A cobertura de um edifício contribui para o desempenho global desse mesmo edifício, sendo um fator determinante no conforto térmico dos ocupantes. Apesar da sua ampla utilização, a cobertura plana acarreta dificuldades em termos de proporcionar o conforto térmico desejado no interior dos edifícios, tendo a tendência de absorver as temperaturas externas. Isso resulta em altas temperaturas internas no verão e em baixas temperaturas internas no inverno, a depender das dimensões do telhado em questão [1]. Uma cobertura plana tradicional possui, por definição, a camada de impermeabilização sobre o isolamento térmico e tem inclinação inferior a 5 % [2]. No projeto Smart Roof System foi criada uma solução inovadora que proporciona conforto térmico utilizando coberturas planas tradicionais, e neste artigo são estudadas, bem como avaliadas nas dimensões ambiental e económica, as possíveis combinações de camadas que compõem esta solução.
Através da Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) do berço-ao-portão é, assim, possível estimar impactes ambientais de influência local e global, além de impactes económicos de cada uma das combinações. Como as variáveis estudadas têm unidades de medidas de impacte diferentes, são utilizados dois processos sequenciais para facilitar a visualização e a análise dos resultados: os dados obtidos são normalizados e são definidos cenários onde cada dimensão de impacte tem um peso proporcional à sua influência.
DADOS E MÉTODOS
A caracterização da cobertura, os materiais utilizados e os dados necessários para dar prosseguimento às análises foram cedidos pela equipa de desenvolvimento do projeto Smart Roof System.
A cobertura plana tradicional estudada tem cinco camadas – material de colagem, isolamento térmico, barramento armado com rede de fibra de vidro, membrana líquida impermeabilizante, e armadura de reforço. As variações de camadas correspondem a três opções de isolamento térmico, a duas opções de membrana líquida impermeabilizante e a cinco opções de armaduras de reforço, totalizando 15 combinações de cobertura.
Figura 1
O material de colagem e barramento utilizado já tinha sido estudado e modelado anteriormente [3]. Os três materiais de isolamento térmico utilizados são a Lã Mineral com Primário (Mineral Wool – MW), Aglo- merado de Cortiça Expandida (Insulation Cork Board – ICB) e Poliestireno Expandido Extrudido (Extruded Polystyrene – XPS). Como opções de camada de impermeabilização são consideradas a Membrana Líquida de Poliuretano de base solvente (PU) e a Membrana Líquida de Poliuretano de base aquosa em Dispersão com pigmento branco (PUD), que apresentam formulações diferentes. A PUD foi desenvolvida neste projeto de modo a conferir a esta camada menores impactes ambientais. A sua formulação diminui a concentração de resina acrílica e aumenta a quantidade de dióxido de titânio. As armaduras apresentadas neste estudo incluem duas versões de estruturas têxteis 100 % em poliestireno reciclado (R22R e R23R), uma estrutura têxtil com polipropileno (R22PP), uma rede de fibra de vidro (FV) e uma armadura de não-tecido (NT).
Cada combinação de camadas foi nomeada de acordo com as abreviações referentes ao isolamento térmico, à membrana impermeabilizante e ao reforço da impermeabilização utilizados (Figura 1).
De acordo com a Norma Europeia EN 14040:2006 [4], existem quatro passos para realizar a ACV. O primeiro é a definição de objetivo e âmbito do estudo, neste caso, do berço ao portão, incluindo as etapas de extração de matérias-primas (A1), transporte (A2), e produção (A3). Neste primeiro momento, também são definidas as categorias de impacte analisadas, que foram, nomea- damente, o Potencial de Aquecimento Global (Global Warming Potential – GWP), a Energia Primária – não -Renovável (Primary Energy – non Renewable Energy – PE-NRe), o Potencial de Acidificação (Acidification Potential – AP), o Potencial de Eutrofização (Eutrophication Potential – EP) e o Potencial de Oxidação Fotoquímica (Photochemical Ozone Creation Potential – POCP). Os impactes globais, como GWP e PE-NRe, afetam o clima global e a camada de ozono numa ampla escala, enquanto os impactes locais, como AP, EP e POCP, estão relacionados com efeitos em ecossistemas locais.
Na etapa de inventário, os materiais e processos envolvidos em cada camada foram modelados e/ou adaptados com base na literatura [1,2,5-9]. Tanto a adaptação destes materiais, que pode incluir a remoção e a utilização de novas matérias-primas e de novos processos, quanto a modelação de materiais que não haviam sido previamente modelados, tiveram a Ecoinvent 3 como base de dados principal, presente no software de ACV SimaPro, que foi utilizado para obter tais dados. Os cálculos foram realizados através da metodologia prevista pela EN 15804 + A2 Method, CML-IA baseline V3.08 e CED – Cumulated Energy Demand. Já os custos individuais de cada camada foram disponibilizados pela equipa de desenvolvimento do sistema, com o custo sendo resultado do somatório do valor individual de cada camada.
Para uma comparação e uma análise mais eficazes dos dados obtidos, foi realizada a normalização dos resultados dos impactes ambientais e económicos a fim de ter um parâmetro adimensional, sendo assim possível entender a relação entre custos, GWP e PE- -NRe. Este processo não foi realizado para os impactes ambientais locais (PA, PE e POCP), pois estes foram calculados apenas para a camada de impermeabilização. A normalização foi realizada através da equivalência do maior valor a um; e os demais valores sendo proporcionalmente menores foram divididos pelo maior valor. Consecutivamente, foram então aplicados possíveis cenários, um com maior influência económica (custos: 70 %, GWP: 15 % e PE-NRe: 15 %), um com influência económica equivalente à ambiental (Custos: 50 %, GWP: 25 % e PE-NRe: 25 %), um com maior influência ambiental (Custos: 34 %, GWP: 33 % e PE-NRe: 33 %); e um com maior influência de GWP (custos: 34 %, GWP: 50 % e PE-NRe: 33 %).
Figura 2
RESULTADOS
i) Potencial de Aquecimento Global (GWP)
As Figuras 2a) e 2b) representam os impactes referentes ao GWP por camada e por combinação, respetivamen- te. Ao analisar a influência das camadas, é possível notar que a contribuição do isolamento térmico XPS é superior à das demais. Ainda assim, as camadas de impermeabilização e de reforço vão influenciar apenas dentro das suas camadas de materiais.
ii) Energia Primária (PE-NRe)
As Figuras 3a) e 3b) representam os impactes referentes a PE-NRe por camada e por combinação. Apesar de serem semelhantes aos de GWP, os valores diferem, fazendo com que as alternativas de isolamento térmico e armaduras de reforço de menos impacte em GWP não sejam as mesmas em PE-NRe.
iii) Acidificação, Eutrofização e Oxidação Fotoquímica
As Figuras 4a), 4b) e 4c) representam os impactes locais referentes ao AP, EP e POCP por camada de impermeabilização. É possível perceber que, em todas as categorias de impacte locais, a PUD se mostra mais vantajosa ambientalmente.
iv) Custos
As Figuras 5a) e 5b) representam os custos por camada e por combinação. É possível perceber uma menor amplitude de valores referente ao isolamento térmico, porém ainda sendo a camada que mais influencia na ordenação das combinações. As membranas impermea- bilizantes também têm uma diferença considerável de valor, enquanto as armaduras de reforço variam pouco.
v) Análise multicritério e cenários
Após a normalização e a aplicação de pesos que se referem aos graus de influência das dimensões económicas e ambientais, percebeu-se que algumas soluções se destacaram repetidamente como as mais vantajosas nos vários cenários, nomeadamente as ICB-PU-NT, MW-PU-NT e MW-PUD-FV.
Figura 3
DISCUSSÃO
a) Impactes ambientais globais
A pegada de carbono refere-se à quantidade total de gases de efeito estufa emitidos direta ou indiretamente por uma atividade, um produto ou um serviço, enquanto a energia primária não-renovável se trata da quantidade total de energia utilizada durante o fabrico do produto, incluindo a extração de matérias-primas, o transporte e a produção.
Sabendo que as diferentes categorias de impacte tratam de consequências distintas para o meio ambiente, é compreensível que tenham resultados diferentes. No caso deste estudo, a influência das camadas manteve-se a mesma entre categorias (sendo a camada de isolamento térmico a que mais influencia, seguida da membrana de impermeabilização e da armadura de reforço), porém, os impactes de cada material alteram- -se. Por exemplo, o ICB, que tem o menor impacte em GWP, tem um dos maiores impactes em PE-NRe. Apesar de terem resultados diferentes, há soluções que podem combinar baixos impactes em GWP e PE-NRe.
b) Impactes ambientais locais
O POCP, AP e EP são importantes indicadores de impacte ambiental local, ou seja, que tem influência no ecossistema local. O POCP refere-se à capacidade de formar ozono troposférico. O AP é o resultado da libertação de gases que acidificam solos e águas e danificam os ecossistemas. O EP é o resultado de um excesso de nutrientes nas massas de água, que causa o crescimento excessivo de algas e afeta a biodiversidade. Estas categorias permitiram definir as vantagens ambientais da PUD, mostrando que é melhor para o ecossistema local do que a PU.
c) Impactes económicos
Sendo a dimensão que mais impacta a tomada de de- cisão do cliente, os impactes económicos precisam de ser levados em conta. Através dos resultados obtidos, foi possível validar a consideração de alguns materiais na investigação, como o XPS como isolante térmico, que não se destacou em GWP ou em PE-NRe, mas que se trata de uma solução mais vantajosa financeiramente do que o AICB.
Neste estudo, é ainda possível perceber que os fatores que mais influenciam os custos são, também, o isolamento térmico e a camada de impermeabilização, dado que as armaduras de reforço possuem custos muito menores do que as demais camadas.
Figura 4
d) Considerações finais sobre a análise multicritério
Uma vez que os resultados obtidos em cada categoria de impacte não convergem para uma solução específica, a normalização de dados e a aplicação de cenários apresentam-se como uma possibilidade de analisar os resultados comparando valores expressos em diferentes unidades num parâmetro adimensional, resultando numa análise multicritério.
Através da aplicação de cenários que apresentam diferentes prioridades, é possível perceber que algumas soluções se destacam em todos os cenários, outras soluções estão na metade mais vantajosa das soluções em todos os cenários, e há soluções que não são destacadas em nenhum caso.
É necessário, portanto, destacar o seguinte:
• O ICB mostra-se como uma alternativa interessante de isolamento térmico mesmo quando o custo é uma prioridade na tomada de decisão;
• As soluções utilizando MW são destacadas mesmo quando a variável de GWP tem maior peso;
• Mesmo com pior desempenho nos impactes ambientais globais, as combinações utilizando a PUD destacam-se em diferentes cenários. No entanto, soluções utilizando XPS não se destacaram em nenhum caso.
CONCLUSÃO
O presente artigo apresentou o estudo ambiental e económico de várias combinações de uma solução inovadora de cobertura plana tradicional, o qual se integrou no projeto Smart Roof System. Esta análise contribui para facilitar o processo de tomada de decisão do cliente e também a compreensão de possíveis melhorias pela equipa de desenvolvimento do produto.
A ACV apresentou tanto impactes decompostos referentes às camadas, quanto acumulados, possibilitando a compreensão do resultado de cada combinação. Assim, foi possível analisar a razão de ser dos resultados que divergiram do esperado e contribuir para uma solução mais aprimorada nestas dimensões.
Como resultado final, a normalização e a aplicação de pesos aos resultados obtidos facilitaram o entendi- mento do desempenho multicritério das combinações, destacando pela positiva algumas destas em diversos cenários. Como algumas soluções não se destacam em nenhum dos cenários analisados, é possível definir ações que tenham em vista melhorá-las em diversas frentes do desenvolvimento do produto e da solução construtiva.
Figura 5
AGRADECIMENTOS
Este trabalho insere-se na atividade de investigação desenvolvida no Centro de Investigação em Engenharia
Civil e Inovação para a Sustentabilidade (CERIS) e foi financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) no âmbito do projeto UIDB/04625/2020. Este trabalho enquadrou-se no âmbito do projeto Smart Roof System, financiado pela Agência da Inovação (POCI-01-0247-FEDER-046957), agradecendo-se toda a informação disponibilizada pelas entidades participantes no mesmo.
Bibliografia
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[3] Pargana, N., Pinheiro, M., Silvestre, J., De Brito, J. – Comparative environmental life cycle assessment of thermal insulation materials of buildings. 2014.
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[6] Pedroso, M.; Silvestre, J. D.; Flores-Colen, I. – Relatório de Estudo de Avaliação do Ciclo de Vida: Sistema de revestimento exterior de paredes desenvolvido pela Saint-Gobain Weber, Instituto da Construção – FEUP e CERIS – IST. 2019.
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OS AUTORES
Giovanna Schäfer Bartels, José Dinis Silvestre e Inês Flores-Colen (CERIS, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa) e Luís Silva (Saint-Gobain Weber, Aveiro, Portugal)
Este artigo foi originalmente publicado na edição nº 150 da Edifícios e Energia (Novembro/Dezembro 2023).
