A PassivHaus em Portugal

Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

A PassivHaus em Portugal

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil

Janete Garcia Alves

Orientadora:

Professora Doutora Ana Cristina Briga de Sá Saldanha Coorientadora:

Professora Doutora Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha

A PassivHaus em Portugal

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil

Janete Garcia Alves

Orientadora: Professora Doutora Ana Cristina Briga de Sá Saldanha Coorientadora: Professora Doutora Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha

Composição do júri:

- Professora Doutora Ana Cristina Ribeiro Afonso de Matos Coutinho, Professora Auxiliar da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

- Professor Doutor Romeu da Silva Vicente, Professor Associado da Universidade de Aveiro

- Professora Doutora Ana Cristina Briga de Sá Saldanha, Professora Auxiliar da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Agradecimentos

À minha orientadora pelo incentivo, acompanhamento, disponibilidade, conhecimento e toda a força que me transmitiu.

À minha coorientadora pelo seguimento e transmissão de conhecimentos.

Ao Professor Romeu Vicente pela transmissão de conhecimentos e disponibilidade demonstrada.

À Citrobox - Telecomunicações e Energias Renováveis, Lda e à José M. Frederico - Soc. Tecidos, Cortinados e Retrosaria, Lda que me ajudaram a compreender melhor a realidade dos sistemas construtivos e me forneceram informação importante para a elaboração desta dissertação.

À minha família, à minha Mãe que diz sempre que vou conseguir, ao meu Pai e à Graça, obrigada por me acompanharem e por tudo que fizeram por mim não só nestes últimos seis anos mas desde sempre e para sempre. À melhor irmã que poderia ter… Aos meus avôs… Ao Carlos, à família toda…

Aos meus amigos. Um obrigado especial ao Hugo pela paciência, sempre presente e a ouvir os meus delírios, à minha tradutora preferida, Maria, que desde o primeiro ano acreditou mais em mim que eu própria, e à minha companheira fiel, Denise.

Resumo

Existe a necessidade de reduzir o consumo energético que provoca um impacto negativo no meio ambiente, contribuindo para o aumento das emissões de gases de efeito de estufa e para a escassez de recursos. É portanto urgente diminuir este impacto ambiental e encontrar o equilíbrio entre o conforto exigido pela sociedade moderna e o consumo energético. A norma Passivhaus surgiu então com o objetivo de definir diretrizes de projeto para obter edifícios mais eficientes a nível energético e com um nível de conforto elevado.

Foram analisadas as propostas para Portugal, realizadas pelo projeto Passive-On para a região de Lisboa, e posteriormente realizou-se uma análise das mesmas propostas para a região de Vila Real, para tal foram utilizados dois programas de cálculo distintos, as folhas de cálculo do RCCTE e do PHPP. Em ambos os programas a conclusão foi a mesma, apesar dos valores das necessidades variar, as propostas são adaptadas para a região de Lisboa mas não para a de Vila Real. Para o clima mais severo é necessário capacitar a habitação de sistemas de aquecimento com baixos consumos energéticos. Para além da análise do comportamento térmico também se elaborou uma análise económica das diferentes propostas. Nesta análise verificou-se que o custo para obter uma

Passivhaus pode ser elevado mas se o investimento for visto a longo prazo poder-se-á

tornar bastante vantajoso, logo concluiu-se que é viável a construção das mesmas.

Abstract

There is a need to reduce the energetic consumption that results in a negative impact in the environment, contributing to the increase of greenhouse gases emission and scarcity of resources. Therefore, it is imperative to decrease such environmental impact and find the balance between the comfort demanded by modern society and the energetic consumption. The Passivhaus standard has arisen with the objective of defining project guidelines in order to obtain more efficient buildings at an energetic level and with high comfort.

There were analysed proposals for Portugal, through the Passive-On project for Lisboa’s region, and afterwards, it was conducted an analysis of the same proposals for Vila Real’s region, where two different calculus program were used, the RCCTE and PHPP calculus sheet. Both programs retrieved the same conclusion, even though the needs values were different, in which the proposals are appropriate for Lisboa’s region but not for Vila Real’s. For a more severe weather it is necessary to adapt the room with heating systems with low energetic consumption.

Beside the thermic behaviour analysis, it was also developed an economic analysis of the different proposals. In this analysis, it was observed that the cost to get a Passivhaus can be substantial, but if it is perceived as a long term investment, it can be truly beneficial, thereby supporting the feasibility of this kind of construction.

Índice Geral

Agradecimentos ...i

Resumo ... iii

Abstract ... v

Índice Geral ... vii

Índice de Figuras ... xi

Índice de Tabelas ... xiii

Lista de Simbologia e Acrónimos ... xv

1 Introdução ... 3 Enquadramento... 3 Objetivos ... 4 Organização do trabalho ... 4 2 O conceito Passivhaus ... 9 Introdução ... 9 Conceito ... 9

A distinção entre Passivhaus e Passive House ... 14

Requisitos ... 15

O conceito Passivhaus aplicado à reabilitação... 18

Passivhaus Planning Package (PHPP) ... 19

Certificação Passivhaus ... 20

A Norma Passivhaus no Mundo ... 21

Europa ... 22

Outros exemplos ... 38

Análise comparativa da aplicação da norma Passivhaus nos diferentes países . 45 Custos ... 48

Considerações Finais ... 52

3 Aplicação do RCCTE ao modelo Passivhaus Português ... 57

Introdução ... 57

Proposta de implementação da norma Passivhaus para a cidade de Lisboa ... 58

Características gerais do edifício ... 58

Análise Comparativa dos Cenários ... 63

Aplicação do RCCTE aos Cenários Apresentados na Proposta Passivhaus para as Cidades de Lisboa e Vila Real ... 65

Determinação de Parâmetros de Cálculo para Aplicação do RCCTE ... 65

Análise dos Resultados Obtidos ... 76

Análise comparativa ... 86

3.4. Considerações Finais ... 89

4 Aplicação do PHPP ao Modelo Passivhaus Português ... 93

Introdução ... 93

Considerações de cálculo do PHPP ... 94

Verificação (Verification) ... 95

Dados Climáticos (Climate Data) ... 96

Valores de U (U-Values) ... 96

Lista dos valores de U (U-List) ... 96

Solo (Ground) ... 96

Áreas (Areas) ... 97

Tipos de Janelas (WinType) ... 98

Janelas (Windows) ... 98

Sombreamento (Shading) ... 98

Ventilação (Ventilation) ... 100

Ventilação Adicional (Additional Vent) ... 102

Necessidades Anuais de Aquecimento (Annual heating demand) ... 102

Método Mensal (Monthly Method) ... 103

Carga de Aquecimento (Heating Load) ... 104

Sombreamento-S (Shanding-S) ... 104

Ventilação no Verão (SummVent) ... 105

Arrefecimento (Cooling) ... 105

Unidades de Arrefecimento (Cooling Units) ... 105

Carga de Arrefecimento (Cooling Load) ... 106

Distribuição de Aquecimento e AQS (DHW + Distribution) ... 107

Sistema Solar Térmico AQS (SolarDHW) ... 107

Eletricidade (Electricity) ... 107

Eletricidade Auxiliar (Aux Electricity)... 107

Caldeira (Boiler) ... 108

Valores das Necessidades de Energia Primária (PE Value) ... 108

Análise dos Resultados Obtidos ... 108

PHPP versus RCCTE ... 113

Lisboa... 113

Considerações finais ... 115

5 Proposta de Passivhaus para a cidade de Vila Real ... 119

Introdução ... 119

Cenário E1 ... 119

Envidraçados ... 119

Complemento possível ao cenário E1- Sistemas de aquecimento ... 121

Características gerais do modelo Passivhaus E1 ... 122

Cenário E2 ... 122

Envidraçados ... 123

Sistemas de aquecimento ... 123

Complemento possível ao cenário E2 – U e Fs do envidraçado ... 124

Características gerais do modelo Passivhaus E2 ... 125

Considerações Finais ... 126

6 Construção corrente versus Passivhaus: Análise económica ... 129

Introdução ... 129

Análise económica ... 129

Análise do cenário E1 ... 130

Análise do cenário E2 ... 135

Considerações Finais ... 138

7 Conclusões e Trabalhos futuros ... 141

Conclusões... 141

Trabalhos futuros ... 143

Referências bibliográficas ... 145

Índice de Figuras

Figura 1 – Primeiro edifício construído em Darmstadt (Alemanha) a cumprir os requisitos definidos na norma Passivhaus [6]. ... 10 Figura 2 - Perfil transversal do funcionamento do sistema de ventilação do primeiro edifício

Passivhaus na Alemanha (Darmstadt) (Adaptado de [7]). ... 11

Figura 3 – Requisitos Passivhaus (Adaptado de [17]). ... 17 Figura 4 - Pormenores construtivos de soluções de paredes exteriores Passivhaus (adaptado de [18]). ... 18 Figura 5 – Vista 3D da casa Passivhaus proposta pela SBE para o Reino Unido [21]. ... 22 Figura 6 – Primeiro edifício Passivhaus certificado em Machynlleth [6]. ... 24 Figura 7 - Edifício residencial multifamiliar Passivhaus em Nash Terrace, Aubert Park, Londres [6]. ... 24 Figura 8 – Habitação unifamiliar Passivhaus em Larch House, Ebbw Vale, Wales [6]. ... 24 Figura 9 – Habitação unifamiliar Passivhaus em Plummerswood, Escócia [6]. ... 25 Figura 10 – A primeira Passivahus certificada em Londres a) e b) Vista exterior [23, 24]; c) e d) Vista interior [23]. ... 26 Figura 11 – Complexo BedZED, Londres: a) e b) Vista geral [2, 26]; c) e d) Sistema de climatização e coberturas verdes [2, 27]. ... 27 Figura 12 – À esquerda, a estratégia de ventilação e iluminação no verão. À direita a estratégia de ventilação e iluminação no inverno [21]. ... 28 Figura 13 – Primeira Passivhaus em Espanha: a) Vista exterior [1]; b) e c) Pátio central [2]. ... 29 Figura 14 - Casa Passivhaus nas Astúrias, Espanha [28]. ... 30 Figura 15 – À esquerda, as estratégias utilizadas no inverno e à direita, as estratégias no verão [21]. ... 31 Figura 16 – Passivhaus em Innerhofer Meltina, norte de Itália, por Dr. Arch. Gruber Martin [29]. .. 32 Figura 17 - Uma das primeiras Passivhaus em França [2]. ... 34 Figura 18 - Vista exterior do empreendimento Passivhaus em Ílhavo [30]. ... 37 Figura 19 – Edifícios Passivhaus na Alemanha. a) em Quellengrund, Hannove [32]; b) Edifício habitacional unifamiliar em Hauptstraße, Wennigsen [32]; c) A primeira Passivhaus em Bremen [4]. ... 38 Figura 20 – Plantas de piso da habitação Passivhaus em Berlim [33]. ... 39 Figura 21 – a) e b) Vistas da habitação Passivhaus em Berlim, c) e d) Habitação Passivhaus em Berlim, vista interior, e) Habitação em Berlim, vista da varanda [33]. ... 40 Figura 22 - Primeira Passivhaus no Japão [28]. ... 41 Figura 23 - Planta da primeira Passivhaus no Japão [34]. ... 42 Figura 24 – Edifício residencial Passivhaus na Baixa Áustria, projeto CEPH (Certified European

Passive House Designer) [6]. ... 42

Figura 25 – Edifício residencial em NewenHouse, Wisconsin, USA [6]. ... 43 Figura 26 - Localização de edifícios Passivhaus certificados no mundo com destaque na Europa [36]. ... 43 Figura 27 - Planta do modelo Passivhaus proposto para Lisboa (Adaptado de [41]). ... 58

Figura 28 - Alçados modelo Passivhaus proposto para Portugal (Adaptado de [41]). ... 59

Figura 29 – Perspetiva 3D do modelo Passivhaus proposto para Portugal, vista sudoeste (Adaptado de [41]). ... 59

Figura 30 – Perspetiva 3D do modelo Passivhaus proposto para Portugal, vista noroeste (Adaptado de [41]). ... 60

Figura 31 – Pormenor construtivo da parede exterior tipo... 61

Figura 32 - Pormenor construtivo da cobertura tipo. ... 61

Figura 33 - Pormenor construtivo da parede interior tipo. ... 62

Figura 34 – Pormenor construtivo do pavimento tipo em contacto com o solo. ... 62

Figura 35 – Demonstração do aumento das dimensões das palas com o aumento da dimensão dos envidraçados. ... 63

Figura 36 – Pormenor ponte térmica plana, cenário A. ... 69

Figura 37 - Características da caixa de estore [45]. ... 69

Figura 38 - Tabela IV.5, valores do factor de sombreamento do horizonte (Fh) – Situação de Inverno [46]. ... 70

Figura 39 – Demonstração dos ângulos utilizados para o cálculo do fator de sombreamento por elementos horizontais e do fator de sombreamento por elementos verticais, cenário A. ... 72

Figura 40 - Tabela IV.6, valores do fator de sombreamento por elementos horizontais (F0) – Situação de Inverno, cenário A [46]. ... 72

Figura 41 - Tabela IV.7, valores do fator de sombreamento por elementos verticais (Ff) – Situação de Inverno, cenário A. [adatado de [46]] ... 73

Figura 42 - Quantificação da Inércia Térmica Interior (It), aplicação do RCCTE... 74

Figura 43 - Relação entre as necessidades de cálculo e as máximas admitidas através da aplicação do RCCTE, Lisboa. ... 79

Figura 44 - Relação entre as necessidades de cálculo e as máximas admitidas através da aplicação do RCCTE, Vila Real. ... 83

Figura 45 – Fluxograma indicativo do preenchimento das folhas de cálculo do PHPP [52]. ... 95

Figura 46 – Exemplo da medição das distâncias a considerar na obstrução horizontal (construções adjacentes) (adaptado de [52]). ... 99

Figura 47 – Exemplo da medição no sombreamento vertical (posição da janela relativamente à fachada) (adaptado de [52]). ... 99

Figura 48 - Exemplo da medição no sombreamento horizontal (palas horizontais) (adaptado de [52]). ... 100

Figura 49 – Diagrama utilizado para determinar o balanço de energia [52]. ... 103

Figura 50 – Exemplo do gráfico ilustrado na folha de cálculo “Monthly Method” para as necessidades de aquecimento mensais, os ganhos e as perdas. ... 103

Figura 51 – Descrição da forma de como é obtida através de um balanço energético entre a perda e ganho de calor de duas situações climáticas diferentes [52]. ... 104

Figura 52 – Resultados obtidos para o cenário A (Lisboa e Vila Real). ... 110

Figura 53 – Resultados obtidos para o cenário B (Lisboa e Vila Real). ... 111

Figura 54 – Resultados obtidos para o cenário C (Lisboa e Vila Real). ... 112

Índice de Tabelas

Tabela 1 – Coeficiente de transmissão térmica (U) dos diferentes elementos construtivos referentes ao primeiro edifício Passivhaus (Darmstadt, Alemanha) (Adaptado de [7]). ... 10 Tabela 2 – Valores de U dos elementos construtivos de um exemplo de reabilitação Passivhaus. .... 19 Tabela 3 - Valores de U dos elementos construtivos. ... 40 Tabela 4 - Institutos e Associações Passivhaus. ... 44 Tabela 5 - Tabela comparativa da aplicação da norma Passivhaus aos diferentes países, Reino Unido e Espanha. ... 46 Tabela 6 - Tabela comparativa da aplicação da norma Passivhaus aos diferentes países, Itália, França e Portugal. ... 47 Tabela 7- Custos específicos da construção e a percentagem acrescida dos custos (adaptado de [40] e [21]). ... 49 Tabela 8 – Necessidades de aquecimento e arrefecimento para casas que seguem os padrões mínimos e casas que seguem a norma Passivhaus [adaptado de [40]]. ... 50 Tabela 9 - Tabela resumo das alterações dos cenários. ... 64

Tabela 10 – Coeficiente de transmissão térmica (U) (W/m2_{.ºC ) considerado na proposta para}

Lisboa em cada cenário. ... 64 Tabela 11 – Dados climáticos para a cidade de Lisboa e Vila Real. ... 66 Tabela 12 - Comparação dos valores de U, para cada cenário, entre os valores apresentados pela proposta e os calculados. (Adaptado de [41]). ... 67 Tabela 13 - Valor de U para a parede exterior, cenário A. ... 67 Tabela 14 – Valores de U para as pontes térmicas planas pilares dos cenários propostos para Lisboa. ... 69 Tabela 15 – Valores de U calculados para os diferentes cenários. ... 70

Tabela 16 – Cálculo do valor de Fh nos cenários. ... 71

Tabela 17 - Cálculo do fator de sombreamento por elementos horizontais F0, e do fator de

sombreamento por elementos verticais Ff para os envidraçados dos cenários propostos, situação

inverno. ... 71

Tabela 18 - Cálculo do fator de sombreamento por elementos horizontais F0, e do fator de

sombreamento por elementos verticais Ff para os envidraçados dos cenários propostos, situação

verão. ... 73 Tabela 19 - Valores obtidos para as necessidades através da aplicação do RCCTE, para a cidade de Lisboa. ... 78 Tabela 20 - Relação entre as necessidades de cálculo e as máximas admitidas através da aplicação do RCCTE. ... 78 Tabela 21 - Valores obtidos para as necessidades através da aplicação do RCCTE. ... 82 Tabela 22 - Relação entre as necessidades de cálculo e as máximas admitidas através da aplicação do RCCTE. ... 83 Tabela 23 – Classificação energética de acordo com R [49]. ... 88 Tabela 24 – Classe energética do edifício obtida nos diferentes cenários. ... 88 Tabela 25 - Coeficiente de condutibilidade térmica e capacidade calorífica de diferentes tipos de solos [52]... 97

Tabela 26 - Resultados obtidos através da aplicação do PHPP para Lisboa. ... 109

Tabela 27 - Resultados obtidos através da aplicação do PHPP para Vila Real. ... 110

Tabela 28 – Resultados obtidos da aplicação do RCCTE e do PHPP, Lisboa. ... 113

Tabela 29 - Valores obtidos para as necessidades através da aplicação do RCCTE, Vila Real. ... 115

Tabela 30 - Resultados obtidos através do PHPP: redução da dimensão dos vãos envidraçados. .... 120

Tabela 31 - Resultados obtidos através do PHPP: aumento do fator solar do vidro e redução do coeficiente de transmissão térmica. ... 121

Tabela 32 - Tabela resumo das principais características do cenário E1; espessura do isolamento térmico, área dos vãos envidraçados e características do sombreamento. ... 122

Tabela 33 - Tabela resumo das principais características do cenário E1; U elementos e envidraçados, inércia térmica e sistema solar térmico. ... 122

Tabela 34 - Resultados obtidos através do PHPP, redução da dimensão dos vãos envidraçados. .... 123

Tabela 35 - Resultados obtidos através do PHPP, colocação de painéis solares térmicos. ... 124

Tabela 36 - Resultados obtidos através do PHPP, aumento do fator solar do vidro e redução do coeficiente de transmissão térmica. ... 125

Tabela 37 - Tabela resumo das principais características do cenário E2; espessura do isolamento térmico, área dos vãos envidraçados e características do sombreamento. ... 126

Tabela 38 - Tabela resumo das principais características do cenário E2; U elementos e envidraçados, inércia térmica e sistema solar térmico. ... 126

Tabela 39 - Dimensão e custo com IVA dos envidraçados e suas proteções do cenário A. ... 130

Tabela 40 - Dimensão e custo com IVA dos elementos do cenário A. ... 131

Tabela 41 – Dimensão e custo com IVA dos envidraçados e suas proteções do cenário E1. ... 131

Tabela 42 - Dimensão e custo com IVA dos elementos do cenário E1. ... 131

Tabela 43 - Resultados obtidos através do PHPP, do cenário E1. ... 132

Tabela 44 – Descrição das alterações do cenário A até ao cenário E1. ... 133

Tabela 45 - Resultados obtidos pelo PHPP para cada alteração em kWh/(m²a). ... 133

Tabela 46 - Dimensão e custo com IVA dos elementos do cenário A. ... 135

Tabela 47 - Dimensão e custo com IVA dos elementos do cenário E2. ... 135

Tabela 48 - Resultados obtidos através do PHPP, cenário A e E2. ... 136

Tabela 49 – Descrição das alterações do cenário A até ao cenário E2. ... 136

Lista de Simbologia e Acrónimos

AQS - Águas quentes sanitárias

BedZED - Beddington Zero Energy Development BRE - Building Research Establishment

CO2 - Dióxido de carbono

EPBD - Diretiva Europeia relativa ao Desempenho Energético dos Edifícios EPS - Poliestireno expandido

LNEG - Laboratório Nacional de Energia e Geologia

Nac - Necessidades nominais de preparação de águas quentes sanitárias (AQS) Na - Valor máximo para as necessidades de energia para preparação das AQS Nic - Necessidades nominais de aquecimento

Ni - Necessidades nominais de aquecimento máximas Nvc - Necessidades nominais de arrefecimento

Nv - Necessidades nominais de arrefecimento máximas Ntc - Necessidades nominais globais de energia primária

Nt - Valor máximo das necessidades nominais globais de energia primária NZEB - Nearly Zero Energy Building

PCM – Material de mudança de fase PHI - Passivhaus Institut

PHPP - Passive House Planning Package PHPT - Associação Passivhaus Portugal R – Resistência térmica

RCCTE - Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios Rsi – Resistência térmica superficial interior

Rse – Resistência térmica superficial exterior SBE - School of the Built Environment U - Coeficiente de transmissão térmica XPS - Poliestireno extrudido

𝜆 – Condutibilidade térmica (valor de cálculo) Fs – Fator de sombreamento

Fh – Fator de sombreamento do horizonte

F0 – Fator de sombreamento por elementos horizontais Ff - Fator de sombreamento por elementos verticais

CAPÍTULO 1

1

Introdução

O aumento do consumo energético mundial provoca um impacto negativo no meio ambiente, contribuindo para o aumento das emissões de gases de efeito de estufa e para a escassez de recursos. É, portanto, urgente diminuir este impacte ambiental e encontrar o equilíbrio entre o conforto exigido pela sociedade moderna e o consumo energético. As diretrizes europeias, e outras a nível mundial, têm vindo a ser cada vez mais exigentes no sentido de melhoria da eficiência energética dos edifícios e de garantia da sustentabilidade na construção.

Existem diversas formas de atingir estes objetivos, nomeadamente o recurso a soluções construtivas mais eficientes e mais sustentáveis ao nível dos edifícios. A norma

Passivhaus foi criada na Alemanha com vista à melhora da eficiência energética e do

conforto do edificado. O conceito Passivhaus foi alargado a outros países tendo sido definidas soluções construtivas adotadas a cada clima. Os requisitos apresentados na norma Passivhaus baseiam-se na limitação do consumo energético para aquecimento e arrefecimento, e no consumo de energia primária total para aquecimento, arrefecimento e águas quentes sanitárias. Para alcançar estes valores é proposto o aumento do isolamento térmico da envolvente opaca e envidraçada, a minimização das pontes térmicas, privilegiando-se a ventilação natural e estabelecendo-se o recurso à ventilação mecânica com sistema de recuperação de calor.

Apesar de ainda não se verificar a implementação generalizada deste conceito, já são inúmeros os edifícios por todo o mundo que seguem as suas diretrizes. Seguidores deste modelo consideram-no um caminho para a obtenção de edifícios de energia quase nula se for compatibilizado com o recurso às energias renováveis.

À semelhança de outros países, também para Portugal foi apresentada uma proposta de implementação da norma alemã com o intuito de definir diretrizes de projeto para casas confortáveis de baixo consumo energético. No entanto, a sua aplicação em Portugal é ainda bastante reduzida. Neste sentido, e para incentivar a sua introdução no projeto de edifícios, é necessário desenvolver trabalhos de investigação que permitam aprofundar esta temática. Tendo em conta a diversidade climática do país, é de extrema importância conhecer o comportamento de edifícios Passivhaus para diferentes regiões do país, bem

como de que forma cumprem a regulamentação térmica em vigor. O estudo económico das construções Passivhaus e a sua comparação com o custo da construção tradicional deve também ser considerado para que possa ser efetuada uma análise de custo-benefício.

Objetivos

Este trabalho de investigação tem como principal objetivo analisar a implementação da norma Passivhaus em Portugal, para duas cidades de condições climáticas distintas (Lisboa e Vila Real). Pretende-se também analisar a sua viabilidade económica quando comparada com a construção tradicional Portuguesa.

Para concretizar os objetivos propostos, este trabalho de investigação desenvolve-se nas seguintes fases:

 Analisar os requisitos definidos na norma Passivhaus e a sua aplicabilidade nos diferentes países;

 Analisar a proposta da norma Passivhaus para Portugal e a sua aplicabilidade para duas cidades (Lisboa e Vila Real) com realidades climáticas distintas;

 Estudar o desempenho térmico dos diferentes cenários definidos na proposta nacional Passivhaus através da aplicação do Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) para as duas cidades consideradas;

 Aplicar a ferramenta Passive House Planning Package (PHPP) aos diferentes cenários definidos na proposta nacional Passivhaus para as duas cidades consideradas;

 Propor um modelo Passivhaus para a cidade de Vila Real;

 Estudar a viabilidade económica do modelo Passivhaus e comparar com um edifício de construção tradicional.

Organização do trabalho

No Capítulo 2 será efetuada uma revisão bibliográfica que abordará o conceito, os requisitos, a origem e a evolução da norma Passivhaus. Serão também apresentadas as propostas de edifícios Passivhaus para países quentes da Europa e alguns exemplos práticos de edifícios Passivhaus no mundo.

No capítulo 3 será aplicado o RCCTE aos cenários apresentados na proposta nacional para Lisboa. Os mesmos cenários serão analisados para a cidade de Vila Real. De forma a compreender melhor o comportamento do edifício definido em cada cenário, será elaborada uma análise comparativa dos resultados obtidos para as cidades de Lisboa e Vila Real.

No capítulo 4, será aplicada a ferramenta de cálculo PHPP aos cenários analisados no capítulo 3. Através dos resultados obtidos será apresentado um modelo Passivhaus para a cidade de Vila Real.

No capítulo 5 será efetuado o estudo de viabilidade económica da habitação modelo

Passivhaus proposta para Vila Real e a sua comparação com os custos inerentes à mesma

habitação caso seja construída de acordo com as técnicas de construção correntes. Por último, no capítulo 6 serão apresentadas as conclusões finais do trabalho desenvolvido e propostos trabalhos futuros.

CAPÍTULO 2

2 O conceito Passivhaus

Com o evoluir dos tempos, tem-se verificado o aumento dos requisitos de conforto e de qualidade de vida da população, o que acarreta um aumento do consumo energético e a necessidade de adotar um comportamento de utilização racional de energia, principalmente nos edifícios. O conceito de casa passiva tem surgido no sentido de contribuir para o aumento da eficiência energética, para a promoção da sustentabilidade na construção e para alcançar necessidades de energia quase nulas. Neste sentido, atualmente, a redução do consumo de energia, a obtenção de conforto interior e a viabilidade económica são fatores indispensáveis na execução ou intervenção em edificações.

Neste capítulo pretende-se apresentar a revisão bibliográfica do conceito Passivhaus. Será descrita a origem e evolução do conceito Passivhaus, os seus requisitos, a ferramenta de cálculo utilizada para a sua verificação, os critérios de certificação Passivhaus e ainda os custos associados à implementação de um edifício com estas características. Serão também apresentados alguns exemplos de edifícios construídos segundo os parâmetros

Passivhaus em países com condições climáticas distintas.

Conceito

Com o consumo de energia a aumentar, na década de 70 iniciou-se o desenvolvimento de um novo conceito, o de casa passiva, que assentava no pressuposto que o aumento do isolamento térmico da envolvente do edifício reduziria a necessidade de aquecimento. Em 1988, Wolfgang Feist em conjunto com Bo Adamson iniciaram o projeto de investigação Passivhaus, e no ano de 1991, em Darmstadt, na Alemanha, foi construído um edifício habitacional composto por quatro fogos habitados por famílias desde então, e onde se aplicaram os conceitos de desenho passivo. O objetivo era analisar a aplicabilidade destes conceitos na obtenção de edifícios com níveis reduzidos de consumo energético a um custo razoável e que se adaptasse ao clima alemão [3-5]. Posteriormente, este edifício veio a ser referenciado como o primeiro edifício a cumprir os requisitos definidos na norma Passivhaus (figura 1).

Figura 1 – Primeiro edifício construído em Darmstadt (Alemanha) a cumprir os requisitos definidos na norma Passivhaus [6].

As características construtivas deste edifício baseiam-se na adoção de espessuras de isolamento térmico elevadas nas paredes exteriores, cobertura e pavimento, numa elevada estanquidade das caixilharias, na utilização de envidraçados triplos de baixa emissividade com um coeficiente de transmissão térmica muito reduzido, no recurso à energia solar passiva e na ventilação mecânica com recuperador de calor.

Na cobertura foram aplicados 445mm de isolamento térmico em lã mineral, nas paredes exteriores foram aplicados 275mm de poliuretano, nos pavimentos intermédios 250mm de poliuretano e nas janelas vidro triplo de baixa emissividade. Na tabela 1 são apresentados os valores do coeficiente de transmissão térmica (U) para os diferentes elementos construtivos, verificando-se que todos os valores de U são inferiores a 1,5 W/m2.ºC [7, 8].

Tabela 1 – Coeficiente de transmissão térmica (U) dos diferentes elementos construtivos referentes ao primeiro edifício Passivhaus (Darmstadt, Alemanha) (Adaptado de [7]).

Elemento construtivo U (W/m2_.ºC)

Cobertura 0,1

Paredes exteriores 0,14

Pavimento 0,13

Envidraçados 0,7

O sistema de ventilação referente ao primeiro edifício Passivhaus construído na Alemanha apresenta-se na figura 2 e demonstra o funcionamento da entrada e saída de ar no edifico. O sistema de recuperação de calor utilizado é altamente eficiente com um rendimento superior a 80%. O ar admitido, ar fresco, é introduzido no edifício sendo filtrado e posteriormente encaminhado por condutas para o permutador de calor existente

no subsolo onde é aquecido. De seguida, passa por outro permutador de calor e é insuflado nos compartimentos. A extração é realizada por outras condutas que encaminham o ar extraído dos compartimentos para o permutador de calor onde a sua energia, calor, é transferida para o ar que é admitido, e por fim o ar é extraído para o lado oposto exterior, do edifício, relativamente ao lado em que é admitido [7, 8].

Figura 2 - Perfil transversal do funcionamento do sistema de ventilação do primeiro edifício Passivhaus na Alemanha (Darmstadt) (Adaptado de [7]).

A energia solar passiva é utilizada no aquecimento das águas sanitárias com recurso a um sistema de coletores solares composto por painéis de vidro duplo-triplo-baixo e com Krypton na lâmina de ar (correspondendo a 5,3m2/habitação ou 1,4m2/pessoa). O gás natural é usado como aquecimento secundário, sendo que o sistema de coletores solares assegura cerca de 66% do consumo. Dado que o consumo de energia no aquecimento de água representa uma elevada percentagem no consumo de energia final, o uso de um aparelho eficiente é de extrema importância. As bombas de distribuição e circulação, pertencentes ao sistema de coletores, foram colocadas no interior do edifício e foram devidamente isoladas para evitar perdas de calor [7, 8].

Foi efetuada uma avaliação do desempenho do edifício ao longo de quatro anos tendo-se verificado que este correspondeu às expectativas no que respeita à eficiência energética. Em comparação com a média das habitações alemãs, o consumo de energia para o aquecimento foi reduzido para cerca de 5%. O uso de água quente e o consumo de

eletricidade foi reduzido para cerca de 10% [8]. E pelo facto deste projeto ter sido considerado um sucesso pelos ótimos resultados obtidos nos consumos energéticos e no conforto interior, os mesmos conceitos foram aplicados pela segunda vez, em Groß-Umstadt, em 1995 [9].

Em setembro de 1996, em Darmstadt, na Alemanha, foi fundado o Passivhaus Institut (PHI) sob a coordenação do físico alemão Dr. Wolfgang Feist, com o objetivo de promover e acompanhar o modelo ali implantado e definir diretrizes de projeto para obter edifícios mais eficientes a nível energético, tendo sido então criado o conceito

Passivhaus. Foi com base nestas experiências que Feist desenvolveu a Norma Passivhaus

[10, 11].

O princípio base da norma Passivhaus é a redução drástica das necessidades de aquecimento e arrefecimento, possibilitando ao mesmo tempo excelentes níveis de conforto interior. Estes são conseguidos especialmente, como se verificou anteriormente, através de elevados níveis de isolamento térmico na envolvente e de estanqueidade e do recurso à ventilação mecânica [3]. No contexto Passivhaus, a procura do equilíbrio entre uma correta abordagem construtiva, as tecnologias passivas, nomeadamente o isolamento térmico, a captação de energia solar e a ventilação mecânica com recuperação de energia são aspetos cruciais.

A Passivhaus assenta assim no pressuposto de uma construção com um padrão de eficiência energética em edifícios, utilizando uma espessura elevada de isolamento térmico nas paredes e cobertura, e janelas com vidro térmico duplo ou triplo, levando a um controlo rigoroso das perdas de energia causadas pelas pontes térmicas. Para além disso, com um sistema de ventilação eficiente e com recuperação de calor, o consumo energético é reduzido [10]. A utilização de ventilação mecânica com recuperação de energia constitui a única solução não passiva que integra o conceito de Passivhaus [11]. A Passivhaus é diferente das casas passivas tradicionais, sendo, segundo os seus responsáveis, aplicável em todo o mundo, porque atribui grande importância ao aquecimento do ar fresco que é admitido para o interior do edifício. Susanne Theumer, arquiteta e consultora de energia do PHI, numa definição simplificada do conceito, refere que a ideia da ventilação mecânica surgiu posteriormente, pois se se estiver perante uma casa com bons níveis de isolamento, tal como deve ser uma Passivhaus, o aquecimento deve ser feito da forma mais eficiente, surgindo a ventilação mecânica, como a forma mais rentável de aquecimento [11].

As necessidades de aquecimento numa Passivhaus são reduzidas e desta forma um sistema de aquecimento tradicional torna-se dispensável. As necessidades de arrefecimento também são reduzidas devido à utilização de sombreamentos e de uma correta orientação das janelas e da adoção de sistemas de sombreamento e oclusão eficientes. Em certos casos, sugere-se ainda o recurso a sistemas passivos de arrefecimento, nomeadamente o pré-arrefecimento do ar admitido. A ventilação cruzada através de janelas abertas em fachadas opostas do edifício é também uma alternativa passiva para a estação de arrefecimento [3].

Uma das caraterísticas de uma construção Passivhaus é o facto de não existirem limitações ao nível do projeto arquitetónico, ou seja, uma Passivhaus tanto pode ser de desenho/arquitetura tradicional, como apresentar um design mais contemporâneo. O padrão Passivhaus pode ser aplicado não só a edifícios residenciais, mas também a edifícios comerciais, industriais e públicos [3]. Posto isto, uma Passivhaus pode ser uma moradia isolada, geminada ou em banda, edifícios multifamiliares e de uso misto e ainda edifícios de comércio ou serviços. Qualquer edifício, independentemente da sua utilização pode ser certificado como uma Passivhaus desde que cumpra os requisitos, visto que a certificação Passivhaus avalia sempre a envolvente térmica do conjunto. Na identificação da envolvente térmica para o cálculo das áreas de pavimento, é importante que todas as áreas fora da envolvente térmica, mas que ainda estejam dentro da construção sejam excluídas, isto é, garagens, antecâmaras integradas de entrada e espaços não aquecidos (sótãos, caves e escadas em edifícios multi-habitacionais que não são aquecidos devem ser excluídas das áreas de pavimento). Estas áreas podem apresentar um efeito benéfico, pois o contacto com lugares não aquecidos não é tão gravoso quando comparado com o contacto com o exterior, logo exigem o cálculo de um fator de redução de temperatura e os detalhes das propriedades térmicas (caso existam) podem ser necessários [12].

Entre 1998 e 2001 foi criado um importante estímulo ao desenvolvimento e implementação do conceito Passivhaus através do projeto Europeu Custo Eficiente de Casas Passivas como Normas Europeias (Cost Efficient Passive Houses as European

Standards), designado por CEPHEUS, que contemplou o desenvolvimento de 250 casas

segundo o modelo Passivhaus em cinco países: Alemanha, Áustria, Suécia, Suíça e França [9, 13].

A adoção do conceito Passivhaus pode ser um caminho para a obtenção de edifícios de consumo de energia quase nula, Nearly Zero Energy Building (NZEB), tal como é requisito imposto pela última revisão da Diretiva Europeia relativa ao Desempenho Energético dos Edifícios(EPBD), 2012/27/EU de 25 de outubro de 2012 [14].

A denominação NZEB não significa que o edifício não consuma energia, mas sim que a energia gasta seja proveniente quase na totalidade de fontes renováveis. Hélder Gonçalves, diretor do Laboratório de Engenharia do Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG), é crítico nesta matéria tendo referido que é prioritário garantir que os edifícios tenham, em primeiro lugar, necessidades de consumo reduzidas e só depois é que se deverá recorrer às energias renováveis [15], pois de outra forma pode dar origem a um NZEB altamente consumidor. Ou seja, o objetivo é que a casa seja eficiente do ponto de vista energético e caberá ao proprietário a decisão de usar energias renováveis ou não. Assim, no caso de se pretender minimizar o impacto ambiental numa construção, a melhor forma de se obter uma habitação sustentável é incorporar a norma Passivhaus com a utilização de energias renováveis, pois esta junção poderá conduzir a um consumo de energia quase zero, onde a energia necessária pode ser facultada via fontes renováveis. Para além destas considerações, também pode ser opção a aplicação de critérios de sustentabilidade nos diferentes pontos dos ciclos de vida de um edifício, onde por exemplo a escolha dos materiais utilizados pode ter um impacto semelhante ao uso de energias renováveis [11].

A distinção entre Passivhaus e Passive House

O conceito alemão Passivhaus atribuído a edifícios é, por vezes, associado ao conceito de Passive House (casa passiva). No entanto, segundo alguns autores, estas duas designações apresentam princípios bastante distintos. O termo Passivhaus refere-se a um padrão bem definido, que respeita os requisitos mínimos definidos na norma alemã

Passivhaus, enquanto o conceito de casa passiva diz respeito à conceção de um edifício

que se baseia na adoção de características de desenho passivo, como por exemplo, o aproveitamento passivo de energia solar [12].

Na Passive House, o desenho passivo minimiza as necessidades de energia de um edifício, recorrendo a fatores naturais. Os edifícios tipicamente passivos têm uma estratégia de energia solar passiva, nomeadamente, envidraçados orientados a sul, aproveitamento da

capacidade de armazenamento de calor dos materiais, e combina a utilização de um elevado nível de rendimento térmico para reduzir necessidades de aquecimento e de iluminação artificial. Nestes edifícios, é dada elevada importância à ventilação natural e à sua utilização como estratégia passiva de arrefecimento durante a noite na estação de arrefecimento. É reduzida a existência de sistemas ativos mecânicos, o que se traduz numa redução da energia consumida.

Para o sucesso na aplicação destas estratégias é necessário ter em conta a orientação e a forma do edifício. É também necessário contabilizar a possível perda de calor devido à adoção da ventilação natural, para além da possibilidade de sobreaquecimento no verão. No entanto, este pode ser minimizado ou eliminado recorrendo a dispositivos de sombreamento e de obstrução [12].

A Passivhaus procura o equilíbrio entre o isolamento térmico e a captação solar, deixando em aberto a opção da utilização de energias renováveis [11]. A norma subjacente a este conceito prevê também a utilização das técnicas do desenho passivo referidas anteriormente, com a principal diferença de que, num edifício Passivhaus, o sistema de ventilação é projetado para que o ar exterior admitido seja aquecido e garanta as exigências de aquecimento. O facto de o ar insuflado ser pré-aquecido distingue a

Passivhaus da comummente designada Passive House. Pode então dizer-se que a

principal diferença entre estas duas designações reside no tipo de sistema de ventilação utilizado na Passivhaus. A norma Passivhaus apresenta ainda um conjunto de requisitos que devem ser cumpridos nos edifícios em que se pretende aplicá-la, nomeadamente no que se refere à limitação dos valores do coeficiente de transmissão térmica da envolvente e das necessidades de aquecimento e de arrefecimento do edifício. Convém ainda referir que, apesar destas diferenças, Passivhaus é muitas vezes definida como Passive House, dado o princípio subjacente a ambos os conceitos.

Requisitos

Para climas como o da Alemanha, os investigadores estabeleceram o limite de consumo energético para aquecimento e arrefecimento em 15kW/m2/ano ou carga máxima para aquecimento e arrefecimento inferior a 10W/m², e um consumo de energia primária total do edifício com aquecimento, arrefecimento, águas quentes sanitárias (AQS) e eletricidade de 120kW/ano. Susanne Theumer esclareceu que o conceito Passivhaus

refere-se ao aquecimento pelo sistema de ventilação, e que se o consumo energético for reduzido ao ponto de ser possível aquecer a habitação através da admissão de ar, o edifício em questão pode-se chamar de Passivhaus, definição esta independente do clima. Para efeitos de certificação, tentaram desde essa definição, encontrar critérios que fossem adequados para o clima alemão, obtendo o valor de 15kW/m2/ano [11]. Este valor é limitado tendo em conta a temperatura máxima a que o ar admitido pode estar (50ºC), visto que, se esta temperatura for excedida, a qualidade do ar pode diminuir. Considerando que a temperatura confortável de 20°C no interior deve ser atingida em áreas com taxas de ventilação baixas, apenas uma parte do calor pode ser fornecido sem exceder o limite de temperatura de 50°C. Se este requisito de aquecimento de espaços não for atingido, os critérios que o restringem não serão alcançados e por isso não é recomendado aquecer uma habitação com o ar fresco admitido. Para não exceder a necessidade de aquecimento de 15 kWh/(m2.ano) as seguintes características são recomendáveis [16]:

 O isolamento térmico para a envolvente opaca deve garantir que os valores de coeficiente de transmissão térmica (U) sejam inferiores a 0,15 W/m2_.ºC;

 O valor de U para janelas e portas não deve exceder 0,8 W/m2_{.ºC, tanto para a} caixilharia como para os vidros. Isto implica que a caixilharia da janela incorpore critérios de isolamento e vidros triplos;

 As pontes térmicas devem ser minimizadas sendo que, idealmente, devem ser eliminadas;

 A temperatura interior deve estar compreendida entre 20 e 25ºC e não pode ocorrer um excesso de temperatura em mais de 10% do tempo;

 Estanqueidade ao ar, o resultado do blower door test deve ser inferior a 0,6 renovações por hora (Rph), com pressões de 50Pa;

 A ventilação mecânica no edifício deve incluir um sistema com recuperação de calor com, pelo menos 75% de eficiência e com um ventilador de baixa potência específica [12]. O sistema usado é o heating recover system, que é descrito por Hélder Gonçalves como um sistema em que a entrada de ar novo passa por este equipamento de recuperação de calor, onde ocorre a exaustão de ar que se mistura com um caudal mínimo de ar novo que entra no edifício. Portanto, a carga térmica relativamente a essa quantidade de ar novo que entra é mínima, pois a energia do

ar extraído é transferida para o ar admitido, logo este necessita de uma carga térmica reduzida para atingir a temperatura desejada [11].

Na figura 3, estão representados os requisitos exigidos pela norma Passivhaus, no que respeita à envolvente e à circulação de ar.

Figura 3 – Requisitos Passivhaus (Adaptado de [17]).

Na figura 4 estão apresentados os pormenores de soluções construtivas utilizadas num edifício Passivhaus com os respetivos pormenores. As soluções construtivas apresentadas permitem obter valores do coeficiente de transmissão térmica (U) inferiores a 0,15 W/m2.ºC. Como se pode verificar são soluções que incluem elevadas espessuras de isolamento térmico.

Figura 4 - Pormenores construtivos de soluções de paredes exteriores Passivhaus (adaptado de [18]).

No sentido de garantir o conhecimento dos requisitos definidos na norma Passivhaus por parte dos profissionais da construção, são disponibilizados cursos de formação com o intuito de também atribuir certificação aos profissionais. A frequência não é obrigatória, bastando a aprovação no exame. Dados estatísticos revelam que desde outubro de 2009 já foram certificados 1250 profissionais [11].

O conceito Passivhaus aplicado à reabilitação

Apesar de se pretender que num edifício reabilitado se cumpra os requisitos definidos anteriormente, isto nem sempre é possível em intervenção de reabilitação devido às condicionantes do próprio edifício. Assim, o Passivhaus Institut definiu a certificação

EnerPHIt. Nesta certificação são definidos requisitos menos exigentes para este tipo de

casos. As necessidades de aquecimento devem ser inferiores a 25kWh/(m²a) e a ventilação natural deve garantir 1 Rph com pressões de 50Pa ou deve verificar-se o uso de componentes certificados pelo Passivhaus Institut, logo adequados para serem utilizados em edifícios Passivhaus [16].

Um exemplo de uma reabilitação Passivhaus é o caso da casa geminada Grove Cottage, construída em 1869 em Hereford, no Reino Unido. A casa foi renovada pelos arquitetos Simmondsmills para alcançar um desempenho energético de valores entre 15 e 25 kWh/(m²a) e garantir 1 rph. As necessidades de energia primária são de 108 kWh/(m²a). No que respeita aos coeficientes de transmissão térmica, estes também são bastante baixos, verificando-se que apenas no pavimento se ultrapassa o limite de 0,5 W/m2.ºC definido na norma Passivhaus (tabela 2) [12].

Tabela 2 – Valores de U dos elementos construtivos de um exemplo de reabilitação Passivhaus.

Elemento Construtivo U (W/m2_.ºC)

Paredes exteriores 0,12

Pavimento 0,17

Cobertura 0,09

Envidraçado 0,9

Os dados disponíveis indicam que um edifício reabilitado de acordo com a norma

Passivhaus tem uma redução nas necessidades de aquecimento entre 87,5 e 90%. Como

exemplo, existe um edifício em Frankfurt, Alemanha, em que as necessidades de aquecimento foram reduzidas em 94% [16].

Passivhaus Planning Package (PHPP)

O PHPP é uma ferramenta de cálculo de energia em edifícios e baseia-se nos métodos de cálculo de energia usados em toda a Europa. Esta ferramenta foi produzida pelo

Passivhaus Institut para auxiliar na melhora do desempenho de um edifício Passivhaus.

Passivhaus. O planeamento do edifício usando o PHPP permite verificar se os requisitos

exigidos pela norma Passivhaus são cumpridos, para além de permitir introduzir alterações e facilmente perceber a sua influência na obtenção das necessidades energéticas do edifício.

O PHPP apresenta as necessidades energéticas com uma precisão de aproximadamente 0,5kWh, relação entre as necessidades energéticas apresentadas pelo PHPP e as verificadas, e pode ser aplicado não só a novas edificações como também na reabilitação de edifícios históricos [12, 19].

No capítulo 4, será apresentada uma descrição mais pormenorizada desta ferramenta que será posteriormente aplicada a diferentes aos cenários em estudo.

Certificação Passivhaus

Quando se está perante um projeto de construção que respeite os requisitos pré-definidos pela norma, pode-se voluntariamente pretender ser certificado pela mesma, sendo esta a melhor forma de atingir o nível de qualidade exigido para a Passihvaus Standard [10]. A certificação pela norma Passivhaus pode ser obtida através do PHI ou de organismos de certificação que estejam creditados pelo mesmo. Qualquer edifício pode ser construído a partir do padrão Passivhaus. Porém, para ser designada como um edifício Passivhaus, tem de ser certificado. A identidade certificadora assegura ajuda no projeto, com vista ao cumprimento dos requisitos da norma [20].

O Passivhaus Institut BRE, Building Research Establishment, é um exemplo de uma identidade certificadora sediada em Inglaterra registada com o Instituto Passivhaus que emite certificados para edifícios residenciais, escritórios, escolas e edifícios industriais. Apresentam-se de seguida as diferentes fases do processo de certificação conduzido por este instituto [12], que se referem à fase de projeto, construção e finalização.

 Fase de projeto:

1. Os desenhos e os dados técnicos são submetidos a BRE;

2. BRE avalia o projeto para verificar a conformidade com a Passivhaus padrão; 3. Se os requisitos estiverem em conformidade, o projeto é aprovado. Por outro lado,

se destacam os pontos que devem sofrer alteração. Posto isto, o projetista e as partes interessadas deverão proceder às alterações necessárias.

 Fase de construção:

1. São efetuados testes de pressão, para verificação da estanqueidade, e verificações em obra para que eventuais lapsos sejam corrigidos atempadamente, com a finalidade de que a qualidade da construção não seja posta em causa. Para emitir um certificado mínimo de verificação em obra pelo BRE é desejável que a visita ao local coincida com a realização do teste de estanquidade. Apesar de o BRE ser capaz de executar este teste, o empreiteiro pode ter outra preferência.

 Fase de finalização:

1. A avaliação do edifício é efetuada utilizando a ferramenta PHPP, sendo feitas as alterações necessárias para refletir o desempenho do edifício em análise e por fim o certificado é emitido.

A Norma Passivhaus no Mundo

O PHI tem-se dedicado à investigação do uso eficiente de energia nos edifícios com realce para o desenvolvimento da norma Passivhaus na Alemanha. O Instituto tem vindo a promover a aplicação da norma em conjunto com entidades governamentais, regionais e nacionais com o intuito de a tornar obrigatória. Tal já se verifica, por exemplo, em Frankfurt. Porém, o objetivo não é criar uma norma que abranja todo o mundo, mas sim uma norma para cada local, até porque as condições climáticas variam dentro do próprio país [11].

Dado que o conceito Passivhaus foi pensado inicialmente para edifícios de climas em que o aquecimento era uma preocupação, em 2008 surgiu o projeto PASSIVE-ON, com o intuito de expandir e adotar o conceito Passivhaus aos países do Sul da Europa [15]. Neste projeto foram desenvolvidas diretrizes de desenho e técnicas construtivas a adotar para casas passivas, por forma a serem mais eficientes nas estações de aquecimento e arrefecimento. No ponto 2.8.1) pretende-se apresentar de forma detalhada a aplicação da norma Passivhaus em diversos países, apresentando as especificidades de cada um deles, de modo a tornar possível a implementação da norma nesses países. Serão também apresentados alguns exemplos de Passivhaus no mundo. Por ultimo será efetuada uma análise comparativa das soluções utilizadas nos diferentes países do sul da Europa.

Europa 2.7.1.1 Reino Unido

A proposta da casa Passivhaus no Reino Unido foi desenvolvida pela School of the Built

Environment (SBE) da Universidade de Nottingham e consiste numa casa típica em

banda, com dois pisos (figura 5) que cumpre os requisitos do regulamento térmico de edifícios de 2006. Foram adotados os requisitos de energia e de conforto da norma

Passivhaus alemã tendo em consideração o clima, as diferenças no estilo de vida e as

expectativas que os utilizadores de uma casa do Reino Unido possuem em relação ao uso do espaço e à interação com o edifício.

No piso térreo existem dois espaços designados por espaços “tampão”, um localizado a norte e outro a sul. Estes espaços contribuem para a redução da área habitável, mas são construídos com o intuito de serem utilizados como arrumos, estufas para aproveitamento passivo da energia solar ou apenas como um compartimento destinado à secagem da roupa. Quando este espaço está localizado a norte funciona também como antecâmara de entrada, enquanto que se estiver localizado a sul funciona como uma estufa no sentido de aumentar os ganhos solares através da envolvente do edifício. O edifício é dotado de proteções solares para evitar o sobreaquecimento no verão e para impedir as perdas de calor no inverno. Caracteriza-se também por incluir dispositivos de ventilação no topo das escadas, onde tem lugar a extração do ar por efeito de chaminé, sendo os dispositivos de admissão grelhas automáticas distribuídas por todo o edifício [21].

Ao combinar a ventilação natural com a elevada inércia térmica interior, a estratégia ambiental de projeto propõe variações relativamente ao conceito alemão. No inverno, o ar admitido é pré-aquecido através da estufa localizada a sul, podendo atingir temperaturas superiores a 20°C. Se o espaço o permitir, pode ser utilizado o aquecimento através do solo que consiste em enterrar tubos que promovem o aquecimento ou pré-arrefecimento do ar da estufa, dependendo da estação em causa. Na estação de arrefecimento, o acesso à estufa encontra-se aberto para que o ar circule entre o interior e o exterior, possibilitando a utilização do espaço como uma espécie de extensão da sala de estar. À noite, o controle automático dos dispositivos de ventilação promove o arrefecimento do edifício e da massa térmica interior.

A elevada massa térmica interior que caracteriza o edifício pode ser obtida com painéis de betão pré-fabricados expostos ou, quando é preferida uma construção mais leve, com o uso de materiais de mudança de fase (PCM) introduzidos no reboco.

Na casa Passivhaus proposta para o Reino Unido procura-se substituir o uso de sistemas ativos de arrefecimento pelo uso de sombreamentos e pelo recurso à ventilação natural, combinados com a existência de inércia térmica forte no edifício.

De modo a minimizar as perdas de calor, são adotados elevados níveis de isolamento térmico resultando em valores de U de 0,2W/m2_{.ºC para as paredes exteriores e} 0,15W/m2_{.ºC para a cobertura.}

O envidraçado que separa a estufa do exterior é constituído por vidro simples, e os restantes por vidro duplo de baixa emissividade. Neste caso, não foram adotados vidros triplos uma vez que simulações efetuadas permitiram concluir que a utilização de vidro duplo permite obter os níveis exigidos de aquecimento. O valor de U proposto para as janelas é de 1,8W/m2.ºC e consideram-se infiltrações na ordem das 3 rph à pressão de 50Pa.

As necessidades anuais desta Passivhaus foram estimadas em 13,8 kWh/m2, garantindo assim o cumprimento da norma Passivhaus (15kWh/m2) e o valor de referência do regulamento térmico (55kWh/m2) para as necessidades energéticas típicas para aquecimento. Uma vez que são usadas estratégias passivas, torna-se desnecessário o recurso a um sistema ativo de arrefecimento.

A simulação efetuada permite também verificar que na estação de aquecimento, a temperatura do ar interior é de 20°C se estiverem ativos os sistemas convencionais de aquecimento. No entanto, sem este sistema a temperatura mantém-se acima dos 18ºC em 68% do tempo. Na sala de estar, as temperaturas variam normalmente entre 10°C e 24°C,

ultrapassando as temperaturas exteriores que variam entre os 5 e os 15°C, permitindo assim atingir valores superiores aos obtidos no ambiente exterior [21].

Em termos práticos, vários edifícios já foram construídos no Reino Unido tendo por base o conceito Passivhaus.

No Reino Unido, os primeiros edifícios com certificado Passivhaus foram construídos em Machynlleth (figura 6), Powys (figura 7), e no País de Gales (figura 8), tendo sido concluídos em 2009 [6].

Figura 6 – Primeiro edifício Passivhaus certificado em Machynlleth [6].

Figura 7 - Edifício residencial multifamiliar Passivhaus em Nash Terrace, Aubert Park, Londres [6].

A Escócia também aderiu a este conceito. A primeira habitação unifamiliar com certificado Passivhaus foi concluída em 2010 [22] (figura 9), em que se pode verificar que o conceito Passivhaus pode ser aplicado independentemente da arquitetura.

Figura 9 – Habitação unifamiliar Passivhaus em Plummerswood, Escócia [6].

Camden Passivhaus, finalizada em 2011, foi a primeira Passivhaus certificada em Londres (figura 10 a) e b)). É construída tendo por base uma estrutura de madeira pré-fabricada fortemente isolada. Baixa em emissões de carbono, esta habitação é luminosa e arejada (figura 10 c) e d)) tendo portas de correr no acesso para um terraço virado a sul, com uma área de 118m2. Quando comparada com uma habitação de construção corrente, este projeto poupa 90% em energia para aquecimento.

A posição da casa, bem como a orientação e as áreas dos envidraçados foram estabelecidos de acordo com o conceito Passivhaus.

O sombreamento no verão é efetuado com recurso a persianas exteriores com controlo solar automático.

O sistema de ventilação com recuperação de calor permite poupar 10 vezes a energia que utiliza, sendo a qualidade do ar bastante elevada.

Um sistema de filtragem de água garante água tanto para beber como para tomar banho. O jardim é abastecido por um tanque que retêm a água da chuva de forma subterrânea. A existência de um painel solar térmico fornece água quente através de uma unidade compacta com uma caldeira a gás.

A interação do edifício com o ambiente assume especial relevância dada a existência de telhados verdes e de um jardim virado a sul [23].

Figura 10 – A primeira Passivahus certificada em Londres a) e b) Vista exterior [23, 24]; c) e d) Vista

interior [23].

Apesar da iniciativa de ajustar a norma Passivhaus ao clima do Reino Unido, já havia no passado a preocupação de criar edifícios mais sustentáveis, recorrendo à integração de soluções bioclimáticas na sua conceção. O complexo Beddington Zero Energy

Development conhecido por BedZED é um desses exemplos (figura 11 a) e b)). A

inauguração do BedZED foi em 2002, sendo o edifício projetado pelo arquiteto Bill Dunster para incentivar um modo de vida sustentável [25].

Todos os apartamentos BedZED estão orientados a sul para maximizar os ganhos solares e a iluminação natural, sendo dotado de elevadas espessuras de isolamento térmico. Os moradores têm pequenas estufas e jardins privados (figura 11 c) e d)), e as casas estão equipadas com baixo consumo de energia de iluminação e de eletrodomésticos, além de dispositivos para economizar água nas cozinhas e casas de banho [26].

Figura 11 – Complexo BedZED, Londres: a) e b) Vista geral [2, 26]; c) e d) Sistema de climatização e coberturas verdes [2, 27].

2.7.1.2 Espanha

A proposta de adaptação da norma Passivhaus para Espanha tem como objetivo criar um edifício que cumpra a regulamentação atual obrigatória no país, nomeadamente os Códigos Técnicos de Edifícios, principalmente no que se refere às necessidades energéticas máximas admissíveis e também às condições de conforto (EN 15251), utilizando técnicas solares passivas de baixo custo, tanto para o aquecimento como para o arrefecimento.

Este estudo focou-se nas regiões de Sevilha e Granada que se caracterizam por um clima mais severo do que no resto do país. O clima em Sevilha apresenta condições climáticas extremas no verão enquanto em Granada estas condições caracterizam o período de inverno.

A casa, em banda, é constituída por três ou quatro quartos e uma área útil de 100m2. Tendo em conta a necessidade de obter uma maior área de fachadas orientadas a sul, as

casas em banda não foram consideradas a melhor opção visto reduzirem a área destas fachadas. O aumento da área das fachadas orientadas a sul leva a um consequente incremento da área de captação solar e, como resultado, as necessidades energéticas de aquecimento diminuem. A superfície envidraçada considerada a sul corresponde a 50% da área total da fachada enquanto a norte apenas 10%.

A estratégia da Passivhaus para Espanha baseia-se nos seguintes princípios: pré-aquecimento do ar admitido, níveis de ganhos solares inferiores no verão pelo facto de não existirem envidraçados a este e a oeste mas sim a sul e uma maior facilidade de controlar as radiações através do uso de palas móveis. Nas fachadas a norte é recomendada a utilização de envidraçados de área reduzida, sem prejudicar os requisitos de iluminação natural. No caso de regiões em que o inverno seja muito severo, é recomendado reduzir o coeficiente de transmissão térmica nos envidraçados a norte. Relativamente à massa térmica e à inércia do edifício foram propostas duas soluções: uma com inércia baixa, que corresponde à solução tradicional, com um tijolo de 6 cm no pano interior, e a outra com inércia forte, recorrendo-se ao uso de blocos cerâmicos de baixa densidade volúmica. A adoção de soluções de inércia térmica forte deve ser combinada com um sistema de ventilação que coloque o ar fresco admitido em contacto com a elevada massa térmica das paredes interiores e a massa deve ser corretamente distribuída para que a captação da radiação solar seja feita pelas superfícies com inércia forte. O espaço das escadas a norte é usado para a extração do ar durante as noites de verão. No topo das escadas foi projetada uma grande janela orientada a sul, que permite a admissão de luz natural para iluminação da parte norte da casa (figura 12) [21].

Figura 12 – À esquerda, a estratégia de ventilação e iluminação no verão. À direita a estratégia de ventilação e iluminação no inverno [21].

A necessidade energética total da casa proposta para Sevilha é de 24,5 kWh/m2_{, com 2,8} kWh/m2 _{para a necessidade de aquecimento e 21,7 kWh/m}2 _{para a necessidade de} arrefecimento. Para o período de verão a casa não cumpre os requisitos Passivhaus. No entanto, os valores obtidos quando comparados com os obtidos para uma casa típica nova são reduzidos em 57%.

Em Granada, quando comparada a necessidade média total da casa proposta com a atual casa típica, a redução é de 76%, não sendo, portanto, necessária a adoção de um sistema ativo, com exceção da elevada necessidade de arrefecimento em Sevilha. As simulações mostram que a estratégia global adotada no desenho da casa espanhola preenche os requisitos necessários tanto em termos de aquecimento e arrefecimento como de conforto térmico [21].

A primeira Passivhaus em Espanha foi projetada pelo Arquiteto Josep Bunyesc (figura 13 a)) para uso próprio. Localizada em Llerida, esta construção é pré-fabricada em madeira com isolamento utilizando uma camada de lã de ovelha. É constituída por um piso térreo, 1º andar e sótão, e na cobertura são colocados painéis solares orientados a sul de forma a aumentar os ganhos solares de forma passiva. O pátio central (figura 13 b)) e c)) proporciona a entrada de luz natural no edifício através de envidraçados com vidro duplo. O recurso à ventilação cruzada permite o arrefecimento no verão [2].

Figura 13 – Primeira Passivhaus em Espanha: a) Vista exterior

Na figura 14 apresenta-se um exemplo de uma casa Passivhaus situada nas Astúrias, Espanha e que foi projetada com base na norma Passivhaus enquadrando o conceito

Biodomo. Este conceito, para além dos princípios definidos pela Passivhaus, também tem

como base a utilização de materiais de baixo impacto ambiental, a geobiologia, o aproveitamento de águas, a acessibilidade universal e desenho para todos e ainda o

feng-shui, que se refere à decoração. De uma forma simplista, pode-se dizer que esta casa

respeita não só o meio ambiente como a saúde e bem-estar dos seus utilizadores [28].

Figura 14 - Casa Passivhaus nas Astúrias, Espanha [28].

2.7.1.3 Itália

A casa Passivhaus proposta para Itália apresenta soluções semelhantes à casa Passivhaus proposta para a Europa Central, visto que grande parte do território enfrenta invernos severos, apesar de se verificar em curtos períodos de tempo, como é o caso de Milão e do norte do país em geral. No verão são adotadas estratégias passivas, tais como o recurso a sombreamentos, complementado com o recurso à ventilação noturna e sistemas de arrefecimento ativo de baixo consumo para os dias de maior calor. A vantagem de uma casa Passivhaus em Itália é baseada no facto de esta poder ser generalizada para o habitual projeto de edifícios residenciais italianos, visto não precisar de grandes vãos envidraçados nem de espaços tampão.

A casa sugerida para cumprimento dos requisitos é também em banda, possui uma área útil de 120m2 e está orientada a sul. Estas casas em banda são posicionadas de forma a que metade da área da parede oeste de uma casa seja protegida pela parede este da casa adjacente. Mediante o local, as estratégias são alvo de pequenos ajustes.