease. In performing the test for a thermal transmission sensitivity analysis, the temperature difference between the inside of the case and the outside of the case was 26.1ºC. The relative humidity, as a consequence of the temperature rise, decreases according to the psychometric diagram, with a decrease of 37.08%.

KEYWORDS: thermal performance, waste materials, sustainable construction, thermal insulation, thermal rehabilitation

vii ÍNDICE GERAL Agradecimentos ... i Resumo ... iii Abstract ... v 1. INTRODUÇÃO ... 1 1.1. Enquadramento... 1 1.2. Âmbito e Objetivos ... 1 1.3. Estrutura da Dissertação ... 1

2. SUSTENTABILIDADE VERSUS TÉRMICA DE EDIFÍCIOS ... 3

2.1. Conforto Térmico ... 3

2.2. Transmissão de calor ... 3

2.3. Perdas e Ganhos Térmicos ... 4

2.3.1. Trocas de Calor Através da Envolvente ... 5

2.3.2. Zonas correntes de construção ... 6

2.3.3. Trocas de calor por renovação do ar ... 6

2.3.4. Ganhos Internos ... 7 2.4. Inércia Térmica ... 8 2.5. Regulamentação ... 9 3. ISOLAMENTO TÉRMICO ... 13 3.1. Noções teóricas ... 13 3.2. Classificação ... 13 3.3. Características ... 13

3.4. Certificação de Isolamentos Térmicos ... 15

3.4.1. Compressibilidade – I ... 16

3.4.2. Estabilidade dimensional – S ... 16

3.4.3. Comportamento á Água – O ... 17

3.4.4. Comportamento Mecânico em Coesão e Flexão – L ... 17

3.4.5. Permeabilidade ao Vapor de Água – E ... 18

3.5. Tipos de Isolamentos Térmicos ... 18

3.5.1. Convencionais ... 18

viii

3.5.3. Materiais Sustentáveis ... 22

4. CARACTERIZAÇÃO EXPERIMENTAL DO MATERIAL DE RECICLAGEM ... 25

4.1. Introdução ... 25

4.2. Material de Desperdício Proposto ... 26

4.3. Ensaios Laboratoriais ... 26

4.3.1. Introdução ... 26

4.3.2. Ensaio Condutibilidade Térmica ... 27

4.3.3. Ensaio Absorção de Água por Capilaridade ... 27

4.3.4. Transmissão Térmica e Acústica em Estado Estacionário ... 29

4.3.5. Ensaio Permeabilidade ao Vapor de Água ... 32

4.4. Apresentação e Discussão dos Dados ... 33

4.4.1. Ensaio Condutibilidade Térmica ... 33

4.4.2. Ensaio absorção de água por capilaridade ... 34

4.4.3. Ensaio Transmissão Térmica e Acústica em Estado Estacionário ... 38

4.4.4. Ensaio de Permeabilidade ao Vapor de Água ... 38

4.5. Síntese do Capítulo... 42

5. CONCLUSÕES ... 45

ix ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Equipamento CT-Mètre ... 27

Figura 2 - Amostras para o ensaio de condutibilidade térmica ... 27

Figura 3 - Amostras para ensaio de capilaridade ... 28

Figura 4 - Amostras para ensaio de capilaridade e o seu nível de água ... 28

Figura 5 - Balança Precisa 800M ... 29

Figura 6 - Ensaio térmico e acústico para uma análise de sensibilidade ... 29

Figura 7 - Caixa estanque com a amostra de 70x70 cm inserida ... 30

Figura 8 - Amostra para o ensaio de transmissão térmica ... 30

Figura 9 - Fonte sonora... 31

Figura 10 - Recetor sonoro ... 31

Figura 11 - Interior da caixa com o receptor sonoro e a fonte de aquecimento em funcionamento ... 31

Figura 12 - Câmara climática Votsch VC 4034 ... 32

Figura 13 - Aquecedor eléctrico Selecline... 32

Figura 14 - Amostra para o ensaio de tina húmida ... 33

Figura 15 - Curva de absorção de água da amostra 1 ... 35

Figura 16 - Curva de absorção de água da amostra 2 ... 35

Figura 17 - Curva de absorção de água da amostra 3 ... 36

Figura 18 - Curva de absorção de água da amostra 4 ... 36

xi ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Tipo de atividade e o seu respetivo caudal de ar novo [8] ... 7

Tabela 2 - Taxa de metabolismo dos ocupantes dependendo da sua atividade [8] ... 7

Tabela 3 - Classes de inércia térmica ... 9

Tabela 4 - Nível de compressibilidade dependendo do seu grau de deformação [16] ... 16

Tabela 5 - Nível de estabilidade dimensional dependendo de várias exigências [16] ... 16

Tabela 6 - Nível de comportamento à água dependendo de várias exigências [16] ... 17

Tabela 7 - Nível de comportamento mecânico em coesão e flexão dependo de várias exigências [16] ... 17

Tabela 8 - Nível de permeabilidade ao vapor de agua dependendo da permeância [16] ... 18

Tabela 9 - Peso das amostras ... 33

Tabela 10 - Coeficiente de condutibilidade térmica ... 33

Tabela 11 - Condutibilidade térmica de materiais de isolamento térmico [20,82,83,93,94,95] ... 34

Tabela 12 - Massa das 5 amostras nos diferentes intervalos de tempo ... 34

Tabela 13 - Coeficiente de absorção de água. ... 37

Tabela 14 - Classificação de materiais quanto à absorção de água segundo a norma DIN 52.617 [53]. .... 37

Tabela 15 - Resultado do ensaio da transmissão térmica ... 38

Tabela 16 - Resultado do ensaio da transmissão acústica ... 38

Tabela 17 - Massa das três amostras nos diferentes intervalos de tempo para o ensaio de tina seca ... 38

Tabela 18 - Valor de Δp conforme o conjunto ... 40

Tabela 19 - Resultados dos ensaios de tina seca ... 40

Tabela 20 - Massa das três amostras nos diferentes intervalos de tempo para o ensaio de tina húmida ... 41

Tabela 21 - Resultados dos ensaios de tina húmida... 42

Tabela 22 - Coeficiente de Permeabilidade ao vapor de água de isolamentos térmicos [21] ... 42

Tabela 23 - Valores obtidos dos ensaios realizados ... 42

Desempenho higrotérmico de painéis reciclados para reabilitação de edifícios

1

1

1.

INTRODUÇÃO

1.1. ENQUADRAMENTO

O conceito de sustentabilidade tem vindo, cada vez mais, a ganhar importância nos tempos de hoje. Para além de haver uma maior preocupação com a preservação do meio ambiente, há também uma preocupação com a qualidade de vida do ser humano e das gerações futuras. O conceito de sustentabilidade tornou-se um princípio na qual a utilização de recursos naturais para a satisfação das necessidades presentes não pode comprometer as necessidades das gerações futuras. Tem repercussões a todas as atividades realizadas pelo ser humano, com especial atenção, neste caso, para a construção civil.

Deste modo surge a necessidade da utilização de materiais sustentáveis que originem uma economia circular, ou seja, que sejam utilizados e depois quando se tornarem materiais de desperdício sejam reciclados e possam ser utilizados para outras finalidades. Podendo desta forma os desperdícios de uma indústria, tornar-se a matéria-prima de outra.

1.2. ÂMBITO E OBJETIVOS

Esta dissertação tem como objetivo analisar um material de desperdício e proceder á caracterização higrotérmica do mesmo. Primeiro é feita uma análise dos vários materiais de desperdício existentes na indústria portuguesa, e depois é feita a escolha de um material que tenha potencialidade de ter boas características higrotérmicas para ser utilizado como um material de isolamento térmico para os edifícios.

Para a caracterização higrotérmica do material são realizados vários ensaios com o objetivo de determinar os seguintes coeficientes:

 Coeficiente de permeabilidade ao valor de água;

 Coeficiente de absorção de água;

 Coeficiente de condutibilidade térmica.

Para além dos três coeficientes acima descritos, ainda se fez um ensaio de sensibilidade para o desempenho acústico e para a transmissão térmica.

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Esta dissertação está dividida em 5 capítulos. O primeiro capítulo é destinado á introdução do tema, onde se encontra o enquadramento, âmbito e objetivos e a estrutura da dissertação.

2

O capítulo 2 apresenta o estado de arte sobre a térmica de edifícios, onde se expõem as noções teóricas ligadas aos fenómenos de transmissão de calor, a posteriormente se apresenta a regulamentação em vigor.

O capítulo 3 é relativo aos isolamentos térmicos existentes, apresentam-se os isolamentos térmicos convencionais, os convencionais com materiais inovadores, os inovadores e os sustentáveis. Apresentam-se as características dos vários isolamentos térmicos e ainda se apresentam alguns materiais que estão em fase de estudo.

O capítulo 4 é sobre a caracterização experimental do material de desperdício selecionado. Menciona-se os ensaios laboratoriais que foram realizados, bem como os Menciona-seus procedimentos. Comparam-Menciona-se os valores obtidos do material de desperdício com os valores de alguns isolamentos térmicos existentes no mercado.

O capítulo 5, e último, apresenta as conclusões alcançadas sobre o estudo realizado, bem como o que se poderia ter feito para tirar melhores conclusões sobre o material de desperdício selecionado.

3

2

2.

SUSTENTABILIDADE VERSUS TÉRMICA DE

EDIFÍCIOS

2.1. CONFORTO TÉRMICO

O conforto higrotérmico define-se quando se atinge o bem-estar de uma pessoa que se encontra num espaço fechado, relativamente à humidade e à temperatura ambiente. Quer que o espaço fechado esteja dotado de equipamentos ou mecanismos mecânicos para se obter uma determinada temperatura ou humidade relativa. Para atingir este conforto em muito conta as características da envolvente de um edifício, nomeadamente isolamento térmico instalado e a pormenorização construtiva. [1]

Embora não existam bons indicadores para quantificar o conforto térmico, este difere em relação a variadíssimos fatores humanos, nomeadamente a idade, o sexo, a atividade que está a desenvolver e o seu estado de saúde. [1]

Para uma melhor caracterização térmica é necessário proceder à análise da envolvente do edifício. A envolvente do edifício pode ser interior e exterior. Em relação á envolvente interior, esta é definida através da separação entre os espaços aquecidos e os espaços não aquecidos, nomeadamente a caixa de escadas, garagens, entre outros. A envolvente exterior corresponde à separação do espaço interior do edifício e o espaço exterior. As trocas de calor acontecem principalmente pela envolvente exterior, pois é a envolvente que terá uma maior diferença de temperatura. [1]

Efetuada a caracterização térmica é possível calcular ganhos e perdas de energia através da envolvente. Este balanço entre ganhos e perdas de energia está dividido do ponto de vista regulamentar em condição de inverno e condição de verão. Em relação às condições de inverno os ganhos térmicos são inferiores às perdas térmicas, quantificando-se o fluxo de calor a fornecer para que a temperatura interior se mantenha constante para um dado valor de referência. Para as condições de verão é necessário quantificar o fluxo de calor a retirar de um espaço para que a sua temperatura não exceda um dado valor de referência. [1]

2.2. TRANSMISSÃO DE CALOR

A transmissão térmica – ou transmissão de calor – ocorre de uma região com temperatura mais elevada para uma região com menor temperatura, e ocorre até que se igualem as temperaturas nas duas

4

regiões estabelecendo-se o equilíbrio térmico. A transmissão térmica apresenta três mecanismos de propagação: transmissão por condução, por radiação e por convecção. [2]

A transmissão térmica por condução consiste na passagem de calor através da vibração ou colisão entre partículas. O calor é transferido das regiões mais quentes para as regiões mais frias, respetivamente das zonas com maior energia para as zonas com menor energia. [2]

Para a quantificação do fluxo de calor é utilizada a lei de Fourier. Esta lei estabelece que o fluxo de calor através de um material é proporcional ao gradiente de temperatura entre as suas faces. Depende da condutividade térmica do material e da espessura. A Lei de Fourier é dada pela equação 1. [3]

[W]

Onde:

q Fluxo de calor, [W]

λ Condutividade térmica do elemento, [W/m.ºC

e Espessura do elemento, [m]

A Área do elemento, [m2]

T1 Temperatura da superfície do elemento mais quente, [ºC]

T2 Temperatura da superfície do elemento mais frio, [ºC]

A transmissão térmica por convecção consiste na passagem de calor através do movimento macroscópico. Distingue-se em convecção entre ar – sólido e entre ar – ar e pode ser um movimento natural ou ―forçado‖. Em relação à convecção ar – sólido, este caracteriza-se na troca de calor entre o ambiente, que pode ser interno ou externo, e as superfícies da envolvente, que podem ser os elementos verticais (paredes) ou os elementos horizontais (pavimentos e tetos). As trocas de calor entre ar – ar originam-se através de aberturas da envolvente, podendo ser por janelas, portas ou condutas. Estas trocas entre o ar exterior e interior são mais acentuadas o que originam maiores desequilíbrios térmicos, logo maior transmissão térmica. [2]

A transmissão térmica por radiação consiste na passagem de calor através de radiação eletromagnética emitida por uma região com maior temperatura para uma região com menor temperatura sem que exista um meio físico a uni-las. A radiação emitida é depois refletida, transmitida e absorvida pela superfície com menor temperatura, dependendo do tipo de superfície e sua emissividade. [2]

2.3. PERDAS E GANHOS TÉRMICOS

As trocas de calor nos edifícios caracterizam-se por perdas e ganhos de calor. As perdas de calor ocorrem através da envolvente, através da transmissão térmica pelas paredes, cobertura e solo e/ou através das perdas por ventilação, nomeadamente pela taxa nominal horária de renovação de ar interior [3]. Para quantificar estas trocas é utilizada a equação 2, publicada no Despacho nº15793-K/2013 [4], para efeitos do Decreto-Lei nº 118/2013 de 20 de agosto

[W/ºC]

Onde:

Ht Coeficiente global de transferência de calor, [W/ºC]

(1)

5 Htr Coeficiente global de transferência de calor por transmissão, [W/ºC]

Hve Coeficiente de transferência de calor por ventilação, [W/ºC]

Em relação aos ganhos de calor podem ocorrer através da zona de vãos envidraçados ou através de ganhos internos. Os ganhos através da envolvente caracterizam-se pela radiação solar (envidraçados) e os ganhos internos ocorrem através de equipamentos interiores que emitem calor, ou, ainda, através do metabolismo humano. [3]

Para quantificar o balanço energético entre as perdas e os ganhos de calor é necessário dividir em duas estações, o inverno e o verão, dado que a direção do fluxo de calor difere. É, portanto, necessário o calculo do parâmetro Htr,i para a estação de inverno e Htr,v para a estação de verão, respetivamente para a estação de aquecimento e arrefecimento. Definidos estes parâmetros, é possível determinar as necessidades de aquecimento/arrefecimento para cada estação, nomeadamente determinar as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento Nic, equação 3, e as necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento Nvc, equação 4 que estão identificadas no Despacho nº15793-I/2013 [5].

[kWh/m2.ano] Onde:

Nic Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, [kWh/m 2

.ano]

Qtr,i Transferência de calor por transmissão, na estação de aquecimento, através da envolvente,

[kWh]

Qve,i Transferência de calor por ventilação, na estação de aquecimento, [kWh]

Qgu,i Ganhos de calor úteis, na estação de aquecimento, ganhos solares através dos vãos

envidraçados, da iluminação, dos equipamento e dos ocupantes, [kWh] Ap Área útil de pavimento do edifício, medida pelo interior, [m

2 ] [kWh/m2.ano] Onde:

Nvc Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento, [kWh/m 2

.ano]

v Fator de utilização dos ganhos térmicos, na estação de arrefecimento

Qg.v Ganhos térmicos brutos, na estação de arrefecimento, [kWh]

Ap Área útil de pavimento do edifício, medida pelo interior, [m 2

]

2.3.1. TROCAS DE CALOR ATRAVÉS DA ENVOLVENTE

As trocas de calor através da envolvente ocorrem por condução e podem ser divididas em três ―tipos‖: através das pontes térmicas, pelo contacto direto com o solo e pelas zonas correntes de construção.

2.3.1.1. Pontes Térmicas

As pontes térmicas localizam-se onde há uma alteração do material utilizado na construção, alteração da geometria e alteração das propriedades térmicas dos materiais de construção. A transmissão de calor nas pontes térmicas segue um caminho onde haja a menor resistência térmica, nos quais podem ser formados fluxos bidimensionais, tridimensionais e pontuais. [1]

(3)

6

No que diz respeito aos fluxos bidimensionais, este é formado pela ligação de dois ou mais elementos construtivos. Os fluxos tridimensionais resultam da ligação entre dois ou mais fluxos bidimensionais. Os fluxos pontuais são formados por três elementos da mesma ordem de grandeza, por exemplo a junção entre duas áreas verticais e uma área horizontal (por exemplo duas paredes e um pavimento) [1].

As pontes térmicas podem ser classificadas como planas ou lineares. As pontes térmicas planas localizam-se em zonas correntes da envolvente, como é o caso de pilares, vigas e caixas de estores. As pontes térmicas lineares localizam-se na ligação entre diferentes elementos da envolvente de um edifício, por exemplo a ligação entre a fachada e a cobertura, e que se traduzem num maior fluxo de calor, logo numa maior diminuição da temperatura superficial interior do elemento. O fluxo da ponte térmica linear é calculado através do coeficiente de transmissão térmica linear seguindo a norma ISO 10211:2017. [6]

2.3.1.2. Contato Direto com o Solo

As trocas de calor através do contacto direto com o solo realizam-se através de elementos construtivos enterrados e semienterrados. Estas trocas de calor são mais difíceis de contabilizar devido ao reduzido conhecimento da condutibilidade térmica dos solos, que é muito variável [1]. É, todavia, possível calcular o coeficiente de transmissão térmica de pavimentos em contacto com o solo (Ubf) e o

coeficiente de transmissão térmica de paredes em contacto com o solo (Ubw), desde que se conhecem

alguns parâmetros, nomeadamente [4]:

 Dimensão característica do pavimento, B’, [m];

 Resistência térmica de todas as camadas do pavimento, Rf, com exclusão de resistências térmicas superficiais, [(m2.ºC)/W];

 Resistência térmica da parede, Rw, com exclusão de resistência térmicas superficiais, [(m2.ºC)/W];

 Largura ou profundidade do isolamento, D, [m];

 Profundidade média enterrada da parede em contacto com o solo, Zm, [m].

2.3.2. ZONAS CORRENTES DE CONSTRUÇÃO

As trocas de calor em relação às zonas correntes dependem dos materiais constituintes e das suas propriedades térmicas, especificamente o coeficiente de transmissão térmica de cada material de construção, U, [W/(m2.ºC)] [1] que pode ser determinado com auxilio do ITE50.

2.3.3. TROCAS DE CALOR POR RENOVAÇÃO DO AR

Em todos os edifícios, de habitação ou não, é necessária uma correta renovação do ar, não só por razões de saúde e higiene, mas também para conservação dos elementos construtivos interiores. A ventilação pode ser efetuada de três formas: Natural, mecânica ou mista. Dependendo da atividade que se execute no edifício, os caudais de renovação de ar serão considerados os mínimos possíveis para satisfazer as exigências, de acordo com a legislação em vigor. [1]

A legislação contabiliza as trocas de calor através do cálculo das necessidades nominais de energia útil, nomeadamente da taxa de renovação de ar, Rph, do espaço. O valor de Rph pode assumir vários valores e varia consoante a atividade exercida. Em relação aos edifícios de habitação pode assumir um valor igual ou superior a 0,40 renovações por hora no inverno e 0,60 renovações por hora no verão [7].

7 Para quantificar o número de renovações por horas utiliza-se a equação 5.

[h-1]

Onde:

Q Caudal mínimo de ar novo, [m3/h]

Ap Área de pavimento do edifício, medido pelo interior, [m 2

] Pd Pé direito médio do espaço, [m]

Tendo em conta a atividade exercida num espaço, é possível determinar o caudal mínimo de ar novo, por pessoa, como definido na Portaria nº353-A/2013 [8] na tabela 1.

Tabela 1 - Tipo de atividade e o seu respetivo caudal de ar novo [8]

Tipo de

atividade Espaços

Caudal de ar novo [m3/(hora.pessoa)]

Sono Quartos, Dormitórios e similares 16

Descanso Salas de repouso, Salas de espera, Salas de

conferências, Auditórios e similares, Bibliotecas 20

Sedentária

Escritórios, Gabinetes, Secretarias, Salas de aula, Cinemas, Salas de espetáculo, Salas de Refeições,

Lojas e similares, Museus e galerias, Salas de convívio, Salas de atividade de estabelecimentos de

geriatria e similares

24

Salas de jardim de infância e pré-escolar e Salas de

creche 28

Moderada Laboratórios, Ateliês, Salas de Desenho e Trabalhos

Oficinais, Cafés, Bares, Salas de Jogos e similares 28

Ligeiramente Alta

Pistas de dança, Salas em ginásios, Salas de ballet e

similares 35

Alta Salas de musculação, Salas em ginásios e pavilhões

desportivos e similares 49

2.3.4. GANHOS INTERNOS

Consoante o tipo de atividade que se realiza num edifício, os ganhos internos diferem. Os principais ganhos internos de calor resultam dos ocupantes do edifício, que dependendo da sua atividade, libertam mais ou menos calor. Mas também existem outras fontes de calor, tais como equipamentos elétricos que libertem calor, bem como os equipamentos não elétricos, por exemplo os fogões ou caldeiras. [1]

Os ocupantes do edifício representam uma fração importante nos ganhos de calor, nomeadamente em relação á taxa de metabolismo e dos diferentes tipos de atividade que exercem, como definido na Portaria nº353-A/2013 [8] na tabela 2.

Tabela 2 - Taxa de metabolismo dos ocupantes dependendo da sua atividade [8]

Tipo de

atividade Espaço

Taxa de metabolismo dos

8

ocupantes – M (met)

Sono Quartos, Dormitórios e similares 0,8

Descanso Salas de repouso, Salas de espera, Salas de conferências,

Auditórios e similares, Bibliotecas 1,0

Sedentária

Escritórios, Gabinetes, Secretarias, Salas de aula, Cinemas, Salas de espetáculo, Salas de Refeições, Lojas

e similares, Museus e galerias, Salas de convívio, Salas

de atividade de estabelecimentos de geriatria e similares 1,2 Salas de jardim de infância e pré-escolar e Salas de

creche

Moderada Laboratórios, Ateliês, Salas de Desenho e Trabalhos

Oficinais, Cafés, Bares, Salas de Jogos e similares 1,75 (1,40 a 2,00) Ligeiramente

Alta

Pistas de dança, Salas em ginásios, Salas de ballet e

similares 2,50 (2,00 a 3,00)

Alta Salas de musculação, Salas em ginásios e pavilhões

desportivos e similares 5,00 (3,00 a 9,00

2.4. INÉRCIA TÉRMICA

A inércia térmica consiste na capacidade de um material de construção armazenar calor, o que com a otimização das soluções da envolvente se pode assegurar o conforto térmico dentro de um edifício. Possibilita desta forma o armazenamento de calor durante o período diurno e a sua libertação durante o período noturno. [1]

A quantificação da inércia térmica é feita através do conhecimento da massa de todos os elementos de construção, a condutibilidade térmica dos materiais e o seu calor específico. É relevante que a massa de armazenamento térmico não esteja impedida de absorver calor devido á aplicação de revestimentos termicamente resistentes, para que, deste modo, se possa tirar o maior proveito da mesma [9].

Através do Despacho nº15793-K/2013 [4] é possível fazer o cálculo da inércia térmica, definido pela equação 6. [kg/m 2 ] Onde: It Inércia térmica, [kg/m2]

Msi Massa superficial útil do elemento i, [kg/m2] r Fator de redução da massa superficial útil Si Área da superfície interior do elemento i, [m2] Ap Área interior útil de pavimento, [m2]

A massa superficial útil do elemento, Msi, depende a sua localização no edifício e da sua constituição, nomeadamente a posição do isolamento térmico e as caraterísticas de revestimento superficial. Na sua quantificação distingue diferentes elementos [4]:

1. No caso de elementos da envolvente exterior ou da envolvente interior, ou elementos de construção em contacto com outra fração autónoma ou com edifício adjacente (EL1), o valor de Msi, nunca poderá ser superior a 150 kg/m

2

, sendo que:

9 a. No caso de paredes sem isolamento térmico e de coberturas ou esteiras pesadas de desvão de coberturas inclinadas, se não existir caixa de ar, , onde mt corresponderá à massa total do elemento. Se existir caixa de ar, , onde mpi

corresponderá à massa total do elemento desde a caixa-de-ar até à face interior; b. Para todos os elementos com uma camada de isolamento térmico, , em que

mi é a massa do elemento desde o isolamento térmico até à face interior com exceção

das situações em que exista uma caixa de ar entre o isolamento térmico e a face interior. Para este caso, mi corresponderá à massa do elemento desde a caixa de ar até à face interior.

2. No caso de elementos em contacto com o solo (EL2), o valor de Msi nunca poderá ser superior

a 150 kg/m2, sendo que:

a. No caso de elementos sem isolamento térmico, Msi, corresponderá a 150 kg/m 2

; b. No caso de elementos com uma camada de isolamento térmico, , onde mi

corresponderá à massa do elemento desde o isolamento térmico até à face interior. 3. No caso de elementos de compartimentação interior da fração autónoma, compreendendo

parede ou pavimento (EL3), o valor de Msi, nunca poderá ser superior a 300 kg/m 2

, sendo que: a. Nos casos de elementos sem isolamento térmico, , onde mt corresponderá à

massa total do elemento;

b. No caso de elementos com uma camada de isolamento térmico, o valor de Msi tem de

ser avaliado de forma isolada em cada um dos lados da camada de isolamento térmico, sendo que em cada um dos lados, , onde mi corresponderá à massa do

elemento desde o isolamento térmico até à face em análise; Para os devidos efeitos, os parciais de Msi nunca podem ser superiores a 150 kg/m².

De seguida, e de acordo com o Despacho nº15793-K/2013 [4] é possível determinar a classe de inércia térmica do edifício ou espaço através da tabela 3.

Tabela 3 - Classes de inércia térmica

Classe de inércia térmica It [kg/m2]

Fraca It < 150

Média 150 ≤ It ≤ 400

Forte It > 400

2.5. REGULAMENTAÇÃO

Relativamente ao desempenho energético dos edifícios a diretiva 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Concelho, de 16 de dezembro de 2002 foi reformulada para a diretiva 2010/31/EU, do parlamento Europeu e do Concelho, de 19 de maio de 2010, numa tentativa de tornar a diretiva mais clara e mais actual [10].

10

 Decreto-lei 78/2006, de 4 de abril, que aprovou o sistema Nacional de certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios [11];

 Decreto-Lei 79/2006, de 4 de abril, que aprovou o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização de Edifícios [12];

 Decreto-Lei 80/2006, de 4 de abril, que aprovou o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios [13].

A diretiva 2010/31/EU, que através do Decreto-Lei 118/2013 foi elaborada a sua transposição, criou a oportunidade de melhorar a sistematização e a aplicação do sistema de certificação energéticas e os seus regulamentos, assim como impor requisitos. A nova diretiva fez com que fosse feita uma revisão à legislação existente, e assim obter um único documento com os seguintes regulamentos [10]:

 Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE)

 Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH)

 Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS). Deste modo o presente diploma, que anteriormente era regulado em três diplomas distintos, encontra-se mais organizado com a finalidade de uma harmonização conceptual e terminológica e a fácil e rápida interpretação por parte dos destinatários das normas. Importa referir também a separação clara da aplicação do REH e do RECS, passando o primeiro a incidir exclusivamente sobre os edifícios de habitação e o segundo sobre os edifícios de comércio e serviços. Deste modo facilita o tratamento técnico e a gestão administrativa dos processos, e ainda reconhece as especificidades técnicas de cada tipo de edifícios naquilo que é mais relevante, no que diz respeito ao desempenho energético [10]. Em relação aos requisitos e a avaliação de desempenho energético, os edifícios de habitação baseiam-se no comportamento térmico e a eficiência dos sistemas, acrescentando para os edifícios de comércio e serviços a instalação, condução e manutenção de sistemas técnicos. Acrescem ainda princípios gerais e requisitos específicos para os vários edifícios existentes no mercado, os quais são os edifícios novos, os edifícios sujeitos a grande intervenção e os edifícios já existentes [10].

Pensando no conceito de edifício com necessidades quase nulas de energia, o qual passará a ser um padrão para construções novas a partir de 2020, ou 2018 para edifícios novos de entidades públicas, bem como para grandes intervenções nos edifícios existentes, os requisitos de qualidade térmica são atualizados com a diretiva 2010/31/EU. São também introduzidos requisitos de eficiência energética ficando assim os vários tipos de edifícios sujeitos a padrões mínimos, nomeadamente os sistemas de climatização, o fornecimento de água quente sanitária (AQS), os sistemas de iluminação e ainda o aproveitamento de energias renováveis de gestão de energia [10,14].

Em relação ao certificado SCE, e de modo a clarificar a sua aplicação relativamente a consulta e a vistorias, há um reconhecimento do pré-certificado e do certificado SCE como certificações técnicas, tornando-as obrigatórias na instrução de operações urbanísticas [15].

No que diz respeito á qualidade do ar interior, considera-se vital a manutenção dos valores mínimos de caudal de ar novo e dos limiares de proteção para as concentrações de poluentes do ar interior, salvaguardando-se desta forma os níveis de proteção de saúde e de bem-estar dos ocupantes dos edifícios. Em relação ao Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comercio e Serviços (RECS), descrito na Portaria 353-A/2013, para assegurar os valores de caudal mínimo os edifícios de comércio e serviços devem ter uma ventilação por meios naturais, equipamentos mecânicos ou pela junção de ambos (mistos) [8,15].

13

3

3.

ISOLAMENTO TÉRMICO

3.1. NOÇÕES TEÓRICAS

Define-se como isolante térmico o material que dificulta o fluxo do calor, ou seja, com elevada resistência térmica. É uma barreira entre dois meios que tendem a ficar com a mesma temperatura, a qual dificulta a sua passagem. Utiliza-se na envolvente dos edifícios tornando-os mais resistentes termicamente, ou seja, reduz a troca de calor entre o interior e o exterior reduzindo assim as necessidades de aquecimento e arrefecimento dependendo da estação do ano e da localização de um edifício.

3.2. CLASSIFICAÇÃO

Os isolamentos térmicos podem ser classificados de acordo com a produção, a estrutura, a apresentação e a natureza das matérias-primas [16].

Em relação à produção, os isolamentos térmicos podem ser separados em dois grupos, os isolamentos pré-fabricados e os isolamentos que são fabricados in-situ. Os pré-fabricados dividem-se em placas/painéis, mantas e blocos e podem ser aplicados por fixação mecânica, por colagem ou por colocação livre ou em cofragem perdida. Os fabricados in-situ dividem-se em isolamentos moldados, isolamentos projetados e ainda os isolamentos a granel [16].

Relativamente à estrutura os materiais podem ser classificados como materiais celulares, fibrosos ou granulares. Os materiais celulares contem ar fechado em alvéolos. Os materiais fibrosos têm uma película de ar aderente à extensão da superfície de cada fibra. Os materiais granulares retêm ar nos intervalos entre grânulos e nos interstícios [16].

No que toca á apresentação podem ser materiais rígidos, semirrígidos, granulares/pulverulentos ou pastosos. Em relação à natureza das matérias-primas, o isolamento pode ser de natureza mineral, vegetal ou sintética [16].

3.3. CARACTERÍSTICAS

A propriedade que caracteriza um isolante térmico é a sua condutibilidade térmica, e esta representa a quantidade de calor que atravessa uma espessura unitária por unidade de área de um material, para o qual se estabelece uma diferença unitária de temperatura. Assim, a condutibilidade térmica caracteriza

14

a maior ou menor facilidade de transferência de calor, ou seja, condução de calor por parte dos materiais [17].

A condutibilidade térmica depende de vários fatores, entre os quais a porosidade, a dimensão dos poros, o diâmetro das fibras, o carácter isotrópico/anisotrópico, o envelhecimento e o tipo de gás que o material encerra. Embora os mais importantes sejam a temperatura, a massa volúmica e o teor de humidade [16].

Em relação às características físicas, as mais importantes são a massa volúmica aparente ou absoluta, o coeficiente de dilatação térmica linear, o coeficiente de absorção acústico, o calor específico. Das enunciadas destacam-se a massa volúmica e o coeficiente de dilatação térmica linear, que é importante na análise da estabilidade dimensional [16].

Outra propriedade importante na caracterização de um isolamento térmico é o coeficiente de permeabilidade ao vapor, o qual é expresso em kg/(m.s.Pa) ou g/(m.h.mmHg), e, representa a quantidade de vapor de água que, por unidade de tempo e espessura, atravessa por difusão um provete desse material, quando sujeito a uma diferença de pressão de vapor unitária entre as suas faces [16,18]. Dado que o material de isolamento térmico é um elemento pertencente á envolvente do edifício, este é muitas vezes exposto a chuva, radiação solar, neve, vento, ciclos de gelo e degelo, logo é importante que o material seja suficientemente resistente a degradações provocadas por ações exteriores [16]. Para o seu funcionamento em obra, é importante determinar como eles funcionam em contacto com a água. Para este estudo destacam-se as seguintes características [16]:

 A absorção de água por gravidade, capilaridade, imersão, aspersão

 Impermeabilidade

 Higroscopicidade;

 Carácter não hidrófilo;

 Imputrescibilidade;

 Intumescimento;

 Possibilidade de dissolução de aditivos, eventualmente, existentes.

Como um bom isolante deve ser insensível á ação da água, este pode ter na sua constituição aditivos hidrófugos que dificultem a reação com a água [16].

Relativamente à segurança para os ocupantes dos edifícios é fundamental um conhecimento em relação ao comportamento face ao fogo. Entre as características evidenciam-se a reação ao fogo, o risco de deflagração, temperatura limite de utilização, libertação de fumos opacos e de gases tóxicos. Torna-se essencial saber também se o isolante térmico liberta substâncias físicas durante a combustão que possam propagar o incêndio ou provocar danos na saúde das pessoas. Para dificultar a combustão os isolantes podem ter na sua constituição aditivos ignífugos [16].

Em relação ao comportamento mecânico, considera-se fundamental quando o isolante está sujeito a ações mecânicas/térmicas exteriores, das quais as ações climatéricas podem provocar alterações irreversíveis nos isolantes. Para uma melhor avaliação é importante conhecer a resistência á compressão, flexão, tração, corte, choque, punçoamento, ações dinâmicas e deformação com carga permanente [19].

Outra das características a conhecer é a estabilidade dimensional, nomeadamente quando o isolante se encontra em contacto com outros materiais. Para esta avaliação importa conhecer a retração após fabrico e estabilidade dimensional sob a ação da temperatura, humidade e ação conjunta das ações

15 anteriores. Também quando o isolante se encontra em contacto com outros materiais torna-se importante saber o PH, a resistência a ácidos, álcalis e a possibilidade de corrosão de metais [16]. Em relação ao impacto face ao homem e ao meio ambiente, e em relação às exigências atuais para com o meio ambiente e o estado de saúde dos ocupantes, torna-se imprescindível conhecer o impacto que o isolante térmico terá, tanto a nível da possibilidade de alergia por via da reação ao tato, como a libertação de odores e substâncias nocivas. Também importa destacar a segurança em relação á utilização e ao uso, o consumo de energia, a possibilidade de reciclagem e a libertação de clorofluorcarbonetos (CFC’s) [16].

Quando a envolvente se caracteriza pelo carácter leve, ou seja, tem as suas fachadas e coberturas feitas em madeira por exemplo, há um maior efeito das pressões exteriores que se podem sentir no interior da habitação, pelo que para estas soluções torna-se essencial saber a permeabilidade ao ar do isolante térmico.

Embora existam muitas características inerentes aos materiais de isolamento térmico, podem haver outras propriedades não menos importantes, tais como o custo de aquisição, a relação entre o custo e a condutibilidade térmica, a sua aplicação e conservação, facilidade de aplicação/reparação/limpeza, manutenção, tempo de vida útil, conforto visual, conformidade com regulamentação técnica, controlo de qualidade na produção e a existência de bibliografia técnica [16].

3.4. CERTIFICAÇÃO DE ISOLAMENTOS TÉRMICOS

A certificação de isolamentos térmicos permite uma maior exigência no seu fabrico, mas também uma melhor caracterização dos seus materiais de fabrico.

Existem várias certificações ao nível de isolamentos térmicos, e a certificação apresentada será baseada na ACERMI (Association pour la Certification des Matériaus Isolants), de 1985. O certificado ACERMI é conferido pela associação com o mesmo nome e é composta pelo ―Centre Scientifique et Technique du Bâtiment‖ (CSTB) e o ―Laboratoire National d’Essais‖ (LNE). Destina-se somente a isolantes pré-fabricados sobre a forma de placas, painéis ou rolos, comportando ou não revestimentos delgados com condutibilidade térmica (λ) menor ou igual a 0,065 W/m.ºC e resistência térmica (R) superior a 0,5 m2.ºC/W [16].

O isolamento térmico é traduzido pela resistência térmica (R) e tem várias exigências [16]:

 Resistência térmica

 Compressibilidade

 Estabilidade dimensional

 Comportamento á água

 Comportamento mecânico em coesão e flexão

 Permeabilidade ao vapor de água A certificação preconizada tem dois graus [16]:

1. Certificado tipo ―A‖ – Define a resistência térmica do elemento e garante os níveis mínimos, I1,

S1, O1, L1, E1, de aptidão de utilização;

16

3.4.1. COMPRESSIBILIDADE –I

Os materiais de isolamento térmico podem ser classificados em cinco níveis relativamente á sua maior ou menor compressibilidade, em função da sua deformação, presente na tabela 4.

Tabela 4 - Nível de compressibilidade dependendo do seu grau de deformação [16]

Nível Deformação I1 Δe/e ≤ 25% I2 C ≤ 12mm I3 C ≤ 3mm I4 C ≤ 0.5mm I5 C ≤ 0.3mm Onde:

C Perda de espessura após aplicação progressiva, por patamares (24h), de uma pressão de 0,01 MPa até 0,04 MPa, conforme NF P 75-301 [mm].

Δe/e Variação relativa de espessura sob pressão de 100 Pa, em relação a uma pressão inicial de 50 Pa, conforme NF B 20-101 (não são admitidos valores individuais superiores a 35%).

3.4.2. ESTABILIDADE DIMENSIONAL –S

A estabilidade dimensional dos materiais de isolamento térmico permite subdividi-lo em quatro níveis, através da tabela 5.

Tabela 5 - Nível de estabilidade dimensional dependendo de várias exigências [16]

Nível Exigências S1 |Sn|+|VHR| ≤ 0.01 m/m S2 G.|Sn|.e ≤ 400 Pa.m S3 |Sf| ≤ 0.004(*) m/m S4 (50.a+|VHR|+|Sf|).G ≤ 15*10 3 Pa (*) Sem valores individuais > 0,0045 m/m

Onde:

Sn Retração ou dilatação natural relativa, a partir da saída da fábrica, [m/m]

Sf Retração ou dilatação a 20 ºC, após aquecimento a 70 ºC durante 7 dias, [m/m]

VHR Variações dimensionais relativas em função da humidade relativa entre dois ambientes a

20ºC/15%HR e 20ºC/90%HR, [m/m]

a Coeficiente de dilatação térmica linear, [ºC-1]

G Módulo de elasticidade transversal, obtido conforma NF T 56-118, [Pa].

17

3.4.3. COMPORTAMENTO Á ÁGUA –O

O comportamento á água dos materiais de isolamento térmico permite classificá-los em três níveis, através da tabela 6.

Tabela 6 - Nível de comportamento à água dependendo de várias exigências [16]

Nível Exigências

O1

 Variação de espessura após humidificação parcial(1) < 7,5 %

 Teor de humidade higroscópico(2)

(% em peso) < 15 %

 Teor de humidade higroscópico(2) (% em volume) < 1,5 %

O2  Não hidrófilo

(3)

O3

 Impermeabilidade à água em ensaio de absorção por gravidade (em 24h)(4)

 Teor de humidade higroscópico(2) (% em volume) < 0,05 %

(1)

Projecção de um litro de água sobre um provete de 0,35 x 0,35 m e medição da espessura sob a ação de 50 Pa

(2)

O teor de humidade higroscópico é obtido pela diferença entre dois ambientes: 15% e 90%

(3)

Conforme NF P 75-305

(4)

Conforme NF P 75-302

3.4.4. COMPORTAMENTO MECÂNICO EM COESÃO E FLEXÃO –L

O comportamento dos materiais de isolamento térmico em coesão e flexão permite classificá-los em quatro níveis, através da tabela 7.

Tabela 7 - Nível de comportamento mecânico em coesão e flexão dependo de várias exigências [16]

Nível Exigências L1 RL > P L2 (1) _{D ≤ 0,12m} L3 (2) Rt ≥ 0,05 MPa Ar ≥ 1,5 % L4 (3) Rt ≥ 0,18 MPa Ar ≥ 1 % (1)

Define o limite de inclusão na família dos isolamentos semirrígidos

(2)

Valores a satisfazer por pelo menos 95% dos provetes

(3)

Valores a satisfazer por pelo menos 80% dos provetes

Onde:

RL Resistência em tracção longitudinal, [N]

P Peso de 10 metros para os produtos em rolo ou 3 painéis, com a mesma espessura e largura que os provetes de ensaio, [N]

D Deformação por peso próprio (afastamento, em suspensão, de 0,35 m do provete em relação a um plano de referência), [m]

Rt Resistência por tracção perpendicular às faces, [MPa]

18

3.4.5. PERMEABILIDADE AO VAPOR DE ÁGUA –E

A permeabilidade ao vapor de água dos materiais pode ser classificado em cinco níveis, através da tabela 8.

Tabela 8 - Nível de permeabilidade ao vapor de agua dependendo da permeância [16]

Nível Permeância – (kg/(m2.s.Pa))(*)

E1 Pe > 6,25 x 10 -10 E2 1,25 x 10 -10 < Pe ≤ 6,25 x 10-10 E3 3,13 x 10 -11 < Pe ≤ 1,25 x 10-10 E4 2,08 x 10 -12 < Pe ≤ 3,13 x 10-11 E5 Pe ≤ 2,08 x 10 -12 (*) 1 kg/(m2.s.Pa) = 4,800 x 108 g/(m.h.mmHg) e – espessura do isolante (m)

3.5. TIPOS DE ISOLAMENTOS TÉRMICOS

Existem vários tipos de isolamentos térmicos, desde os isolamentos convencionais, os inovadores, os isolamentos feitos com materiais sustentáveis e os com materiais de desperdício.

3.5.1. CONVENCIONAIS

Os isolamentos convencionais, os mais utilizados em Portugal, são os seguintes [16]:

 Lã de rocha

 Lã de vidro

 Argila expandida

 Betão celular

 Betão com inertes leves de argila expandida

 Cortiça expandida

 Poliestireno expandido moldado (EPS)

 Poliestireno expandido extrudido (XPS)

 Poliuretano

3.5.1.1. Lã de Rocha

A lã de rocha é proveniente de fibras minerais de rochas vulcânicas, entre das quais o basalto e o calcário. É apresentada em forma de placa ou manta e tem excelentes propriedades tanto a nível de isolamento térmico como acústico [20].

É produzida a partir de lã mineral. Depois de aquecer as rochas basálticas e outros minerais a cerca de 1500ºC, estes são transformados em filamentos que, aglomerados com soluções de resinas orgânicas, permitem a fabricação de produtos leves e flexíveis ou até muito rígidos, dependendo do grau de compactação [20].

Este isolamento garante conforto ambiental, segurança e aumento de produtividade. Não provoca reações alérgicas nos habitantes, não apodrece, permite a passagem do ar, recupera a espessura original após retirada a força que a deformou e tem elevada durabilidade [20].

Em relação aos seus impactes associados, a sua fabricação implica gasto de energia e gera emissões de CO2. No entanto se atribuir um uso adequado, a economia de energia gerada poderá superar este

19 impacte negativo. Segundo o relatório da International Agency for Research on Cancer (IARC), a lã de rocha está classificada no grupo 3, um material não cancerígeno para humanos [20].

3.5.1.2. Lã de vidro

A lã de vidro é proveniente de uma substancia líquida inorgânica obtida através de um composto básico de vários elementos: a sílica, em forma de areia, que assume o papel vitrificante; o carbonato de sódio, sulfato de sódio e potássio, que serve para que a temperatura de fusão seja mais baixa; e os carbonato de cálcio e magnésio, como estabilizantes para conferirem a este material uma elevada resistência à humidade [20].

Pode ser apresentada em forma de mantas ou painéis e é fabricada em alto-forno a partir de sílica e sódio, que elevados a temperatura de aproximadamente 1500ºC, formam uma massa em estado plástico de altíssima viscosidade, que aumenta à medida que arrefece, mantendo-se em estado de sobre fusão sem cristalizar [20].

Em relação a impactes associados, a fabricação implica a emissão de partículas para a atmosfera e gases tipo NOx, SO2 e CO2. Origina gastos significativos de energia e água. Entretanto se atribuído uso adequado, a economia de energia gerada poderá superar este impacte negativo. É um material não cancerígeno e um material que em nada tem a ver com as fibras de amianto, que nos dias de hoje tem variadas restrições de uso [20].

3.5.1.3. Argila expandida

A argila expandida provem de agregados de cerâmicos leves produzidos artificialmente pelo aquecimento de certas argilas em fornos rotativos a uma temperatura de 1100 a 1200ºC, que se expandem pela retenção de gases formados no seu interior durante o aquecimento. É considerado um bom isolante térmico quando misturado com betão, no entanto, quando a argila expandida se encontra solta é considerado um isolamento térmico de baixa qualidade, pois não tem ligante, o que implica que não transfere energia [20].

3.5.1.4. Betão Celular

O betão celular é obtido a partir da mistura de água, cimento e um aditivo que facilita a sua homogeneização. É um aditivo espumante e permite que as moléculas se dispersem na mistura água-cimento, favorecendo a formação de bolhas de ar no betão, conduzindo assim ao betão celular. O seu manuseamento e aplicação é facilitado devido á sua consistência fluida, respetivamente de uma elevada concentração de bolhas de ar [21].

3.5.1.5. Betão Com Inertes Leves De Argila Expandida

O uso de betão com inertes leves de argila expandida é utilizado como isolante térmico particularmente nas pontes térmicas, pois evita a utilização de elementos construtivos pesados para corrigir estas imperfeições e não altera as técnicas de construção convencionais [22].

3.5.1.6. Cortiça Expandida

O aglomerado de cortiça expandida deriva de uma matéria-prima totalmente natural e renovável que é a cortiça, cuja extração do sobreiro se enquadra no seu ciclo de vida. A cortiça é retirada do sobreiro, a qual é regenerada de nove em nove anos após retirada. Como a sua extração não resulta na delapidação ou na degradação do meio ambiente, não apresenta impacto ambiental negativo, resultando assim numa exploração sustentável. Esta atividade apoia ainda a fixação de uma fauna natural variada e de diversas atividades de pastorícia [20,23].

20

No seu método de produção, é, inicialmente, reduzida a grânulos, que de seguida são expandidos a vapor a uma temperatura de 300º por autoclave. Ao iniciarem o seu processo de expansão, os grânulos aglomeram-se entre si através da resina que detêm [20].

3.5.1.7. Poliestireno Expandido Moldado (EPS)

O poliestireno expandido moldado (EPS) é um produto sintético proveniente do petróleo e deriva da natureza. A matéria-prima deste material é o poliestireno (PS) expansível, um polímero de estireno que contem um agente expansor e é obtido, a partir do petróleo, por meio de diversas transformações químicas [20].

No seu processo de produção, o poliestireno é expandido, numa primeira fase, por um pré-expansor através de aquecimento por contacto com vapor de água, resultando em granulado de partículas de EPS constituídas por pequenas células fechadas, que são armazenadas para estabilização. O granulado estabilizado é introduzido em moldes e novamente exposto ao vapor de água, o que provoca a soldadura do mesmo, Desta forma obtêm-se um material expandido, que é rijo e contem uma grande quantidade de ar. [20]

O seu fabrico não implica risco para a saúde humana nem para o ambiente, já que não são usados gases das famílias CFC e HCF. O gás expansor incorporado na matéria-prima é o pentano que não é prejudicial [20].

3.5.1.8. Poliestireno Expandido Extrudido (XPS)

O poliestireno expandido extrudido (XPS) é um produto sintético proveniente do petróleo e deriva da natureza. A matéria-prima é o poliestireno, um polímero de estireno, que é extrudido e passa de um estado sólido a um estado fundido, que depois arrefece e volta a um estado sólido [20].

É fabricado através da contínua transformação de um estado sólido a um estado fundido, e logo transportado e forçado em altas pressões mediante um molde. O desenho do molde corresponde á forma do produto final. O produto final traduz-se numa estrutura rígida e uniforme de pequenas células fechadas que se apresenta sob a forma de placas coloridas [20].

Em relação aos impactes associados ao fabrico, existem marcas que produzem este material sem gases do tipo CFC´s, o qual satisfaz a Diretiva europeia EC/3093/94, de 15 de dezembro de 1994. Logo é essencial o consumidor ter em conta o seu fornecedor [20].

3.5.1.9. Poliuretano

O poliuretano pertence á classe dos polímeros e a sua matéria-prima é o petróleo. É obtido através do di-isoccianato de parafileno e do etilnoglicol, e a espuma obtêm-se a partir da expansão a quente por meio de injeção de gases, formando a espuma cuja dureza pode ser controlada conforme o uso que se lhe quer dar. O poliuretano é um produto sólido, com textura de espuma [20].

A sua produção é resultante de uma reação química, e para essa reação acontecer é utilizado o gás CFC que tem um alto potencial de destruição da camada de ozono, além de durante a reação química ser libertado CO2. O fabrico desde isolante térmico é prejudicial para os humanos e para o meio

ambiente. Por outro lado o poliuretano é um polímero que uma vez moldado não pode ser fundido e utilizado novamente, logo não é reciclável e a sua eliminação só é possível em aterro, tornando-o num material não sustentável [20].

21

3.5.2. INOVADORES

Os isolamentos inovadores estão separados em dois grupos, um que apresenta os isolamentos térmicos convencionais que apresentam desenvolvimentos inovadores, e outro destinado a isolamentos térmicos a partir de materiais inovadores

3.5.2.1. Isolamento Térmico Convencional com Desenvolvimentos Inovadores

 Lã de rocha projetada

A lã mineral é um dos materiais de excelência a nível de isolamento térmico e graças á crescente evolução construtiva é necessário também uma evolução e um melhoramento a diferentes tipos de situações e locais, nomeadamente os locais de difícil acesso [24].

Desta forma surge a lã de rocha projetada que pode ser aplicada em qualquer superfície ou espaço, é resistente ao fogo (até 800ºC), possui uma densidade variável conforme o tipo de suporte e locar a aplicar, serve de isolante acústico e tem uma boa durabilidade [24].

 Blocos de argila expandida

A argila expandida é um material muito leve e tem boas propriedades térmicas, juntando a argila expandida ao betão torna este mais leve e com boas propriedades térmicas também. Deste modo é possível fabricar blocos de argila expandida [26].

Para alem de ser um bom isolante térmico, funciona muito bem como isolante acústico. Combinando tipos de betão com a argila expandida, e dependendo do local a ser empregue, é possível fabricar uma vasta gama de produtos, até mesmo juntando juntado outro tipo de isolamentos, como é o caso do XPS. Como estes blocos possuem bastantes poros, ou seja, possuem pequenas caixas de ar, tem uma elevada capacidade de respiração, evitando as tão indesejáveis condensações no inteirar das habitações [25,26,27]

 Blocos de betão celular autoclavado

Os blocos de betão celular autoclavado são produzidos a partir de uma mistura de cimento, cal, areia, água e agentes expansores (pó de alumínio). Tem a vantagem de serem leves, o que contribui para um fácil transporte e aplicação, para além que estes blocos podem ser cortados e furados com facilidade o que facilita a passagem de tubos e condutas, o que aumenta a produtividade da mão de obra [47]. Para além de ser um material incombustível, pois é usado em paredes corta-fogo, tem uma grande versatilidade, pode ser usado em estruturas de betão armado ou estruturas de aço, em alvenarias e como material de enchimento [28].

 Poliestireno expandido moldado com grafite

O isolamento térmico de poliestireno expandido moldado (EPS) com grafite é uma melhoria ao EPS convencional. Com a mesma espessura consegue uma maior resistência térmica, o que implica que com menos material consegue um melhor isolamento térmico [29].

A introdução das partículas de grafite no EPS reduz o efeito de transmissão de calor por radiação, pois funciona como um refletor [29].

 Poliuretano projetado ou injetado

O poliuretano projetado é um isolamento térmico sem juntas nem fissuras, sendo assim uma melhoria ao poliuretano convencional em placas [30].

Sendo o poliuretano projetado uma espuma, permite a sua aplicação a diferentes tipos de situações e locais, uma melhoria em relação às placas de poliuretano [30].

22

3.5.2.2. Isolamento Térmico Usando Materiais Inovadores

 Aerogel de sílica

O aerogel é uma substância com uma densidade extremamente baixa e composto, basicamente, por gases confinados nos seus poros, o que permite uma baixa condutividade térmica. É graças á sua composição que o aerogel anula os três métodos de condução de calor: condução, convecção e radiação [31].

Em relação á sua aplicação e utilização, estas são facilitadas pois o aerogel de sílica é fornecido em mantas de fibras flexíveis. Para além do aerogel ser uma substancia hidrofóbica, que significa que tem um bom comportamento face á agua, também apresenta uma elevada resistência às extremas variações de temperatura [32,33,34].

 Painel de isolamento a vácuo (VIP)

O material pode ser em pó fino ou uma fibra onde o ar é removido a uma pressão de 0,2 a 3 mbar. O núcleo tem a capacidade de resistir à pressão atmosférica do invólucro, sendo que na Europa o núcleo mais utilizado é a sílica de coloidal pirogénica [35].

O painel de isolamento a vácuo foi desenvolvido para ser utilizado em frigoríficos, congeladoras e caixas de transporte de frio. A introdução destes painéis nos edifícios acontece com o intuito de uma procura de materiais de isolamento térmico que não contivessem clorofluorcarbonetos. Embora não emita clorofluorcarbonetos, nocivos para a camada de ozono, estes painéis tem um envelhecimento precoce com uma vida útil entre os 25 e os 40 anos. Deste modo é necessário um sistema de troca fácil deste material, pois tem um período de vida útil inferior á vida útil dos edifícios, cerca de 50 anos [34,35].

 Proteção térmica refletora de baixa emissividade

A proteção térmica refletora de baixa emissividade é constituída por camadas de diferentes naturezas: espuma macia ou feltro de origem animal, vegetal ou sintético, polietileno de bolhas, etc. O núcleo é revestido por uma ou varias folhas de alumínio com milímetros de espessura, montadas por soldagem, colagem ou cozedura [31,36].

Este material de isolamento térmico caracteriza-se por reduzir a transferência de calor por radiação. Tem uma baixa emissividade e uma alta refletividade, o que permite reduzir os ganhos térmicos de verão e as perdas de calor no inverno [37].

Encontra-se maioritariamente em rolos e a sua espessura varia entre cinco e trinta centímetros. É geralmente utilizado em coberturas e tetos, mas também pode ser utilizado em paredes e pavimentos de laje maciça e aligeirada. Para um bom desempenho térmico e um correto e eficaz funcionamento pelo menos uma superfície refletora tem de estar em contacto com o espaço ar [37].

3.5.3. MATERIAIS SUSTENTÁVEIS

3.5.3.1. Introdução Teórica

O termo sustentabilidade está cada vez em voga nos tempos atuais, seja por uma questão social, energética ou ambiental e tem como base a ideia de satisfação das necessidades presentes não comprometendo a satisfação das gerações futuras [38].

Em relação à sustentabilidade e à construção civil tem havido avanços, nomeadamente nos materiais de construção utilizados e no modo como eles são utilizados. Há uma maior preocupação em evitar desperdícios de materiais e também um maior cuidado em reutiliza-los, de modo a reduzir o seu

23 impacto a nível do meio ambiente. Com base nestes princípios, a União Europeia interveio e legislou objetivos e metas para melhorar a gestão de resíduos, nomeadamente a estimulação de reciclagem, reduzir o uso de aterros sanitários, e a criação de incentivos para o consumidor mudar os seus hábitos. O principal objetivo será produzir, reutilizar e reciclar um produto, para que desta forma, os desperdícios de uma indústria se tornem a matéria-prima de outra, formando assim um ciclo sem fim [38,38,40].

3.5.3.2. Materiais de Desperdício

Com o intuito de tornar a construção civil mais sustentável e com menos impactos ambientais, mais concretamente, e neste caso, a nível do isolamento térmico, são realizados estudos com diferentes materiais de desperdício para posteriormente entrarem no mercado. Enquanto uns estão numa fase inicial de estudo, outros já se encontram em fase de produção ou mesmo de comercialização [41]. Entre os materiais de desperdício encontram-se o vidro, o plástico, o têxtil sintético e acrílico, a ganga e o papel, nomeadamente os jornais, livros e revistas.

O desperdício do vidro pode ser reciclado utilizando processos de formação e espuma, obtendo, não só, materiais de isolamento térmico como também acústico [42]. O desperdício do plástico é, nos tempos atuais, um dos temas mais preocupantes a nível mundial, relativamente á sua grande quantidade e aos impactos ambientais que origina, sendo um material que não se degrada com facilidade. Numa tentativa de reduzir o elevado descarte inadequado deste material, é usado para produzir painéis de isolamento térmico, uma vez que as capacidades térmicas do tereftalato de polietileno (PET) permitem obter um baixo valor de condutibilidade térmica [43,44].

Um dos materiais que se encontra disponível para comércio é a fibra de celulose, mais concretamente por um eficiente método de reciclagem de papel de jornal. Devido á sua estrutura interna garante uma alta porosidade. Para além de ter um baixo coeficiente de condutibilidade térmica, é resistente ao fogo e tem fácil aplicação devido á sua elevada aderência. Pode ser aplicada manualmente ou por insuflação livre, injeção ou projeção húmida [45,46,47,48].