Os autores: José Dinis Silvestre, Inês Flores-Colen, Cristina Matos Silva, Giovanna Schäfer Bartels – CERIS, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa

A aplicação de isolamento térmico numa cobertura ou pavimento é determinada durante a fase de projeto. Inicialmente, a escolha do material de isolamento baseia-se na compreensão das solicitações do elemento em questão, seja este a cobertura ou o pavimento. Para tal, é necessário considerar, tanto as condições de utilização, como as ações a que o isolante estará sujeito ao longo da sua vida útil, assegurando um desempenho funcional adequado e compatível com as características do material. Simultaneamente, deve ser garantida a correta utilização da cobertura, de forma a evitar a degradação precoce do sistema [1].

As opções de materiais de isolamento térmico e as respetivas propriedades desejadas podem variar em função do tipo de cobertura ou pavimento. Exemplos incluem coberturas planas tradicionais ou invertidas, coberturas inclinadas com isolamento contínuo, descontínuo ou aplicado na laje de esteira, bem como pavimentos revestidos pela face inferior, superior ou intermédia, a depender ainda do contacto, ou da ausência deste, com a zona exterior.

Para selecionar a opção mais adequada de material isolante, é fundamental analisar e compreender se as suas propriedades (Figura 1) são compatíveis com o tipo de cobertura e o respetivo uso.

Entre as características mais relevantes destaca-se a resistência à água ou à humidade, dado que a absorção de água compromete a resistência térmica do material. Assim, no caso de se optar por um isolante não resistente à água, é imprescindível assegurar que este não entre em contacto com a água [2].

Adicionalmente, uma propriedade essencial que influencia o desempenho térmico do isolante é a resistência mecânica. Uma interpretação incorreta desta característica pode resultar na perda de espessura do material, seja devido ao adensamento causado por forças de compressão superiores à sua capacidade mecânica.

Por outro lado, a perda de espessura pode também ser provocada por erros de execução, como inadequações no suporte e na montagem. Deste modo, é necessário avaliar a facilidade de aplicação do material ao escolher a solução de isolamento.

A reação do material à exposição a temperaturas extremas deve ser devidamente analisada. Existem materiais cuja resistência se mantém inalterada em altas temperaturas, como o aglomerado de cortiça expandida (ICB), que suporta até 150ºC, e a lã mineral (MW), que conserva as suas propriedades até 450ºC.

Por outro lado, isolantes sintéticos podem perder a sua capacidade isolante a partir dos 75ºC. Todos os isolantes convencionais têm o seu desempenho comprometido em temperaturas inferiores a -30ºC [2]. Em regiões onde as temperaturas no verão raramente ultrapassam os 40ºC e quase não há temperaturas negativas no inverno, estas limitações podem não afetar significativamente o desempenho diário. Contudo, é imprescindível avaliar se a resistência térmica do material é compatível com aplicações que envolvem a fixação a quente de camadas superiores, como nos sistemas de impermeabilização.

Para além das características mencionadas, outras propriedades devem ser analisadas, tais como a condutibilidade térmica, a permeabilidade ao vapor de água, o comportamento face a variações térmicas, a reação ao fogo, a durabilidade e a certificação.

EXIGÊNCIAS FUNCIONAIS PARA OS ISOLANTES A SEREM APLICADOS EM COBERTURAS EM TERRAÇO

Serão abordadas três possíveis variações de coberturas em terraço que podem ser revestidas com isolantes térmicos: a cobertura em terraço invertida, a cobertura em terraço tradicional e a cobertura verde.

A cobertura em terraço invertida caracteriza-se por ter a camada de isolamento térmico posicionada acima da solução de impermeabilização. Este tipo de cobertura é o mais exigente, resultando, frequentemente, numa maior espessura do isolante.

As propriedades que devem ser verificadas no isolamento térmico deste tipo de cobertura são as seguintes:

• Deve ser resistente à água, uma vez que a sua absorção pode ocorrer de três formas distintas: imersão, capilaridade e permeabilidade ao vapor de água (através do contacto direto com a chuva);

• Deve apresentar propriedades imputrescíveis, de forma a não apodrecer, devido à intensidade da ação da água na camada;

• Deve apresentar resistência à compressão adequada ao seu tipo de uso, às ações a que será submetido e ao tipo de revestimento final da cobertura em questão;

• Deve haver compatibilidade físico-química com o sistema de impermeabilização a ser adotado [2].

Além das suas propriedades, é necessário aumentar a espessura do material em 20 % para compensar as perdas térmicas causadas pela presença de água, que pode acumular-se nas juntas das placas. Também é importante ter atenção às características específicas de execução para evitar inconformidades nas fixações de suporte, nos encaixes perimetrais (quando houver, como sobreposição) e nos remates, a fim de prevenir pontes térmicas [2].

Dentre as soluções mais comuns utilizadas, destacam- se as lajetas pré-fabricadas compósitas por uma betonilha reforçada, e poliestireno extrudido (XPS) [2], como mostra a Figura 2.

A cobertura em terraço tradicional caracteriza-se por ter a camada de isolamento térmico posicionada abaixo da solução de impermeabilização. Devido ao posicionamento das camadas, este tipo de cobertura permite a aplicação de uma maior variedade de soluções. No entanto, é fundamental analisar essas soluções em função das ações às quais a cobertura será submetida, garantindo que os requisitos de desempenho e durabilidade sejam atendidos.

As propriedades que devem ser verificadas no isolamento térmico deste tipo de cobertura são as seguintes:

• Apresentar estabilidade dimensional, mesmo diante de variações de temperatura, o que se torna mais importante à medida que a camada de proteção da impermeabilização se torna mais leve;

• Deve apresentar resistência à compressão adequada ao seu tipo de uso, às ações a que será submetido e ao tipo de revestimento final da cobertura em questão;

• Deve haver compatibilidade físico-química com o sistema de impermeabilização que utiliza soldadura química [2];

• Apresentar bom comportamento perante temperaturas extremas, já que alguns sistemas de impermeabilização são aplicados com calor.

Dentre as soluções mais comuns utilizadas, destacam-se a lã mineral (MW), conforme mostra a Figura 3, o poliestireno expandido (EPS), o aglomerado de cortiça expandido (ICB), o poliuretano (PUR) e o poliestireno extrudido (XPS) [2].

A cobertura verde em terraço, exemplificada pela Figura 4, pode ser tanto do tipo invertida quanto do tipo tradicional, devendo seguir as recomendações específicas para cada tipo. Além das propriedades já mencionadas para outros tipos de cobertura, a instalação de uma cobertura verde exige a consideração de ações adicionais, relacionadas com os efeitos que o sistema verde pode ter sobre a estrutura e o isolamento térmico.

EXIGÊNCIAS FUNCIONAIS PARA OS ISOLANTES A SEREM APLICADOS EM COBERTURAS INCLINADAS

Serão abordadas três possíveis variações da aplicação de isolamento térmico em coberturas inclinadas: aplicação contínua, aplicação descontínua e aplicação na laje de esteira.

A escolha do isolamento térmico depende, principalmente, do local de instalação, do uso pretendido para o espaço sob as vertentes inclinadas, da constituição da cobertura e da forma de execução e instalação.

Para a cobertura inclinada com aplicação contínua, é essencial garantir as condições adequadas de fixação do isolante, bem como a sua proteção contra compressão mecânica e ação da água. O tipo de isolante deve ser compatível com o suporte do revestimento e com o revestimento da cobertura. Devido ao exposto, há a possibilidade de os isolantes não atenderem às exigências mínimas.

A composição da cobertura inclinada discutida inclui a camada de regularização do suporte, a fixação do isolante, a continuidade do isolante (que deve ser mantida nas zonas de cumeeira e larós) e a aplicação de uma barreira para-vapor entre o suporte e a camada de isolamento térmico, caso existam caleiras em material impermeável sobre o isolante [2]. Se o isolante for rígido, não há necessidade de fixação em inclinações inferiores a 27 %, desde que não esteja exposto a ações significativas no plano da cobertura. No entanto, quando o isolante for pouco rígido ou flexível, é necessária a fixação com dispositivos ou materiais de colagem apropriados.

As propriedades que devem ser asseguradas neste caso são:

• Deve ser analisada a resistência à compressão do material selecionado, considerando o revestimento da cobertura, o sistema de apoio e o sistema de fixação do isolante, a fim de minimizar a perda de espessura do isolante;

• Quando houver camada auxiliar de impermeabilização, é necessário verificar a compatibilidade físico-química quanto às soluções de soldadura química.

Dentre as soluções mais comuns utilizadas, podem ser utilizadas placas de poliestireno expandido (EPS), aglomerado de cortiça expandida (ICB), lã mineral (MW), e poliuretano (PUR), no entanto, destacam-se as placas de poliestireno extrudido (XPS) com perfis metálicos incorporados, ilustrado na Figura 5. Ao funcionar como ripas, garante condições adequadas de ventilação devido ao espaço altamente ventilado entre o revestimento da cobertura e o isolante. Além disso, utiliza-se fixações plásticas, que ajudam a minimizar as pontes térmicas, oferecendo resistência à água e uma reação ao fogo adequada [2].

Na cobertura inclinada com estrutura descontínua, como a Figura 6 exemplifica, pode não haver suporte contínuo para a instalação do isolante, o que exige cuidados adicionais quanto à sua fixação. Neste caso, o isolante deve apresentar propriedades de resistência superiores às exigidas para uma laje com aplicação contínua.

Na composição da cobertura inclinada em questão, o isolante é aplicado sobre a estrutura, enquanto o forro é colocado sob a mesma. Isso ocorre porque o isolante não conta com suporte contínuo, sendo essencial que a sua espessura se mantenha uniforme em todas as áreas, incluindo as de fixação. Para garantir a continuidade do isolamento térmico, devem ser utilizadas fixações plásticas, que também auxiliam a minimizar pontes térmicas [2].

As propriedades que devem ser asseguradas neste caso são:

• A resistência à compressão do material selecionado deve ser analisada, tendo em conta o revestimento da cobertura, o sistema de apoio e o sistema de fixação do isolante, de forma a minimizar a perda de espessura do material;

• No caso de existir uma camada auxiliar de impermeabilização, é necessário verificar a compatibilidade físico-química entre os materiais;

• O material deve ser não inflamável, com uma reação ao fogo adequada;

• Deve apresentar resistência à água e à humidade;

• Tendo em vista a aplicação em suporte não contínuo, o material deve também exibir rigidez ou resistência à flexão;

• Deve garantir um espaço de ar suficientemente ventilado entre o revestimento da cobertura e o isolante.

Entre as soluções mais comuns utilizadas, destacam-se as placas de poliestireno expandido (EPS), aglomerado de cortiça expandida (ICB), lã mineral (MW) e poliestireno extrudido (XPS). No entanto, também é possível recorrer à utilização de painéis pré-fabricados que integram soluções, como hidrófugos, poliestireno expandido (EPS), e acabamento inferior, o qual pode funcionar simultaneamente como impermeabilização auxiliar, isolamento térmico e forro.

Ao aplicar o isolante térmico na laje de esteira, deve-se ajustar as propriedades do material a esta variação, tendo em consideração as ações mecânicas. O isolante pode também ser aplicado no interior do pavimento, garantindo a continuidade da camada de isolamento térmico.

As propriedades que devem ser asseguradas neste caso são:

• Apresentar resistência à compressão adequada, especialmente no caso de esteiras acessíveis;

• Deve ser não inflamável e possuir uma reação ao fogo adequada, particularmente em áreas próximas a chaminés ou a circuitos elétricos;

• Deve contornar elementos presentes no plano da esteira, garantindo a continuidade da camada de isolamento térmico;

• Caso haja circulação no local, deve ser providenciada uma camada de proteção para o isolamento térmico, verificando-se a resistência mecânica, as características físico-químicas e a resistência à água do material;

• Deve ser instalada uma barreira para-vapor entre o suporte e a camada de isolamento térmico, especialmente se o isolante for permeável;

• Caso o isolante não seja aplicado no interior do pavimento, deve ser garantida a presença de uma camada de apoio sob o mesmo, com resistência mecânica e rigidez adequadas.

Entre as soluções mais comuns para isolamento térmico, destacam-se as placas de poliestireno expandido (EPS), aglomerado de cortiça expandida (ICB), poliuretano (PUR) e as placas, mantas ou rolos de lã mineral (MW). Além disso, existe também a solução de projeção de papel triturado com aditivos (Figura 7), ou a utilização de grânulos leves de argila expandida.

EXIGÊNCIAS FUNCIONAIS PARA OS ISOLANTES A SEREM APLICADOS EM PAVIMENTOS

Serão abordadas as diferentes variações de aplicação de isolamento térmico em pavimentos, considerando as diferentes localizações do isolamento, que podem ser aplicados na face superior, inferior ou intermédia do pavimento em contacto com zonas exteriores, sob a laje térrea em contacto com o solo, ou nos tetos das zonas interiores.

Os isolantes devem ser analisados de acordo com as ações mecânicas previstas, a degradação esperada e as condições de exposição a que serão submetidos. Além disso, é necessário considerar se o isolamento será fixado ao revestimento da laje ou se será utilizado como revestimento do pavimento, atendendo a requisitos específicos.

Para o isolamento térmico na face superior do pavimento, que está em contacto com zonas exteriores, devem ser garantidos os seguintes requisitos:

• Deve ser garantida a resistência à compressão, tendo em conta o tipo de piso utilizado, o sistema de apoio do piso e a fixação do isolante, com o objetivo de minimizar a perda de espessura do material;

• Para fixações do piso com material de colagem, é fundamental verificar a compatibilidade físico-química entre os materiais utilizados;

• Deve apresentar propriedades imputrescíveis, de forma a não apodrecer devido à intensidade da ação da água, e também apresentar reduzida absorção de humidade.

Entre as soluções mais comuns utilizadas, encontram-se o betão leve com granulado de aglomerado de cortiça expandida (ICB) ou de poliestireno expandido (EPS), placas de vidro celular (CG), poliestireno expandido (EPS), aglomerado de cortiça expandida (ICB), poliuretano (PUR), poliestireno extrudido (XPS), como mostra a Figura 8, e placas ou mantas de lã mineral (MW).

Para o isolamento térmico na face intermédia do pavimento, que está em contacto com zonas exteriores, devem ser garantidos os seguintes requisitos:

• Deve ser garantida a resistência à compressão, não podendo sofrer qualquer compactação ou adensamento que diminua a espessura original do isolante;

• Deve apresentar propriedades imputrescíveis, de forma a não apodrecer, e também apresentar reduzida absorção de humidade.

Entre as soluções mais correntes, encontram-se grânulos de lã mineral (MW) ou regranulado de aglomerado de cortiça expandida (ICB). Também são utilizados lã mineral (MW), poliestireno expandido (EPS) ou papel triturado com aditivos a granel (Figura 9), além de placas de poliuretano (PUR).

Para o isolamento térmico na face inferior do pavimento, que está em contacto com zonas exteriores, devem ser garantidos os seguintes requisitos:

• Deve apresentar resistência à água e à humidade, sendo estanque e impermeável;

• Deve proporcionar isolamento térmico necessário junto à parede e revestimento;

• Deve manter aspeto agradável durante a vida útil;

• Deve ser não inflamável, apresentando boa reação ao fogo.

Entre as soluções mais comuns, destacam-se os tetos falsos com isolantes ou que suportam camadas de isolamento térmico, podendo ser em materiais pré-fabricados descontínuos, rebocos ou espuma projetada.

Quando o isolante é aplicado sob a laje térrea, em contacto com o solo, devem ser tomados cuidados rigorosos para prevenir a exposição do material a ações imprevistas. A aplicação deve ser realizada com elevados requisitos de qualidade, assegurando propriedades mecânicas e resistência à água.

Portanto, deve garantir-se:

• Resistência à compressão adequada ao peso do pavimento e das camadas superiores, de modo a evitar perda de espessura do isolante;

• Que o terreno esteja bem compactado;

• Que a superfície seja regular e contínua para receber as placas de isolamento no caso de camadas drenantes compostas por gravilha ou materiais similares;

• As placas do material utilizado devem ter juntas transversais desencontradas;

• Deve haver sistema de impermeabilização, com barreira à humidade ascensional sobre a superfície de isolamento;

• Deve haver compatibilidade físico-química com o material do piso e o sistema de impermeabilização;

• Deve apresentar propriedades imputrescíveis, de forma a não apodrecer, não absorver e ser insensível à água.

Entre as soluções mais comuns utilizadas, destacam-se as placas de lã mineral (MW), poliestireno expandido (EPS), poliuretano (PUR), ou poliestireno extrudido (XPS).

Quando o isolamento térmico é incorporado em tetos de zonas interiores, é geralmente aplicado em tetos falsos (Figura 10) ou fixado diretamente à laje. Caso o isolante seja também o revestimento final do teto, as exigências podem ser mais rigorosas.

Algumas propriedades devem ser garantidas, nomeadamente:

• Deve ser garantida resistência à compressão, levando em consideração o tipo de fixação do isolante, com o objetivo de minimizar a perda de espessura do material;

• Para fixações com material de colagem, é fundamental verificar a compatibilidade físico-química entre os materiais utilizados;

• Quando o isolante for também o revestimento final do teto, deve ser assegurada a regularização da superfície, garantir o acabamento adequado, bem como garantir que o material seja resistente à água e não inflamável [2].

Entre as soluções mais comuns utilizadas, destacam–se as placas de aglomerado de cortiça expandida (ICB) e de lã mineral (MW), as quais são frequentemente incorporadas em tetos falsos. Quando a fixação ocorre diretamente na laje, é comum o uso de poliestireno expandido (EPS), podendo ser incluído um revestimento de proteção adicional [2].

RISCO DE OCORRÊNCIA DE PATOLOGIA – PREVENÇÃO E CORREÇÃO

Serão apresentadas anomalias resultantes da seleção inadequada dos materiais, da sua aplicação, utilização ou manutenção. A correção dessas anomalias visa eliminar ou minimizar a causa, realizando a reaplicação do isolante ou do sistema de forma apropriada.

Para a prevenção das patologias que serão discutidas, o projetista deve compreender as exigências funcionais e as soluções mais adequadas para cada aplicação. Deve-se também analisar todo o sistema onde o isolante será aplicado, a fim de evitar a degradação acelerada dos componentes. No entanto, mesmo que a solução proposta esteja correta, é essencial que a preparação em obra e a instalação do isolante sejam realizadas de forma adequada, assim como a sua manutenção.

Se houver aplicação de sistema de isolamento térmico pelo exterior ETICS em coberturas em terraço, as diversas patologias nomeadas abaixo podem manifestar-se, como também mostra a Figura 11.

• Fissuração da camada de acabamento;

• Manchas ou escorrências brancas nas juntas entre as placas de isolamento;

• Perfurações pontuais e destacamento da camada base;

• Bolhas na camada do revestimento do sistema;

• Escorrências e infiltrações no topo de laje de cobertura e no teto do último piso.

Já com coberturas em terraço do tipo invertidas, as principais anomalias que podem surgir no que tange um isolante sem resistência à água são:

• Isolante “preenchido” com água da chuva;

• Diminuição da capacidade isolante.

Nas mesmas coberturas em terraço do tipo invertidas, caso não exista proteção do isolante, pode haver:

• Desgaste acelerado devido à ação de circulação (mesmo com acesso limitado) ou climática;

• Deslocamento das placas por ação do vento;

• Flutuação do isolante por acumulação de água na impermeabilização (anomalia, também, no sistema de drenagem).

As coberturas inclinadas com estrutura contínua ou descontínua, caso o isolamento colocado entre os elementos de suporte ou entre os elementos estruturais seja descontínuo, haverá formação de pontes térmicas e condensações superficiais.

Caso o isolante sofra redução da resistência térmica ou degradação precoce, podem surgir anomalias devido à absorção de água, que pode ter diversas origens. Assim, deve-se prever a resistência à água dos isolantes, bem como considerar proteções adicionais nas zonas do edifício que possam entrar em contacto pontual, frequente ou permanente com este agente de degradação.

Sendo assim, como a absorção da água implica perda da resistência térmica, deve-se evitar os isolantes não resistentes à água ou à humidade, ou protegê-los desse contacto, seja pontual, frequente ou permanente.

Para exemplificar, os isolantes minerais e sintéticos são razoavelmente resistentes à água e à humidade, enquanto o poliestireno expandido (EPS), o poliuretano (PUR) e o poliestireno extrudido (XPS) são impermeáveis à água, com absorção muito reduzida por imersão ou capilaridade. A lã mineral (MW) é um isolante pouco higroscópico (com baixa absorção de água por capilaridade) e comporta-se bem quando exposta à água por imersão parcial. O aglomerado de cortiça expandida (ICB) e o papel triturado com aditivos são isolantes imputrescíveis. O ICB retém humidade, sendo pouco higroscópico (com absorção reduzida de água por capilaridade), resiste bem à água e à humidade, mas apresenta elevada absorção de água por imersão parcial.

Compreendendo a importância de alinhar as características dos isolantes com as propriedades exigidas para diferentes tipos de coberturas e pavimentos, foram formuladas recomendações de materiais com base nas suas aplicações específicas. Na cobertura invertida, onde é essencial um isolante com absorção de água por imersão e capilaridade reduzidos, os materiais mais indicados são o poliuretano (PUR) e o poliestireno extrudido (XPS). Para pavimentos em contacto com zonas exteriores, onde o isolante deve ser imputrescível e apresentar reduzida absorção de humidade, há uma grande variedade de materiais que podem ser aplicados, aceitando placas de vidro celular (CG), poliestireno expandido (EPS), aglomerado de cortiça expandida (ICB), poliuretano (PUR), poliestireno extrudido (XPS), placas ou mantas de lã mineral (MW) e papel triturado a granel. Já nos pavimentos em contacto com o solo, onde o isolante deve ser imputrescível, não absorvente e insensível à água, as opções recomendadas são as placas de poliestireno expandido (EPS), poliuretano (PUR) ou poliestireno extrudido (XPS), podendo também ser utilizados grânulos leves de argila expandida.

A atenção à adequação dos isolantes térmicos às aplicações específicas é fundamental para a prevenção de anomalias, pois uma escolha inadequada dos materiais pode levar a problemas de desempenho. Ao selecionar corretamente os materiais, é possível evitar as causas potenciais dessas falhas, garantindo a eficácia do isolamento térmico ao longo da sua vida útil. Para alcançar esse objetivo, é imprescindível que a preparação, aplicação, execução, utilização e manutenção sejam realizadas de forma coerente, precisa, e facilitada, seguindo as boas práticas e as recomendações técnicas. Esse processo garante a durabilidade dos isolantes, a eficiência energética, o conforto dos espaços, e a redução de custos de correção de falhas na execução.

Bibliografia

[1] Silvestre, J.D.; Flores-Colen, I.; Silva, C. M. (2016): “Manual: Instalador de isolantes térmicos na construção – iniciação” (In Portuguese), Editado pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia, 208 p. Projeto Europeu “Build UP Skills-FORESEE – Training for renewables and energy efficiency in building sector” – IEE/13/BWI 702/SI2.680177.

[2] Rato, V. e Brito, J. de (2003). Isolamento térmico de coberturas em edifícios correntes. Lisboa: Instituto Superior Técnico (www.researchgate.net/publication/282250997_Isolamento_termico_de _coberturas_em_edificios_correntes).

[3] Teixeira, F. (2008). Reabilitação do ponto de vista térmico em pavimentos – Actuais exigências, novos materiais e tecnologias construtivas. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil — especialização em Construções Civis, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto (repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/59533/1/000129818.pdf).

[4] Tirone, L. e Nunes, K. (2011). Coberturas Eficientes – Guias para reabilitação energético-ambiental do edificado. Lisboa: ADENE – Agência para a energia (www.adene.pt/sites/default/files/coberturaseficientes.pdf).

[5] APICER (2003). Manual de aplicação de telhas cerâmicas. Coimbra, Portugal: Associação Portuguesa da Indústria de Cerâmica, CTCV – Centro Tecnológico da Cerâmica e do Vidro e DEC-FCTUC.

[6] ACEPE (2014). Guia da reabilitação térmica de edifícios com aplicação de poliestireno expandido (EPS). Lisboa: ACEPE – Associação Industrial do Poliestireno Expandido (www.youblisher.com/p/957801-Guia-da-Reabilitacao-Termica-de-Edificios-com-Aplicacoes-em-EPS-Acepe-2014/).

[7] AR (2013b). Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS). Decreto-lei n.º 118/2013, de 20 de Agosto, alterado pelos Decretos -Lei n.os 68 -A/2015, 194/2015 e 251/2015, Assembleia da República.

Agradecimentos

Agradece-se à ADENE (Agência para a Energia), à APFAC (Associação Portuguesa dos Fabricantes de Argamassas e ETICS) e aos fabricantes de materiais ou componentes para a construção (ACEPE, Amorim Isolamentos, Argex, Artebel, CIN, Diera, Dow, FassaLusa, Fibrosom, Foamglass, Grazimac, Gyptec, Iberfibran, LusoMapei, Onduline, Plastimar, Preceram, RockWool, Saint-Gobain Isover, Saint-Gobain Weber, Secil-Argamassas, Sika, Sival, Termolan), a disponibilização de documentação de apoio à elaboração deste artigo.

Fotografia de destaque: © Shutterstock

O conteúdo Adequabilidade dos isolantes térmicos à aplicação em coberturas e pavimentos aparece primeiro em Edificios e Energia.

Autores: Nuno Simões [a,b], Joana Prata [b,c], Rita Garcia [b,c], Paulo Santos [d], Bruna Morais [d]

[a] Universidade de Coimbra, CERIS, Departamento de Engenharia Civil

[b] Itecons

[c] Universidade de Coimbra, CERIS

[d] ADENE – Agência para a Energia

O setor da construção é responsável por 40 % do consumo de energia na União Europeia (UE) e 36 % das emissões de gases com efeito de estufa (Comissão Europeia, 2020), o que conduziu à necessidade de criar planos europeus que contribuam para a redução destes valores. A proposta de revisão da Diretiva sobre o Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD) visa reduzir progressivamente as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) e o consumo de energia no setor da construção da UE, de forma a alcançar o objetivo de um impacto neutro no clima em 2050. Com este objetivo, surge a necessidade de transitar para níveis mais exigentes de desempenho nos edifícios, nomeadamente edifícios com necessidades energéticas quase nulas (nZEB) e edifícios com zero emissões de carbono (ZEB) (Parlamento Europeu, 2023). A escolha de soluções construtivas com maior desempenho térmico para a envolvente dos edifícios torna-se, assim, fundamental (Nair et al., 2022).

As janelas representam um dos elementos da envolvente com pior desempenho térmico, sendo responsáveis por 20 % a 60 % das perdas de energia nos edifícios, dependendo da idade, tipologia e tamanho dos mesmos (Moghaddam et al., 2023). Valores elevados do coeficiente de transmissão térmica (Uw) são responsáveis por um maior consumo de energia para aquecimento, enquanto valores elevados do fator solar do vidro (g) conduzem a maiores necessidades de energia para arrefecimento. Um maior desempenho energético das janelas depende, assim, da correta combinação entre ambos os fatores (Moghaddam et al., 2023; Wu e Skye, 2021; Gasparella et al., 2010).

A escolha de janelas com elevado desempenho energético constitui uma atual oportunidade de melhoria, quer para edifícios novos, quer para projetos de renovação de edifícios existentes (Karlsson e Roos, 2003), uma vez que contribuirá para a redução do consumo de energia nos edifícios, diminuindo as necessidades de aquecimento e arrefecimento, ao mesmo tempo que favorecem a iluminação e ventilação natural. No entanto, a escolha de janelas energeticamente mais eficientes requer a existência de informação sobre o seu desempenho que seja clara e comparável, permitindo aos projetistas e consumidores finais tomar decisões adequadas na escolha do produto. Um sistema de classificação energética, à semelhança do utilizado nos eletrodomésticos e sistemas de iluminação, permite não só fornecer informação clara e precisa sobre o desempenho da janela, como contribui para a melhoria da qualidade dos produtos existentes no mercado (Trząski e Rucińska, 2015).

Para facilitar a escolha de janelas mais eficientes, a ADENE – Agência para a Energia criou o sistema de etiquetagem energética CLASSE+, que tem como base a metodologia de cálculo descrita por Simões et al. (2012), desenvolvida pelo Itecons, de acordo com os pressupostos indicados na norma ISO 18292:2011. De acordo com a metodologia desenvolvida para o CLASSE+, a classe energética das janelas depende de diferentes fatores, nomeadamente o coeficiente de transmissão térmica da janela, o fator solar do vidro e a classe de permeabilidade ao ar da janela, fatores estes que condicionam fortemente o desempenho térmico da envolvente dos edifícios. Por este motivo, considera-se que a classificação energética de janelas constitui uma ferramenta importante na escolha de soluções eficientes para a construção e reabilitação de edifícios com vista à melhoria do seu desempenho energético. No entanto, não existem estudos que quantifiquem o impacto das diferentes classes de janelas no desempenho energético e na classe energética de edifícios.

O presente estudo teve assim como objetivo avaliar o impacto que a substituição de janelas existentes por janelas com classes energéticas superiores tem no desempenho térmico e energético de um edifício de habitação unifamiliar existente. Numa fase inicial do estudo, fez-se uma análise de todas as etiquetas emitidas no âmbito do sistema CLASSE+, de forma a verificar como se relacionam as atuais escalas de classificação energética com as diferentes tipologias de janelas e respetivos parâmetros térmicos. Com base nos resultados obtidos, apresenta-se, por fim, uma reflexão sobre a importância de uma atualização dos atuais níveis de classificação energética das janelas e da incorporação de parâmetros adicionais na etiqueta relacionados com segurança, sustentabilidade e o alinhamento com a taxonomia europeia.

ANÁLISE DE DADOS DE DESEMPENHO ENERGÉTICO DE JANELAS

A presente secção inclui os principais resultados da análise dos dados do sistema nacional de etiquetagem energética de janelas CLASSE+. Os dados analisados foram disponibilizados pela ADENE e referem-se a todas as etiquetas emitidas pelo sistema CLASSE+ até setembro de 2023.

Análise de dados do sistema CLASSE+

De acordo com os dados fornecidos pela ADENE, foram emitidas mais de 490 mil etiquetas desde a implementação do sistema nacional de etiquetagem de janelas CLASSE+. De todas as etiquetas emitidas, 91,4 % são classe A+, 6,8 % são classe A e 1,6 % são classe B. As classes C, D, E e F representam apenas 0,2 % das janelas etiquetadas. Verificou-se ainda que 95,9 % das janelas etiquetadas têm classe de permeabilidade ao ar 4, 3,9 % têm classe de permeabilidade ao ar 3 e os restantes 0,2 % têm classe de permeabilidade ao ar 1 ou 2. Registe-se que o sistema é de regime voluntário, compreendendo-se que as empresas procedam sobretudo à etiquetagem dos seus melhores produtos.

A Figura 1 apresenta, para diferentes intervalos de coeficiente de transmissão térmica, Uw, a percentagem de etiquetas referentes a cada uma das classes energéticas. É possível verificar que cerca de 40 % das janelas com etiqueta classe A+ têm valor de Uw igual ou superior a 1,4 e inferior a 1,6 W/m2.°C, o que corresponde a cerca de 182 mil janelas etiquetadas. Outras 25 % têm Uw entre 1,2 e 1,4 W/m2.°C e apenas 1,0 % das janelas com a mesma classe têm Uw entre 1,8 e 2,0 W/m2.ºC. Relativamente às janelas com classe A, verifica-se que 29 % têm um valor de Uw entre 1,6 e 1,8 W/m2.ºC e 27 % têm entre 1,8 e 2,0 W/m2.°C. Note-se ainda que, de acordo com o gráfico, 25 % das janelas com classe E têm Uw entre 1,2 e 1,4 W/m2.°C, o que corresponde a 12 etiquetas emitidas, tendo estas um fator solar do vidro e uma classe de permeabilidade ao ar baixos.

A Figura 2 apresenta, para diferentes intervalos de fator solar do vidro (g), a percentagem de etiquetas referentes a cada uma das classes energéticas. É possível verificar que a maior parte das janelas etiquetadas têm um valor de g igual ou superior a 0,4 e inferior a 0,7. 40 % das janelas apresentam um valor de g entre 0,4 e 0,5, o que corresponde a cerca de 194 mil janelas etiquetadas. 37 % (cerca de 179,6 mil janelas) têm valor de g entre 0,6 e 0,7 e outras 11 % têm entre 0,5 e 0,6. Das janelas com g entre 0,4 e 0,7, cerca de 82 % têm classe A+ e 4 % têm classe A.

De acordo com os dados do CLASSE+, verificou-se ainda que a maior parte das janelas etiquetadas com classe energética A+, A e B têm caixilharia em PVC. O número de janelas etiquetadas com caixilharia em PVC ultrapassa os 450 mil, seguindo-se a caixilharia em alumínio com corte térmico, com cerca de 33 mil janelas etiquetadas. Os restantes tipos de caixilharia correspondem a menos de 1 % das janelas etiquetadas no âmbito do sistema CLASSE+.

IMPACTO DA CLASSE ENERGÉTICA DAS JANELAS NO DESEMPENHO TÉRMICO E ENERGÉTICO DE UM EDIFÍCIO

No presente estudo avaliou-se o impacto da substituição de janelas existentes por janelas com classes energéticas superiores no desempenho térmico e energético de um edifício de habitação unifamiliar existente. Para isso, determinara-se as perdas de calor através da envolvente do edifício, bem como as necessidades nominais anuais de energia útil e primária, considerando diferentes classes energéticas para as janelas. De modo a avaliar o impacto da substituição das janelas no edifício juntamente com outras medidas de melhoria de comportamento térmico da envolvente, fez-se a análise considerando diferentes soluções de isolamento para a envolvente exterior opaca vertical e diferentes zonas climáticas de inverno e de verão: I1, V3 (Évora); I2, V2 (Coimbra); I3, V2 (Bragança). A metodologia de cálculo utilizada foi a preconizada no Decreto-Lei n.º 101-D/2020, de 7 de dezembro.

Caso de estudo

O caso de estudo corresponde a um edifício de habitação unifamiliar existente (Figura 3) de tipologia T4, com uma área útil de pavimento de 315 metros quadrados, classe de inércia térmica média, e fachadas orientadas a nordeste (NE), sudeste (SE), sudoeste (SO) e norte (NO). Para climatização de todos os espaços principais e zonas de circulação, está instalado um sistema de bomba de calor ar-ar com um SCOP de 4,0 e um SEER de 6,4.

No estudo realizado consideraram-se diferentes soluções de isolamento para a envolvente exterior opaca vertical (paredes exteriores e pontes térmicas planas): paredes sem isolamento térmico; paredes com ETICS com 4 cm de EPS; paredes com ETICS com 8 cm de EPS. Na Tabela 1 são apresentados os valores dos respetivos coeficientes de transmissão térmica (U), calculado com base nos materiais que constituem as soluções construtivas da envolvente do edifício e respetivas propriedades térmicas, retiradas da publicação do LNEC ITE50 – Coeficientes de Transmissão Térmica de Elementos da Envolvente dos Edifícios.

Para a envolvente envidraçada, consideraram-se diferentes cenários (ver Tabela 2) com diferentes valores de Uw, de forma a avaliar o impacto da aplicação de janelas com as seguintes classes energéticas: D, C, B, A e A+. O objetivo é verificar qual o impacto da substituição de janelas com classe D por outras com classe energética superior. Considerou-se uma classe de permeabilidade ao ar 4 e um fator solar do vidro de 0,5 em todos os cenários.

RESULTADOS

Na Figura 4 são apresentadas as perdas de calor pelos vãos envidraçados (em W/°C), considerando cada uma das classes energéticas das janelas e as três soluções de isolamento térmico analisadas. Os gráficos permitem verificar que, ao substituirmos janelas de classe D por janelas de classe A+ ou A, as perdas de calor através dos vãos envidraçados reduzem para menos de metade, qualquer que seja o cenário considerado. O mesmo acontece quando substituímos janelas com classe C por janelas com classe A+.

A Figura 5 apresenta o peso dos vãos envidraçados nas perdas de calor pela envolvente exterior do edifício (em %), considerando as diferentes soluções para as janelas e envolvente opaca. É possível verificar que, quanto melhor a classe energética das janelas, menor o peso dos vãos envidraçados nas perdas de calor pela envolvente exterior do edifício. Ao substituirmos janelas de classe D por janelas de classe A+, o peso dos vãos envidraçados diminui mais de 40 %, podendo esta redução chegar acima dos 50 % em envolventes sem isolamento térmico. No caso de, na envolvente do edifício, ter sido instalado o sistema ETICS constituído por 8 cm de EPS e as janelas serem Classe D, 52 % das perdas totais de calor pela envolvente exterior do edifício ocorrem pelos vãos envidraçados. Neste caso, se as janelas forem substituídas por janelas com classe A+, esta percentagem reduz para 27 %.

Os gráficos da Figura 6 mostram a variação das necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) e para arrefecimento (Nvc) com a classe energética das janelas para as diferentes zonas climáticas consideradas (I3, V2 (Bragança); I2, V2 (Coimbra); e I1, V3 (Évora), respetivamente) e tendo em conta as diferentes soluções de isolamento térmico. Os resultados obtidos permitem verificar que, ao substituirmos janelas de classe D por janelas de classe superior, reduzimos substancialmente o valor do Nic do edifício, podendo essa redução atingir os 48 % numa envolvente fortemente isolada e 38 % numa envolvente sem isolamento térmico. Por outro lado, com janelas com classe superior, obtiveram-se valores de Nvcmais altos, podendo esse aumento chegar aos 44 % em zonas climáticas V2, mas sendo, no entanto, muito reduzido em zonas climáticas V3 (apenas cerca de 5 % superior).

A Figura 7 mostra a variação da relação entre as necessidades nominais anuais de energia primária e as necessidades de energia primária de referência (Ntc/Nt), com a classe energética das janelas, para as diferentes soluções de isolamento térmico consideradas (sem isolamento térmico; ETICS com 4cm de EPS e ETICS com 8cm de EPS). Nas figuras estão ainda representados os limites máximos das classes energéticas dos edifícios, de forma a ser possível identificar a classe energética obtida para o edifício em cada um dos cenários analisados.

Os gráficos anteriores mostram que o impacto da classe energética das janelas no edifício depende muito da localização do edifício, mas também do tipo de envolvente. No edifício em análise conclui-se que a substituição de janelas classe A por classe A+ não alterou a classe energética do edifício, devido à amplitude da classe. Numa envolvente fortemente isolada, janelas com classe energética igual ou superior a B são suficientes para garantir uma classe energética do edifício de B, qualquer que seja a localização do mesmo. Note-se que esta foi a classe máxima obtida na análise realizada para o edifício definido como caso de estudo. Considerando uma envolvente exterior vertical opaca sem isolamento térmico e uma zona climática com invernos mais rigorosos (I3), ao substituirmos janelas com classe energética C por janelas com classe B ou superior, é possível aumentar a classe energética do edifício de C para B-.

REFLEXÃO SOBRE A POSSÍVEL EVOLUÇÃO DO SISTEMA DE ETIQUETAGEM DE JANELAS EM PORTUGAL

Atualização da atual escala de classificação energética

De acordo com o atual sistema CLASSE+ para etiquetagem energética de produtos de construção, existem 7 classes energéticas que variam entre a classe A+ (produto mais eficiente energeticamente) e a classe F (produto menos eficiente energeticamente). No caso das janelas, essa classificação depende das necessidades totais mensais de energia para climatização de um compartimento de referência servido pela janela a etiquetar (Simões et al., 2012).

Da análise aos dados CLASSE+, verificou-se que, do total de etiquetas emitidas para as janelas, 91,5 % são classe A+. Também se concluiu que cerca de 96 % das janelas etiquetadas têm classe 4 de permeabilidade ao ar e os restantes 4 % classe 3. Por fim, verificou-se que a maior parte das janelas etiquetadas apresenta um valor de coeficiente de transmissão térmica (Uw) entre 1,2 e 1,8 W/m2.°C, sendo que 40 % das janelas com classe A+ tem um valor de Uw entre 1,4 e 1,6 W/m2.°C e que 40 % do total de janelas etiquetadas tem um valor de g entre 0,4 e 0,5 e 37 % tem um valor de g entre 0,6 e 0,7.

Na análise feita foi possível verificar que, para classes de permeabilidade ao ar 3 e 4, a classe energética A+ é aplicável a um grande grupo de janelas com valores de Uw que podem ir até 2 W/m2.°C, dependendo do valor do fator solar do vidro. Janelas com classe 4 de permeabilidade ao ar e valor de Uw inferior ou igual a 1,4 W/m2.°C apresentam classe energética A+, qualquer que seja o valor do fator solar do vidro. Nas duas classes de permeabilidade ao ar, a gama de valores de Uw e g que permite obter uma classe energética de A+ é muito superior quando comparada com a gama de valores que conduz a uma classe energética A. No caso de janelas com classe 4 de permeabilidade ao ar, essa diferença é ainda maior. Note-se que, de acordo com a análise dos dados CLASSE+, a classe 4 corresponde à classe de permeabilidade ao ar com um maior número de etiquetas emitido.

Face ao exposto, conclui-se que existe uma oportunidade de evolução no que se refere às exigências para obtenção de uma classe energética A+, beneficiando assim janelas com melhor desempenho térmico. A alteração dos critérios deve ter em conta a realidade do mercado nacional e as atuais exigências regulamentares referentes às janelas em Portugal. Note-se que os atuais critérios europeus para as janelas, referidos na Taxonomia Europeia e noutras certificações europeias como a Passivhaus e a Minergie, estabelecem valores de Uw muito baixos, que não traduzem as necessidades dos edifícios em climas da Europa Mediterrânea. Por exemplo, a Taxonomia Europeia refere como critério para o coeficiente de transmissão térmica da janela um valor de Uw inferior ou igual a 1,0 W/m2.°C. No entanto, considera-se que o cumprimento deste critério é uma informação relevante e que deve ser indicado na etiqueta.

Novos parâmetros e informação a disponibilizar através da etiqueta

A atual etiqueta energética, para além da classe energética da janela, contém informação sobre o nível de conforto no verão e no inverno, coeficiente de transmissão térmica da janela, Uw, fator solar e transmissão luminosa do vidro, classe de permeabilidade ao ar e atenuação acústica. No entanto, considera-se importante introduzir mais informação no que se refere à segurança e à sustentabilidade, bem como ao cumprimento de critérios de desempenho térmico mais exigentes, tal como o da Taxonomia Europeia. A Tabela 3 apresenta os parâmetros que se considera importante incluir na nova etiqueta energética.

CUMPRIMENTO DOS REQUISITOS DA TAXONOMIA EUROPEIA

O regulamento da Taxonomia, aprovado pela União Europeia (UE) em junho de 2020, pretende determinar quais as atividades que podem ser consideradas sustentáveis, com base num sistema de classificação comum em toda a UE. O regulamento aponta seis objetivos ambientais e estipula que uma atividade pode ser considerada ambientalmente sustentável se contribuir para um desses objetivos sem prejudicar significativamente os outros. Para isso, foram definidos critérios referentes a diferentes atividades económicas. Relativamente às janelas, o critério estabelecido consiste em fabricar sistemas com elevada eficiência energética, devendo o coeficiente de transmissão térmica Uw ser inferior ou igual a 1,0 W/m2.°C, de forma a contribuir substancialmente para a mitigação das alterações climáticas. Apesar deste requisito ser demasiado exigente para a zona climática da Europa Mediterrânea, e que não deve, por isso, definir a classe energética da janela, considera-se que os sistemas que cumprem este critério devem ser valorizados na etiqueta.

Resistência ao vento

No que se refere à segurança, apesar de não determinar o desempenho energético de uma janela, a resistência ao vento constitui uma característica técnica de segurança muito importante a ter em conta na escolha do sistema que se pretende instalar, até por se relacionar com os mais frequentes eventos extremos. A resistência ao vento traduz os níveis de deformação da janela quando sujeita à ação do vento e depende fortemente do tipo de perfis de caixilharia e respetivo material e da resistência das ferragens, cuja seleção deve ter em conta o tipo de aberturas das janelas. No caso da resistência ao vento, o grafismo poderá ser baseado numa escala de desempenho final, que varie desde a opção menos resistente à mais resistente. Esta escala poderá ter em conta a resistência global da janela, ou seja, a sua classificação em relação à pressão de vento suportada e a sua classificação em relação à flecha relativa frontal.

Sustentabilidade (parâmetros ambientais/circularidade)

A atual etiqueta não inclui parâmetros que permitam distinguir as etiquetas com base no seu desempenho ambiental. Na reflexão realizada avaliou-se a possibilidade de adicionar à etiqueta novos parâmetros ambientais e de circularidade, de caráter voluntário. Identificaram-se parâmetros ambientais e de circularidade que traduzem os aspetos mais amplamente considerados na avaliação ambiental de janelas: carbono incorporado, energia incorporada e a taxa de entrada reciclada, calculados com base na metodologia de ACV (ISO 14040). A seleção dos mesmos teve em conta os seguintes critérios:

1. Comparabilidade: os parâmetros devem ser calculados com base numa metodologia de cálculo normalizada, que permita a comparação dos resultados;

2. Informação verificada por terceira parte: a informação de base para o cálculo do parâmetro deve ter sido verificada por uma terceira parte independente;

3. Informação pública: a informação de base para o cálculo do parâmetro deve ser, sempre que possível, pública;

4. Consideração do ciclo de vida: o parâmetro deve refletir o impacto associado ao ciclo de vida da janela, de modo a evitar a transferência de impactos entre fases do ciclo de vida, de acordo com as práticas de avaliação da sustentabilidade ambiental de produtos preconizadas internacionalmente.

Nesse sentido, propõe-se que o referencial para a obtenção da informação ambiental a reportar no âmbito da etiqueta CLASSE+ sejam Declarações Ambientais de Produto (DAP) das janelas, verificadas por uma terceira parte independente. As DAP são ferramentas voluntárias de comunicação do desempenho ambiental de um produto ao longo do seu ciclo de vida, nas quais é apresentada informação ambiental quantificada e fidedigna, baseada na metodologia de avaliação de ciclo de vida (ACV), de acordo com os seguintes referenciais normativos: ISO 14025; ISO 21930; EN 15804; e EN 15942.

CONCLUSÕES

No presente estudo foram apresentados os principais resultados da análise dos dados CLASSE+, bem como um estudo do impacto da classe energética das janelas no desempenho térmico e energético de um edifício. Com base nestes resultados, fez-se uma reflexão sobre uma possível atualização da escala de classificação energética e sobre a possibilidade de incluir novos parâmetros na etiqueta, de forma a introduzir informação relacionada com a segurança e sustentabilidade da janela, bem como com o cumprimento dos atuais critérios da Taxonomia Europeia.

Os resultados obtidos no estudo realizado permitem ainda concluir que o impacto da classe energética das janelas no desempenho energético de um edifício a reabilitar vai depender de vários fatores, nomeadamente da localização do mesmo, da solução de isolamento térmico da envolvente opaca, entre outros. As particularidades de cada edifício podem, assim, ter como melhor opção janelas com classe energética elevada, mas não obrigatoriamente a classe A+. Face ao exposto, e como a etiqueta tem sido utilizada em contexto de financiamento para a implementação de medidas de melhoria da eficiência energética em edifícios existentes, considera-se que, tendo por base os resultados do estudo realizado e as atuais exigências do Decreto-Lei n.º 101-D/2020, não deve ser dado financiamento exclusivamente às janelas com classe A+ ou com classe A e A+, mas sim às janelas com etiqueta energética CLASSE+ e que estejam a cumprir os requisitos regulamentares.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio da Fundação para a Ciência e Tecnologia através do financiamento UIDB/04625/2020 da unidade de investigação CERIS (DOI: 10.54499/UIDB/04625/2020). Este artigo foi selecionado de entre os melhores apresentados na área da “Física das Construções e edifícios saudáveis” ao 5º Congresso Luso-Brasileiro de Materiais de Construção Sustentáveis (CLBMCS 2024) e Congresso Construção 2024, que terá lugar no Instituto Superior Técnico, em Lisboa, de 6 a 8 de novembro de 2024 (https://www.clbmcs-construcao-2024.com/).

Referências

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Moghaddam, S.A.; Serra, C.; Gameiro da Silva, M.; Simões, N. (2023). Comprehensive Review and Analysis of Glazing Systems towards Nearly Zero-Energy Buildings: Energy Performance, Thermal Comfort, Cost-Effectiveness, and Environmental Impact Perspectives. Energies, 16, 6283. https://doi.org/10.3390/en16176283.

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ISO 18292:2011 Energy performance of fenestration systems for residential buildings – Calculation procedure.

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Com os envidraçados convencionais a contribuírem, muitas vezes, para o desconforto térmico e visual, a investigação a propósito de tecnologias inovadoras alternativas avoluma-se. Neste estudo, a análise incide sobre o impacto dos envidraçados eletrocrómicos no conforto dos ocupantes de um escritório em diferentes zonas climáticas do país.

Autores: Henriqueta Teixeira [a], M. Glória Gomes [a], A. Moret Rodrigues [a] e Daniel Aelenei [b,c]

[a] CERIS, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa

[b] UNINOVA-CTS, Faculdade de Ciências e Tecnologia,
Universidade NOVA de Lisboa, [c] LASI.

INTRODUÇÃO

Os envidraçados convencionais de edifícios são frequentemente responsáveis por trocas de calor significativas que resultam em desconforto térmico. O conforto visual também é influenciado devido à transmitância visível elevada dos envidraçados convencionais, que pode resultar na transmissão excessiva de iluminação natural e causar problemas de encandeamento. A utilização de sistemas de sombreamento [1] permite melhorar o desempenho de envidraçados. No entanto, estes sistemas podem bloquear a vista para o exterior, o que pode ser considerado desvantajoso pelos ocupantes.

Com a ambição de promover edifícios de balanço energético nulo, e tendo em conta a tendência arquitetónica de edifícios com grandes áreas de envidraçado, a investigação de tecnologias inovadoras de envidraçados tem crescido nos últimos anos, resultando em envidraçados inteligentes capazes de reagirem a estímulos e de se adaptarem às condições do ambiente em que se encontram, contrabalançando múltiplos requisitos de desempenho.

Os envidraçados eletrocrómicos [2], enquanto envidraçados inteligentes, alteram de forma reversível as suas propriedades óticas, aumentando/diminuindo o seu nível de escurecimento em resposta à presença/ ausência de um estímulo elétrico. Na presença de uma tensão elétrica, o nível de escurecimento do vidro aumenta, revertendo-se a alteração cromática na ausência desta tensão.

Estudos científicos [3-5] sobre o desempenho de envidraçados eletrocrómicos concluem que estes reduzem as necessidades energéticas de arrefecimento, promovem o conforto térmico e possibilitam a redução de encandeamento sem prejudicar a iluminação natural dos espaços, comparativamente com os envidraçados tradicionais, principalmente em climas quentes com níveis de radiação elevados. Os estudos existentes tendem a focar-se no aspeto energético ou então investigam as condições de conforto térmico e visual de forma isolada através da utilização de métricas específicas. No entanto, dado que as pessoas passam grande parte do tempo no interior de edifícios, torna-se extremamente importante analisar o impacto desta tecnologia de envidraçado no conforto dos ocupantes. Assim, com vista a complementar a investigação existente, o presente estudo tem como objetivo analisar o impacto de um envidraçado eletrocrómico no conforto de um espaço de trabalho (escritório) em diferentes zonas climáticas de Portugal.

METODOLOGIA

A Figura 1 apresenta uma esquematização da metodologia adotada no presente estudo. Como caso de estudo foi considerado um escritório para investigar o impacto de um envidraçado eletrocrómico no conforto térmico e visual, comparativamente com um envidraçado incolor. O modelo 3D do escritório foi construído no programa SketchUp com o plug-in OpenStudio. Os programas Optics e Window foram utilizados para determinar as propriedades térmicas e óticas dos envidraçados. O modelo de simulação dinâmica foi desenvolvido no software EnergyPlus, tendo sido calibrado com dados experimentais [6]. As percentagens de horas laborais anuais com conforto térmico e conforto visual foram estimadas através da simulação na presença das duas soluções de envidraçado. Foram contemplados os ficheiros climáticos das cidades de Bragança, Lisboa e Faro, considerados representativos de diferentes zonas climáticas de Portugal, para analisar a influência do clima no desempenho dos envidraçados.

O espaço de trabalho individual adotado como caso de estudo situa-se no último piso de um pavilhão universitário (Figura 2a) do Instituto Superior Técnico, no campus Alameda, em Lisboa, apresentando uma área de pavimento de 19 m2. A fachada é orientada a sudeste, com um rácio de envidraçado (Aenvidraçado/Afachada) de 81 %. O ocupante pode controlar a temperatura interior através de um sistema de ar condicionado com um set-point de temperatura predefinido (22 ± 2 °C).

As configurações dos envidraçados analisados neste estudo (duplo incolor e duplo eletrocrómico) são apresentadas na Figura 2b. O envidraçado eletrocrómico é constituído por um pano de vidro laminado pelo exterior que integra o sistema eletrocrómico, uma caixa de ar e um pano de vidro incolor interior. O envidraçado convencional é constituído por dois panos de vidro incolor separados por uma caixa de ar.

As propriedades térmicas e óticas dos envidraçados analisados são apresentadas no Quadro 1. Como esperado, o envidraçado eletrocrómico apresenta valores inferiores em todas as propriedades, em comparação com o envidraçado incolor. O fator solar é significativamente reduzido com o escurecimento do envidraçado eletrocrómico. O mesmo pode ser observado no que diz respeito às transmitâncias solar e visível, que atingem valores significativamente baixos. O envidraçado eletrocrómico reduz quase totalmente a transmissão de radiação ultravioleta pelo envidraçado, o que pode ter efeitos positivos na saúde do ocupante e na durabilidade dos materiais no interior do escritório.

As propriedades do envidraçado incolor foram utilizadas na calibração do modelo de simulação, juntamente com o modelo 3D e o ficheiro climático de Lisboa editado com dados meteorológicos recolhidos experimental[6], tendo-se obtido valores de NMBE (–11.2-0.5 %) e Cv(RMSE) (4.4-22.6 %) [7] abaixo dos valores de referência de calibração.

Após calibração, o modelo foi utilizado para simular o conforto térmico e visual na presença de ambos os envidraçados. O conforto térmico foi avaliado através da percentagem de horas laborais (das 9 h às 18 h) anuais com conforto e desconforto de acordo com a legislação portuguesa [8], do modelo adaptativo do ASHRAE 55 (limite de 80 % de aceitabilidade) [9] e do índice PMV [10]. O conforto visual foi avaliado através da percentagem de horas laborais anuais com níveis de conforto e desconforto de iluminância, de acordo com o índice UDI [11], e com níveis de conforto e desconforto de encandeamento, de acordo com o índice DGI [12]. A iluminação artificial foi considerada nas simulações do conforto térmico, uma vez que contribui para os ganhos internos do escritório, tendo sido atribuído o controlo continuous off com o set-point de 500 lx no centro da secretária. As simulações do conforto térmico segundo a legislação portuguesa e o modelo adaptativo do ASHRAE 55 foram executadas em regime livre (sem ar condicionado). O sistema de ar condicionado foi assumido como estando em funcionamento durante as horas laborais com um intervalo de temperatura de conforto entre 20 e 24 °C, nas simulações do conforto térmico com o índice PMV.

Foram atribuídos dois tipos de controlo distintos ao envidraçado eletrocrómico: nível de encandeamento na secretária (controlo I) e nível de temperatura do ar interior (controlo II). Com o controlo I, o envidraçado aumenta o seu nível de escurecimento quando o índice DGI é superior a 22 durante o horário laboral, diminui o nível de escurecimento quando o índice DGI é inferior a 22 durante o horário laboral, mantém o nível transparente fora do horário laboral. Com o controlo II, o envidraçado aumenta o seu nível de escurecimento quando a temperatura interior é superior a 24 °C durante o horário laboral, mantém o nível de escurecimento quando a temperatura interior está entre 20 e 24 °C durante o horário laboral, diminui o nível de escurecimento quando a temperatura é inferior a 20 °C durante o horário laboral, e é mantido no estado transparente fora do horário laboral.

De forma a compreender-se melhor a influência do clima no desempenho dos envidraçados, consideraram-se os ficheiros climáticos de três cidades em Portugal, representativas de diferentes zonas climáticas: Bragança (zona I3 e V2), Lisboa (zona I1 e V2) e Faro (zona I1 e V3). A Figura 3 apresenta os valores de temperatura mensal média exterior e de radiação solar mensal acumulada numa superfície vertical orientada a sul das três cidades.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O comportamento dinâmico do envidraçado eletrocrómico depende dos níveis de encandeamento e temperatura no interior do escritório, ou seja, depende das condições climáticas da localidade e será diferente em cada cidade. A Figura 4 contém a percentagem de horas laborais com níveis específicos de escurecimento do envidraçado eletrocrómico nas três cidades. O comportamento dinâmico com o controlo I é praticamente igual nas três cidades, com o envidraçado no estado transparente durante a quase totalidade (97-99 %) das horas laborais. Tendo em conta que foram realizadas simulações com e sem a operação do ar condicionado e que este influencia o comportamento dinâmico do envidraçado eletrocrómico controlado através do nível de temperatura do ar interior (controlo II), ambos os cenários (HVAC desligado/ligado) são ilustrados para este controlo. A operação do ar condicionado reduz ligeiramente as horas laborais com o envidraçado escurecido. Dado apresentar níveis de temperatura e radiação inferiores, a cidade de Bragança apresenta as percentagens de horas laborais com o envidraçado transparente mais elevadas(34 % sem HVAC e 36 % com HVAC). Em contrapartida, as menores percentagens (3 % sem HVAC e 5 % com HVAC) de horas laborais com o envidraçado incolor são obtidas em Faro.

• Conforto térmico

Os resultados do conforto térmico analisado através dos intervalos de conforto da legislação portuguesa encontram-se na Figura 5a. Todas as cidades apresentam percentagens elevadas de horas laborais com níveis excessivos de temperatura na presença de cada envidraçado, particularmente Faro e Lisboa, que têm temperaturas exteriores mais altas e níveis de radiação mais elevados ao longo do ano. Nas três cidades, o envidraçado incolor está associado às menores percentagens de horas laborais com conforto térmico, particularmente em Faro (0 %) e Lisboa (1 %). O envidraçado eletrocrómico promoveu condições de conforto térmico, na presença de ambos os controlos, mas aumentou a ocorrência de níveis de temperatura baixos. O controlo II apresentou um melhor desempenho, aumentando a percentagem de horas laborais com conforto térmico até 23 % (Bragança), 24 % (Lisboa) e 15 % (Faro). A maior diferença de percentagens de horas laborais com conforto entre o envidraçado incolor e o envidraçado eletrocrómico com o controlo II foi obtida em Lisboa (+23 %).

A Figura 5b apresenta os resultados do conforto térmico analisado através do modelo adaptativo do ASHRAE 55. Considerando este standard, a ocorrência de temperaturas baixas é insignificante. Nas três cidades, a presença do envidraçado incolor resultou na quase totalidade (99-100 %) de horas laborais com níveis de temperatura excessivos. O melhor desempenho foi novamente obtido com o envidraçado eletrocrómico com o controlo II, que permitiu atingir 17 % (Bragança), 30 % (Lisboa) e 23 % (Faro) de horas laborais com conforto térmico. A maior discrepância entre o desempenho do envidraçado incolor e o do envidraçado eletrocrómico foi observado na cidade de Lisboa, onde foi obtido um aumento de 29 % de horas laborais com conforto com o controlo II.

Os resultados obtidos para a análise do conforto térmico utilizando o índice PMV encontram-se na Figura 5c. Considerando este índice, a distribuição de percentagens de horas laborais entre os vários intervalos (conforto e desconforto) é significativamente diferente da obtida pela utilização das métricas anteriores, com os vários envidraçados a apresentarem percentagens significativas de horas laborais com conforto térmico nas três cidades. Esta discrepância entre resultados deve-se à operação do sistema de ar condicionado quando se considera o índice PMV, aumentando, assim, significativamente a ocorrência de níveis de temperatura confortáveis. A percentagem de horas laborais com níveis excessivos de temperatura é superior com o envidraçado incolor. Em contrapartida, a ocorrência de horas laborais com temperaturas baixas é maior com o envidraçado eletrocrómico, particularmente com o controlo II. Foram obtidas horas laborais com conforto térmico em maior percentagem com o envidraçado eletrocrómico com o controlo I (Bragança – 70 %, Lisboa – 93 %, Faro – 97 %), seguido pelo mesmo envidraçado com controlo II (Bragança – 65 %, Lisboa – 84 %, Faro – 89 %). A maior discrepância entre percentagens de horais laborais com conforto foi obtida no caso de Faro com o envidraçado eletrocrómico com o controlo I, que permitiu um aumento de 21 %, comparativamente ao envidraçado incolor.

A Figura 6a apresenta os resultados das condições de conforto visual analisadas através da percentagem de horas laborais anuais com iluminância insuficiente, útil e excessiva, de acordo com o índice UDI. O envidraçado incolor fornece níveis de iluminância úteis durante grande parte do horário laboral (66-69 %) nas três cidades. O comportamento dinâmico do envidraçado eletrocrómico com o controlo I possibilitou aumentar a ocorrência de níveis de iluminância útil, atingindo 79 %, 74 % e 78 % nas cidades de Bragança, Lisboa e Faro, respetivamente. O facto de o envidraçado eletrocrómico com o controlo II se encontrar mais tempo nos estados escurecidos do que com o controlo I resultou numa diminuição significativa da percentagem de horas laborais com iluminância útil (12-36 %) e num aumento da percentagem de horas laborais com iluminância insuficiente (61-84 %). Este aumento da ocorrência de níveis de iluminância insuficiente é mais significativo em Bragança. O aumento mais significativo de horas laborais com iluminância útil foi obtido com o envidraçado eletrocrómico com o controlo I (78 %), comparativamente com o envidraçado incolor (67 %), em Faro.

A percentagem de horas laborais anuais com níveis de encandeamento impercetível, percetível e aceitável, de acordo com o índice DGI, encontram-se na Figura 6b. A percentagem de horas laborais com níveis aceitáveis de encandeamento, nas três cidades, é desprezável. Não foram obtidos níveis desconfortáveis nem intoleráveis na presença de qualquer envidraçado. O envidraçado incolor está associado a percentagens elevadas (67-79 %) de encandeamento percetível em todas as cidades. O envidraçado eletrocrómico possibilitou a redução da ocorrência de encandeamento percetível em todas as cidades, particularmente com o controlo II (6-15 %). Esta redução foi menos significativa com o controlo I porque o envidraçado eletrocrómico se encontra no estado transparente durante mais tempo. Os níveis de encandeamento obtidos na cidade de Bragança são mais baixos do que os obtidos em Lisboa e Faro, exceto quando se considera o envidraçado eletrocrómico com o controlo II, que possibilitou uma redução mais significativa nas cidades de Faro e Lisboa.

CONCLUSÕES

As seguintes conclusões podem ser retiradas acerca do impacto do envidraçado eletrocrómico (controlo I – encandeamento, controlo II – temperatura do ar interior) no conforto térmico e visual do escritório do caso de estudo em diferentes zonas climáticas de Portugal:

• Os níveis de temperatura excessiva foram reduzidos na presença do envidraçado eletrocrómico em todas as cidades, mas a ocorrência de temperaturas baixas aumentou (entre 5 % e 15 %) em Bragança. O controlo II foi mais eficaz a promover condições de conforto térmico considerando um regime livre, atingindo percentagens de horas laborais com conforto de 30 % na cidade de Lisboa e de 23 % nas cidades de Bragança e Porto. Em contrapartida, o controlo I apresentou um melhor desempenho na presença do ar condicionado, possibilitando alcançar 97 %, 93 % e 70 % de horas laborais com conforto térmico em Faro, Lisboa e Bragança, respetivamente.

• Foi obtida uma maior eficiência com o controlo I na gestão da transmissão de radiação visível através do envidraçado, originando um aumento entre 8 % e 11 % das horas laborais com níveis de iluminância útil nas três cidades. No entanto, a redução de encandeamento foi mais eficaz com o controlo II, fornecendo níveis de encandeamento impercetível durante 84-94 % das horas laborais, nas três cidades.

Apesar de o envidraçado eletrocrómico ter promovido condições de conforto, em comparação com o envidraçado incolor, é importante ter em conta outros fatores na instalação deste envidraçado inteligente, tais como a componente económica, dado o preço médio de envidraçados eletrocrómicos ser significativamente superior ao de envidraçados estáticos.

AGRADECIMENTOS

Os autores desejam expressar o seu agradecimento à unidade de investigação CERIS do IST-ID e à Fundação para a Ciência e a Tecnologia pelo financiamento da bolsa de doutoramento da primeira autora PD/BD/150576/2020 (DOI: 10.5449/PD/BD/150576/2020) e pelo financiamento UIDB/04625/2020 da unidade de investigação CERIS (DOI: 10.54499/UIDB/04625/2020). Os autores estendem o seu agradecimento à empresa IMPERSOL pelo apoio técnico.

Referências
[1] M.G. Gomes, A.J. Santos, A.M. Rodrigues, Solar and visible optical properties of glazing systems with venetian blinds: Numerical, experimental and blind control study, Build Environ 71 (2014) 47–59. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.09.003.

[2] M. Casini, Active dynamic windows for buildings: A review, Renew Energy 119 (2018). https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.12.049.

[3] N. DeForest, A. Shehabi, S. Selkowitz, D.J. Milliron, A comparative energy analysis of three electrochromic glazing technologies in commercial and residential buildings, Appl Energy 192 (2017). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.02.007.

[4] Y. Li, K.W. Shah, W. Li, T. Xiong, Experimental investigation on indoor thermal environment improvement and energy-saving of electrochromic window under Singapore’s tropical climate, Journal of Building Engineering 73 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106779.

[5] S. Jain, C. Karmann, J. Wienold, Behind electrochromic glazing: Assessing user’s perception of glare from the sun in a controlled environment, Energy Build 256 (2022). https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111738.

[6] H. Teixeira, M. da Glória Gomes, A. Moret Rodrigues, J. Pereira, In-Service Thermal and Luminous Performance Monitoring of a Refurbished Building with Solar Control Films on the Glazing System, Energies (Basel) 14 (2021) 1388. https://doi.org/doi.org/10.3390/en14051388.

[7] H. Teixeira, M. Glória Gomes, A. Moret Rodrigues, D. Aelenei, Assessment of the visual, thermal and energy performance of static vs thermochromic double-glazing under different European climates, Build Environ 217 (2022) 109115. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2022.109115.

[8] Order 6476-H/2021, Diário Da República (2021).

[9] ASHRAE, ASHRAE Standard 55-2017: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, Am. Soc Heating Refrig. Air-Conditioning Eng., Atlanta, GA, USA, 2017.

[10] BS EN 16798, BS EN 16798 – Energy performance of buildings. Ventilation for buildings, (2019).

[11] J. Mardaljevic, M. Andersen, N. Roy, J. Christoffersen, Daylighting metrics: I there a relation between useful daylight illuminance and daylight glare probability?, in: First Building Simulation and Optimization Conference, Loughborough, UK, 2012: pp. 189–196.

[12] R.G. Hopkinson, Glare from daylighting in buildings, Appl Ergon 3 (1972). https://doi.org/10.1016/0003-6870(72)90102-0.

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A reabilitação energética de edifícios existentes constitui uma importante via para a correção de situações de inadequação funcional, proporcionando uma melhoria na qualidade térmica e nas condições de conforto dos ocupantes. Estas intervenções permitem também reduzir o consumo de energia para aquecimento, arrefecimento, ventilação e iluminação, possibilitando ainda, em muitos casos, a correção de anomalias ligadas à presença de humidade e à degradação do aspeto nos edifícios ^[1].

Reabilitação térmica de paredes

A reabilitação térmica de paredes inclui as seguintes intervenções, conforme a disposição do isolamento térmico: i) pelo exterior; ii) pelo interior; e por injeção em caixa-de-ar (limitado ao caso de paredes duplas).

A reabilitação térmica de fachadas pelo exterior implica normalmente a utilização de uma menor espessura de isolante térmico (ou igual espessura e menores necessidades energéticas/maior economia de energia), e garante uma maior durabilidade da parede e uma correção mais eficaz de pontes térmicas planas e lineares, diminuindo assim o risco de condensações internas e superficiais (na face interior da parede).

O sistema compósito de isolamento térmico pelo exterior (ETICS – External Thermal Insulation Composite System) pode ser aplicado em reabilitação de paredes existentes, sem necessidade de intervenções no interior do edifício. Este sistema protege as alvenarias e os elementos estruturais das ações higrotérmicas (ciclos de absorção e evaporação de água e variações térmicas), que causam a degradação dos mesmos, aumentando a sua durabilidade. Também proporciona a renovação estética das fachadas com vários tipos de acabamentos finais, permitindo diversidade arquitetónica de fácil integração em diferentes ambientes. Por fim, é também uma solução eficaz para a resolução de anomalias em rebocos ou revestimentos antigos como fissuras, manchas ou irregularidades.

O ETICS não é aplicável em paredes sujeitas à ascensão da humidade e em suportes antigos muito espessos e porosos, por modificar as condições de evaporação da água nestas paredes. Em suportes antigos correntes, pode instalar-se um ETICS com um isolante permeável ao vapor de água (ex.: lã mineral ou aglomerado de cortiça expandida), para evitar que o sistema de isolamento impeça a evaporação da água que possa acumular-se na parede. No entanto, as restrições arquitetónicas e a presença de sais e humidade podem ser condicionantes na aplicação de ETICS nestes edifícios.

Pode ser uma solução onerosa em fachada com arquitetura mais peculiar (ex.: com um número elevado de vãos ou de pormenorização complexa) e incompatível com o aumento da espessura das paredes.

São sistemas particularmente suscetíveis ao desenvolvimento de colonização biológica e com menor resistência à ação de choque, em particular ações perfurantes.

A fachada ventilada serve de sistema de proteção e de revestimento envolvente exterior de edifícios, caracterizado pelo afastamento entre o suporte e o revestimento, criando assim uma caixa-de-ar que permite a ventilação natural e contínua da parede do edifício.

As fachadas ventiladas têm como vantagens:

• Caixa-de-ar bem ventilada por detrás do revestimento que permite a evacuação ou evaporação da água de infiltração ou condensação sem que esta afete os painéis de isolamento;
• Proteção da placa isolante de solicitações mecânicas, através do revestimento exterior;
• Soluções menos sujeitas à deterioração das superfícies e ao aparecimento de defeitos.

Esta solução altera a imagem da fachada, pelo que pode ser condicionante em muitos edifícios existentes, em particular os com valor patrimonial ou histórico. O estado da alvenaria nos edifícios antigos pode também limitar a possibilidade de colocar a estrutura metálica de suporte para instalação da fachada ventilada. Por outro lado, o comportamento ao fogo da fachada ventilada é fortemente condicionado pela reação ao fogo do material isolante. Este sistema apresenta ainda as seguintes limitações adicionais:

• Ausência de normas, regulamentos e requisitos de desempenho que agreguem valor comercial ao produto;
• Necessidade de mão-de-obra qualificada e com experiência;
• Exigência de projeto específico detalhado e que defina pormenorizadamente o processo de montagem;
• Custos elevados relativamente a soluções mais tradicionais.

As argamassas de desempenho térmico melhorado podem aplicar-se diretamente sobre alvenaria de pedra em edifícios antigos ou sobre rebocos hidráulicos pintados. Além disso, permitem obter superfícies de textura lisa, oferecendo um confortável acabamento interior. Estas argamassas apresentam uma adequada permeabilidade ao vapor, compatibilidade com geometrias mais complexas da fachada e, em alguns casos, compatibilidade com os suportes mais antigos (Figura 1).

Estas argamassas apresentam problemas de resistência mecânica, sendo necessário na maioria das vezes a colocação de um revestimento/acabamento final armado. Estes rebocos são aplicados com espessuras muito limitadas, não sendo a sua condutibilidade térmica comparável à dos isolantes térmicos propriamente ditos. Assim o recurso a esta solução não é, de uma maneira geral, suficiente para conferir às paredes a reabilitar o nível de isolamento térmico pretendido, pelo que não dispensa a adoção simultânea de outras medidas. Por outro lado, espessuras elevadas são difíceis de conseguir sem problemas de aderência e coesão e sem aumentar significativamente os problemas de resistência ao choque.

A reabilitação térmica da fachada pelo interior recomenda-se especialmente nos seguintes casos (Figura 2):

• Quando está prevista a realização de outros trabalhos no interior do edifício (pisos, divisórias, janelas, entre outros);
• Quando não é possível modificar o aspeto exterior do edifício (como é o caso de edifícios com interesse histórico ou arquitetónico), pelo que não haverá custos adicionais em elementos auxiliares como andaimes;
• Sempre que compense a perda de espaço útil com a poupança energética e benefícios ambientais que a intervenção prevê.

Deve prestar-se especial atenção às ligações com compartimentos (janelas e portas) assim como à correção das pontes térmicas lineares, já que devido à presença da parede, divisórias e de outros elementos é difícil assegurar a continuidade do isolamento. Este sistema apresenta ainda a desvantagem de anular a inércia térmica correspondente à massa do suporte onde é aplicado.

Um fator chave para a reabilitação térmica da fachada pelo interior é a redução do espaço útil, pelo que os sistemas recomendados devem ter as máximas prestações com o mínimo de espessura, como é o caso de soluções integradas de isolamento e revestimento existentes no mercado. Nesta solução, a parede exterior fica mais sujeita a solicitações de natureza térmica decorrentes particularmente da exposição à radiação solar e variação da temperatura exterior (incluindo o fenómeno de choque térmico).

O reforço do isolamento térmico das paredes duplas pode realizar-se por incorporação de materiais isolantes soltos ou de espumas injetadas na caixa-de-ar, permitindo manter o aspeto exterior e interior das mesmas e reduzir ao mínimo as operações de reposição dos respetivos paramentos, que ficam limitadas à vedação dos furos de injeção (Figura 3). Existe neste caso também a redução da inércia térmica, e o tratamento de pontes térmicas é complexo. No caso de paredes duplas já existentes isoladas, o reforço de isolamento térmico das paredes através de isolante na caixa-de-ar encontra-se limitado, sendo a opção colocar o material isolante pelo interior ou exterior.

No caso de se optar por materiais injetados, estes poderão ser constituídos por espumas, cujas misturas são normalmente efetuadas no local, recorrendo a equipamento próprio. Esta técnica está reservada, em geral, a situações de reabilitação em que não é viável a alteração das faces exterior e interior da parede. A execução deve ser feita por pessoal especializado que tenha meios para garantir e verificar o integral preenchimento da caixa-de-ar, o que se torna particularmente difícil nas paredes recortadas ou de geometria irregular e nas paredes com ligadores entre os dois panos.

Reabilitação térmica de coberturas

Na definição das soluções construtivas a implementar, deve ser dada prioridade à eficiência energética e à integração de outros sistemas, como o de recolha de águas pluviais. Se necessário, a estrutura da cobertura pode ser substituída, mas garantindo que as paredes-mestras ou vigas e pilares têm condições para receberem a nova solução de reabilitação. No entanto e sempre que possível, a estrutura existente deve ser aproveitada ou reabilitada. A opção por sistemas de energias renováveis deve privilegiar sempre uma boa integração arquitetónica. Para mais informação consultar a publicação ^[2].

i) Reabilitação térmica de coberturas em terraço

Algumas das vantagens do sistema invertido, em que o isolante térmico é colocado por cima da camada de impermeabilização (Figura 4), residem em:

• Para além de melhorar a resistência desta camada às solicitações mecânicas, também melhora a inércia térmica do sistema de cobertura;
• Nos casos em que a camada de impermeabilização da cobertura a reabilitar se encontre em bom estado, a aplicação de isolamento sobre esta dispensa a sua remoção;
• A proteção pesada constitui não só uma proteção do sistema face às solicitações provocadas pela ação do vento, mas também confere proteção térmica, diminuindo a incidência direta de radiação solar, que provoca a degradação do isolante.

Por oposição ao sistema invertido, a reabilitação térmica de coberturas tradicionais (sem isolamento ou em que se pretenda reforçar essa camada) pressupõe que se realize em simultâneo a substituição do sistema de impermeabilização. Trata-se assim da remoção total e substituição das camadas superiores existentes sobre a laje da cobertura. Em alternativa, essa reabilitação térmica poderá corresponder à transformação de uma cobertura tradicional numa cobertura invertida, com as vantagens atrás descritas.

Atualmente, as soluções de coberturas verdes apresentam substratos técnicos com muito menor espessura que as antigas coberturas ajardinadas, com maior leveza, sendo, por isso, mais adequadas para as intervenções de reabilitação.

Como vantagens da reabilitação térmica de coberturas recorrendo às coberturas verdes destacam-se (Figura 5):

• Retenção prolongada da água da chuva: com particular interesse nas zonas urbanas onde o aumento das superfícies “impermeabilizadas” é mais significativo;
• Filtragem de poluentes, como metais pesados e poeiras, diminuindo os riscos de doenças respiratórias; retenção do dióxido de carbono no ar e libertação de oxigénio;
• Desempenho térmico: incremento do isolamento térmico através do aumento da massa térmica e da resistência térmica;
• Desempenho acústico: o substrato tende a aumentar o isolamento sonoro da cobertura e a vegetação contribui para minimizar o ruído urbano da cidade.

No caso das desvantagens desta solução, são de assinalar:

• Crescimento das raízes, que obriga a cuidados na escolha da membrana de impermeabilização e sua proteção, devendo escolher-se membranas antirraízes e usar mantas de proteção;
• À semelhança de qualquer jardim, estas coberturas necessitam periodicamente de trabalhos de manutenção, claramente superiores aos das coberturas tradicionais;
• A solução da cobertura verde é mais onerosa do que as outras soluções tradicionais pelo que exigirá um investimento inicial mais forte nesta parte da obra.

ii) Reabilitação térmica de coberturas inclinadas – isolante nas vertentes

Destacam-se também as seguintes vantagens na reabilitação térmica de coberturas inclinadas, recorrendo à colocação do material isolante nas vertentes (pelo exterior ou interior):

• Rapidez na aplicação, permitindo um isolamento contínuo, sem pontes térmicas planas;
• Com aplicação pelo exterior de placas de poliestireno expandido extrudido com perfis metálicos (chapa galvanizada) perfurados, que funcionam como ripado de suporte das telhas, é efetuado o isolamento térmico e a execução do ripado para assentamento da telha na mesma operação, sendo assim efetuadas duas tarefas de uma só vez.

Com o aumento do isolamento da cobertura, deve assegurar-se meios adicionais de ventilação da cobertura para evitar a formação de condensações (para além de se colocar a barreira para-vapor sob o isolante), incluindo telhas de ventilação.

Por outro lado, no caso do isolamento pelo exterior deve assegurar-se a estanquidade em todas as ligações da nova cobertura com os elementos que se encontram nela (chaminés, janelas, mansardas, etc.). A alteração de dimensão da cobertura (aumento da espessura) e a necessidade de adaptação dos remates da pendente onde seja necessário, são aspetos a ter em conta na reabilitação térmica.

Na reabilitação térmica de coberturas inclinadas com isolante na laje de esteira, destacam-se as seguintes vantagens:

• Rápida e fácil aplicação;
• Solução mais económica do que o isolamento térmico na vertente pelo exterior, por ser necessária uma menor área de isolamento e por não ser necessário o levantamento das telhas e reconstrução do telhado e fixação de placas de isolante;
• Permite diminuir as necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento, quando garantida a franca ventilação do desvão.

Como limitação, destaca-se a impossibilidade de utilizar o desvão da cobertura como uma área útil do edifício, dado que dificilmente serão garantidas as condições necessárias de habitabilidade.

Reabilitação térmica de pavimentos

Em todos os pavimentos é possível efetuar diferentes tipos de reabilitação. No entanto, a dificuldade em colocar o isolante nalgumas zonas, os transtornos criados, a valorização obtida e o custo que uma transformação desse tipo acarretará são condicionamentos à opção a tomar.

Em reabilitações com menor grau de intrusividade, a aplicação do isolante na zona inferior é a indicada, sempre que a zona inferior do pavimento seja acessível, uma vez que é mais fácil e rápido de aplicar, de menor custo, além de poder ser mais eficiente do ponto de vista térmico caso seja aplicado no lado exterior.

A colocação de um isolante na zona intermédia não se consegue sem que exista uma reabilitação com maior grau de intrusividade para que o material isolante possa ser introduzido no pavimento.

No caso do isolante na parte superior, a necessidade de o isolante aguentar um elevado nível de carga implica que deva ser capaz de manter o comportamento e a durabilidade de todas as suas propriedades ao longo do tempo. Deverá ter uma adequada resistência à compressão que permitirá a manutenção da sua espessura, fator decisivo para uma resistência térmica homogénea ao longo da sua vida útil. Esta solução é utilizada em casos de reabilitação com menor grau de intrusividade, apresentando a desvantagem de reduzir o pé direito da habitação e a inércia térmica interior.

Para mais informação, consultar a Dissertação ^[3].

Agradecimentos

Agradece-se à ADENE (Agência para a energia), à APFAC (Associação Portuguesa dos Fabricantes de Argamassas e ETICS) e aos fabricantes de materiais ou componentes para a construção (ACEPE, Amorim Isolamentos, Argex, Artebel, CIN, Diera, Dow, FassaLusa, Fibrosom, Foamglass, Grazimac, Gyptec, Iberfibran, LusoMapei, Onduline, Plastimar, Preceram, RockWool, Saint-Gobain Isover, Saint-Gobain Weber, Secil-Argamassas, Sika, Sival, Termolan) a disponibilização de documentação de apoio à elaboração deste artigo.

Referências

[1] Silvestre, J.D.; Flores-Colen, I.; Silva, C. M. (2016): “Manual: Instalador de isolantes térmicos na construção – iniciação” (In Portuguese), Editado pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia, 208 p. Projeto Europeu “Build UP Skills-FORESEE – Training for renewables and energy efficiency in building sector” – IEE/13/BWI 702/SI2.680177.

[2] Tirone, L. e Nunes, K. (2011). Coberturas Eficientes – Guias para reabilitação energético-ambiental do edificado. Lisboa: ADENE – Agência para a energia (www.adene.pt/sites/default/files/coberturaseficientes.pdf).

[3] Teixeira, F. (2008). Reabilitação do ponto de vista térmico em pavimentos – Actuais exigências, novos materiais e tecnologias construtivas. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil — especialização em Construções Civis, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto (repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/59533/1/000129818.pdf).

Este artigo foi originalmente publicado na edição nº146 da Edifícios e Energia (Março/Abril 2023)

As conclusões expressas são da responsabilidade dos autores.

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Ao contrário do que a maioria das pessoas pensa, actualmente, já é possível calcular a energia incorporada nos materiais de construção na fase de projecto.

Sim, é possível. Aquilo que vinha a ser trabalhado por nós, do lado da investigação, está a tornar-se num tema e numa necessidade para os profissionais da área. Temos tido muitas solicitações, mas é preciso entender este tema nas suas várias escalas para o apresentar aos vários intervenientes que tentamos servir. Para os projectistas que estão a trabalhar para o mercado nacional mas com clientes estrangeiros ou que estão a trabalhar directamente com o mercado internacional, uma primeira motivação para fazer a avaliação ambiental do ciclo de vida (ACV) de um edifício, que inclui não só a energia incorporada, mas também a pegada de carbono, aparece quando este edifício vai ter uma certificação ambiental como o BREEAM ou o LEED. Nestes casos, o sistema dá uma pontuação adicional sobre este cálculo. O sistema de certificação português LiderA não motiva tanto este tipo de avaliação.

Quando os projectistas procuram demonstrar essas opções de menor impacte ambiental estão a ir até onde? Até onde pode ir uma análise deste género?

Os projectistas conseguem fazer uma radiografia do edifício e mostrar que tentaram tomar opções com base na minimização da energia incorporada, se tiverem essa motivação da pontuação adicional. Por iniciativa própria, não há grande interesse, porque não é fácil fazer esse cálculo. É preciso ter e investir num software especializado que lhes forneça e sistematize as bases de dados para saberem qual a energia incorporada em cada um dos componentes da lista de quantidades da construção do edifício. Mesmo que seja só para as especialidades de arquitectura e de estrutura, a lista de quantidades já é significativa. A ideia é terem um software onde sabem que podem ir buscar os valores de impacte para as impermeabilizações, para a estrutura, para os vários tipos de materiais. Tal como atribuem um custo a cada item da lista de quantidades, neste caso, já podem atribuir os valores da energia incorporada e da pegada de carbono. Neste tipo de sistemas de certificação, vão ter, depois, de demonstrar esses valores e diminuir esses impactes.

Estamos a falar de processos voluntários e não obrigatórios. É possível sistematizar a informação que existe e criar metodologias que possam passar a obrigatórias? Qual o próximo passo?

Os softwares que existem são estrangeiros e têm a desvantagem de serem usados dados europeus médios de impacte ambiental para cada material; na maioria dos casos, não têm nada que ver com a realidade nacional, e, por vezes, não espelham as técnicas construtivas que são usadas em Portugal. Temos tido fabricantes portugueses que investem em Declarações Ambientais de Produto (DAP), que são um retrato e um perfil ambiental mais detalhados do produto. Temos o Sistema Nacional de Registo de Declarações Ambientais de Produto para a construção, o DAPHabitat, onde já existem 25 DAP que retratam a produção de materiais em Portugal e que contêm a informação de que os projectistas precisam para caracterizar o impacte ambiental de cada um dos processos construtivos. Esta passagem de um documento bastante complexo para uma base de dados mais fácil e mais útil para o utilizador é mais difícil. Já fizemos trabalhos de investigação e consultoria com mais de 25 produtores nacionais para fazer esses estudos de ACV, mas nem todos chegaram ainda à DAP e nem todos foram ainda registados. Mas, pelo menos, os fabricantes ficaram com uma caracterização do desempenho ambiental do seu produto e também com uma comparação com os outros produtos europeus para poderem comparar as características de desempenho ambiental. Trabalhámos também no desenvolvimento de uma ferramenta dentro do software Revit, mas para os projectistas que trabalham com o BIM (Building Information Modeling) e onde é possível incluir características ambientais em cada um dos objectos BIM e fazer-se esse cálculo ambiental e também económico. Também já adaptámos essa ferramenta para o sistema Level(s) – uma metodologia europeia que permite a medição e a partilha do desempenho ambiental dos edifícios. Os gabinetes de projecto que estão mais sensíveis a esta transição digital para o BIM também estão sensíveis à transição verde e têm mais solicitações nessa direcção.

O BIM pode ser uma boa alavanca?

Pode, mas acabamos por perceber que é um investimento muito grande para os gabinetes de projecto portugueses e só aqueles que têm alguma dimensão e capacidade de competir em termos internacionais é que fazem esse investimento. Nesta nossa transferência de conhecimento, temos, ao mesmo tempo, o objectivo de facultar estes dados nacionais, esta base de dados de uma forma simplificada (carbono e energia incorporada) para os projectistas. Este pode ser um começo de “evangelização” nesta área e um passo muito importante.

“O financiamento do Estado para a reabilitação térmica, por exemplo, tem sido muito reduzido comparado com o de outros países, apesar de haver a indicação da utilização de materiais de base natural ou com conteúdo reciclado (de baixa energia incorporada). Não se fala nas DAP, mas, pelo menos, incentivam-se materiais com conteúdo reciclado para minimizar o consumo de recursos nessa reabilitação térmica.”

Está a referir-se ao trabalho que o grupo PositiveCycle está a desenvolver no Instituto Superior Técnico?

Sim, no âmbito do CERIS, o nosso centro de investigação, que agora tem também um pólo na NOVA e no ITeCons, em Coimbra. Trabalhamos nestas ferramentas para a construção de edifícios, mas também à escala da cidade. Dentro do Revit, já é possível utilizar uma ferramenta gratuita, embora americana. Interessa-nos disponibilizar o máximo possível de dados nacionais.

Quando olhamos para a energia incorporada dessa forma, não estamos a ser um pouco redutores? Não haverá outras dimensões que devem ser tidas em conta para além do fabrico? Inclusivamente, ao privilegiarmos uma dimensão, podemos estar a ser menos eficientes noutras…

Sim, se falarmos num especialista de ACV ou de desempenho ambiental de edifícios, [esta] acaba por ser uma área multidisciplinar e não vai ser um engenheiro civil ou mecânico ou um arquitecto que tem o conhecimento todo para ser especialista nessa área. Tenho formado muitas pessoas nesta área da ACV ambiental, económica e energética. A maior parte já está a trabalhar em gabinetes de consultoria ou em investigação exactamente nesta área e [muitos] acabam por vir de formações muito diferenciadas. Podem vir de licenciaturas em ambiente e fazerem um doutoramento em engenharia civil, por exemplo. Ou ao contrário e, depois, especializam-se na área da sustentabilidade na construção. Há muitas possibilidades.

Falando agora dos edifícios de carbono zero: esta obrigatoriedade não será uma falácia quando consideramos apenas para uma parcela do problema?

A informação deveria estar mais disseminada e deveriam existir mais DAP desenvolvidas pelos fabricantes. A outra dificuldade que acaba por existir tem que ver com os incentivos que o Estado dá. Quando falamos em edifícios de carbono zero, pretende-se que isso seja também conseguido à custa das reabilitações e se, nestes casos, não for possível colocar energias renováveis, temos de investir ainda mais na eficiência energética e na baixa pegada de carbono dos novos materiais. O financiamento do Estado para a reabilitação térmica, por exemplo, tem sido muito reduzido comparado com o de outros países, apesar de haver a indicação da utilização de materiais de base natural ou com conteúdo reciclado (de baixa energia incorporada). Não se fala nas DAP, mas, pelo menos, incentivam-se materiais com conteúdo reciclado para minimizar o consumo de recursos nessa reabilitação térmica. Em Itália, existe um programa de financiamento de 110 % do custo da intervenção; cá, a percentagem de apoio é reduzida e não conseguimos chegar a todos os proprietários que precisam desse financiamento. Há um trabalho grande a fazer na reabilitação e, depois, na parte das exigências. Nos edifícios novos, é diferente. Na revisão da Directiva para o Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD), já será obrigatório considerar também todo o ciclo de vida. Em termos de certificação energética, só temos considerado o desempenho energético com exigências de consumo máximo para a fase da utilização. À medida que os edifícios vão ficando mais eficientes, a fase da construção e a parte incorporada vão ganhando importância e mesmo este balanço é importante. Isolar cada vez mais, sim, mas é preciso ter atenção aos recursos que se gastam no isolamento. Aquilo que está em discussão nesta directiva é exactamente que se comece a ter em conta a pegada de carbono e a energia incorporada de todo o ciclo de vida do edifício.

“Na Holanda, já existe um orçamento de carbono por m² para os edifícios novos, tal como temos para o desempenho energético em termos de kWh por m², e que vai reduzindo todos os anos. Noutros países, esta área já está implementada para os edifícios públicos.”

Essas variáveis são inevitáveis no nosso Sistema de Certificação Energética (SCE)? E para quando?

Em termos académicos, já tive vários contactos com a ADENE – Agência para a Energia, dando conta de que já temos o conhecimento e as ferramentas para avançar. Em termos de investigação, trabalhamos muito à imagem daquilo que é o SCE. Na certificação energética, temos os vários níveis de desempenho e o benchmarking que é feito para edifícios com vários tipos de utilização, mas estamos a fazer esse trabalho para perceber como podem ser montadas essas várias classes de desempenho e de benchmarking ao nível da pegada de carbono e da energia incorporada. Tanto é possível que já temos exemplos em toda a Europa em que isso está a acontecer. A França já avançou muito e, desde 2022, os franceses já obrigam ao cálculo da pegada de carbono para efeitos de [emissão do] certificado energético.

Na eventualidade de estar para breve, o mercado conseguiria acompanhar se fossem disponibilizadas as ferramentas necessárias?

No caso do SCE, foram disponibilizadas folhas de cálculo e bases de dados com as características genéricas que deveriam ser consideradas para o desempenho térmico de cada material e de cada solução construtiva. No PositiveCycle, temos trabalhado na construção de uma base de dados de soluções construtivas para a envolvente do edifício e, por isso, temos dados ambientais para todo o ciclo de vida de paredes exteriores, coberturas inclinadas e coberturas planas. Temos a capacidade de montar essa base de dados para a envolvente dos edifícios e de complementar com o que já existe ao nível do desempenho energético. No caso francês, eles desenvolveram essa base de dados, e, se for utilizado um material que já tenha uma DAP, usam-se os dados reais desse produto; se não, vão usar-se dados genéricos que podem ser menos rigorosos ou vantajosos. Isso ajuda a motivar o mercado para que haja cada vez mais DAP. Depois, chegamos à questão do orçamento de carbono, não tanto no que se refere à energia incorporada, mas no que normalmente tem uma relação linear com a energia incorporada para a maioria dos materiais que estudamos. Na Holanda, já existe um orçamento de carbono por m² para os edifícios novos, tal como temos para o desempenho energético em termos de kWh por m², e que vai reduzindo todos os anos. Noutros países, esta área já está implementada para os edifícios públicos. O Estado dá o exemplo e, na Alemanha e na Suíça, é obrigatório fazer essa quantificação. Em Portugal, já temos guias desenvolvidos pela Agência Portuguesa do Ambiente (APA) que podem suportar esse trabalho. Esses guias permitem, no âmbito das compras públicas ecológicas, exigir um maior detalhe da pegada ambiental do edifício, lado a lado com o orçamento ao nível do projecto, e que isso seja considerado como um critério de adjudicação. O Estado continua a ter o objectivo de que 60 % das compras públicas tenham critérios ecológicos. Aqui estão incluídos os edifícios públicos e, portanto, já existem condições para que a pegada de carbono ao nível do projecto e da construção possa ser um critério de adjudicação.

Este artigo foi originalmente publicado na edição nº 145 da Edifícios e Energia (Janeiro/Fevereiro 2023).

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