Resiliência dos sistemas construtivos em terra às alterações climáticas

Universidade do Minho Escola de Engenharia Aryadne Gomes de Macedo Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climáticas Julho de 2023 Universidade do Minho Escola de Engenharia Aryadne Gomes de Macedo Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climáticas Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação do Profº Doutor Ricardo Filipe Mesquita Silva Mateus Trabalho efetuado sob a orientação da Profª Fabiana Bartalini Von Der Osten Julho de 2023 ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contatar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-SemDerivações CC BY-ND https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/ iii Agradecimentos Primeiramente, deixo meu agradecimento ao Doutor Jorge Fernandes, que esteve presente em todos os processos da dissertação, transmitindo seus conhecimentos na área e edificando o andamento da construção da dissertação. Agradeço também ao meu orientador, Professor Doutor Ricardo Mateus, pelo acompanhamento ao longo desta jornada, todo o apoio, exigência e transmissão de conhecimentos. À minha mãe, Lisolete, e minha irmã, Daphnny, por serem meus exemplos de força e perseverança, pelo apoio incondicional, amor, carinho e compreensão, por terem sido sempre meu porto seguro. Mãe, obrigada por todos os sacrifícios e desafios que traçaste para que pudéssemos, Daphnny e eu, alcançar nossos sonhos, és todo o meu amor e força, estás em tudo que sou e faço. Mana, melhor amiga, exemplo, mesmo longe sempre estiveste presente, és o meu maior exemplo de dedicação e persistência, agradeço-te muito por ser tudo aquilo que me completa e mais, minha metadinha. À minha avó, Minervina, por ter estado sempre ao meu lado, dando seu amor e carinho, ajudando em cada passo que eu precisava dar. Seu colo é conforto e é paz, jamais serei capaz de agradecer por tudo que me ensinaste e fizeste por mim. Ao meu avô, Anacleto (in memoriam) , meu agradecimento mais que especial, graças à sua força e amor incondicional pudemos todas lutar por nossos sonhos, nunca deixou-nos desistir e sempre nos apoiou a todas com suas próprias mãos. Sempre foi e será meu exemplo para continuar em frente e, apesar de não poder retribuir a ti por tudo que fizeste, continuarei a dar cada passo pensando em ti, és o meu eterno Professor. Ao meu amigo, Guilherme, por sempre com sua atenção e compreensão ter, durante esse percurso, me trazido tranquilidade e bem-estar, foste um grande pilar na minha caminhada pessoal e académica. Agradeço também a seus pais, Odinez e Carlos, e sua irmã, Kauana, por terem estado presentes em toda essa minha caminhada, foram um grande apoio em todos os momentos para mim e, por isso, muito obrigada. Às minhas queridas amigas desde a infância, Maria Teresa, Fernanda, Karin, Ana Julia, Bárbara e Stephanie. Apesar de termos seguido percursos académicos diferentes, cresceram comigo e sempre me apoiaram, ajudando a me tornar quem sou hoje. iv Meu Cunhado, Pedro, e meus colegas durante a parte mais difícil do meu percurso académico, por estar em outro País, longe de familiares, Martim, Natália e outros, muito obrigada pelo apoio e presença neste momento importante da minha vida. A todos os professores da Pontifícia Universidade Católica do Paraná e Universidade do Minho que fizeram parte desta etapa da minha vida, transmitindo seus conhecimentos, ajudando e motivando a nós, alunos, a alcançarmos o profissionalismo e excelência necessários na área de Engenharia Civil. Agradeço também a Deus, por trilhar meu caminho, colocando em meu destino pessoas tão especiais. A todas estas e outras pessoas que estiveram presentes durante o meu percurso de maneira direta ou indireta, o meu mais sincero... Muito obrigada! v DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climáticas vi Resumo No contexto das alterações climáticas, as buscas por meios para a diminuição de danos relacionados têm sido cada vez mais assíduas, principalmente para a diminuição de emissão dos gases de efeito de estufa (GEE), responsáveis por estas alterações. Tendo em vista que a União Europeia (UE) é o terceiro maior emissor destes gases, estabeleceu-se o Pacto Ecológico Europeu (Green Deal), uma estratégia para o crescimento do objetivo de descarbonização no espaço europeu. Dentro disto, instituíram-se metas nos três principais setores que utilizam grandes quantidades de energia, sendo um deles o da construção. A construção é considerada um setor chave nas estratégias europeias a longo prazo, pois os edifícios, em sua construção e utilização, são responsáveis pela emissão de cerca de 35% dos GEE na UE. Na busca de formas para sanar esta situação, trazendo energia mais limpa e edifícios mais eficientes, voltou-se para o estudo dos materiais de construção utilizados na arquitetura vernácula. Entre as soluções estudadas, encontram-se os sistemas construtivos feitos à base de terra. Estes sistemas apresentam um menor impacte ambiental do que os materiais convencionais e contribuem para a redução de desperdícios e de consumos energéticos. Isto porque têm um ótimo desempenho térmico (pela sua alta inércia térmica), principalmente na estação de arrefecimento, para além de utilizarem técnicas tradicionais e materiais locais para sua construção. Dessa forma, este trabalho dá continuidade a estudos que analisam o desempenho térmico deste material para o cenário climático atual e os previstos para o final do século XXI, com base no Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), comparados ao desempenho da alvenaria convencional. Palavras-Chave: Alterações climáticas, arquitetura vernácula, construções em terra, impacto ambiental, sustentabilidade. Resilience of Earth-Based Construction Systems to Climate Changes vii Abstract In the context of climate change, the search for ways to reduce related damages has been increasing assiduously, especially to reduce the emission of greenhouse gases (GHG), responsible for these changes. Considering that the European Union (EU) is the third largest emitter of these gases, the Green Deal was established, which is a strategy for the growth of the decarbonization objective in the European space. Within this, goals were established in the three main sectors that use large amounts of energy, one of which is the construction sector. It is considered a key sector in European long-term strategies, since buildings, in their construction and use, are responsible for the emission of about 35% of GHGs in the EU. In searching for ways to remedy this situation by bringing in cleaner energy and more efficient buildings, researchers turned to study materials used in vernacular architecture. Among the solutions studied are earth-based construction systems. These systems have a lower environmental impact than conventional materials and contribute to the reduction of waste and energy consumption. This is because it has excellent thermal performance (due to its high thermal inertia), mainly in the cooling season, besides using traditional techniques and local materials for its construction. Thus, this work continues the studies that analyse the thermal performance of this material for the current climate scenario and those predicted for the end of the XXI century, based on the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), compared to the performance of the conventional construction. Keywords: Climate change, vernacular architecture, earth constructions, environmental impact, sustainability. . Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ viii ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................ x ÍNDICE DE TABELAS ......................................................................................................................... xiii Abreviaturas e Siglas ......................................................................................................................... xiv 1. FUNDAMENTAÇÃO E OBJETIVOS ................................................................................................ 15 1.1. Introdução .............................................................................................................................. 15 1.2. Objetivos ................................................................................................................................ 16 2. ENQUADRAMENTO ...................................................................................................................... 17 2.1. Alterações Climáticas .............................................................................................................. 17 2.2. Modelos de Previsão de Alterações Climáticas ......................................................................... 19 2.2.1. Modelos de Circulação Geral Acoplados Oceano-Atmosfera (AOGCMs) ................................ 19 2.2.2. Modelos do Sistema Terra (ESM) ....................................................................................... 20 2.3. Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) .......... 21 2.4. Histórico Construtivo em Portugal ........................................................................................... 25 2.4.1. Edifícios Vernáculos ........................................................................................................... 25 2.4.1.1. Edifícios em Terra ......................................................................................................... 25 2.4.1.2. Taipa ............................................................................................................................ 31 2.4.1.3. Blocos de Terra Comprimida ......................................................................................... 34 2.5. Propriedades Térmicas da Envolvente das Construções ........................................................... 36 2.6. Comportamento Térmico das Construções em Terra – Estado da Arte ..................................... 41 2.7. DesignBuilder ......................................................................................................................... 44 3. ESTUDO DE CASO ....................................................................................................................... 47 3.1. Modelo e Localização .............................................................................................................. 47 3.2. Zonas Climáticas .................................................................................................................... 51 3.3. Soluções Construtivas ............................................................................................................. 55 3.3.1. Edifício em Alvenaria Comum ............................................................................................ 59 3.3.2. Edifício em Blocos de Terra Comprimida ............................................................................ 60 3.3.3. Edifício em Taipa ............................................................................................................... 61 3.4. Simulação Energética ............................................................................................................. 63 3.4.1. Definição dos Cenários Climáticos ...................................................................................... 63 3.4.2. Definição dos cenários no software DesignBuilder .............................................................. 67 Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 15 1. FUNDAMENTAÇÃO E OBJETIVOS 1.1. Introdução Estudos recentes mostram que o material terra, quando utilizado como método construtivo em suas diferentes possibilidades de forma (taipa, Bloco de Terra Comprimida (BTC), Adobe, etc), além de ser um material que causa um menor impacto ambiental, por ser considerado sustentável, ainda tem um excelente desempenho em questões térmicas, principalmente em se tratando das estações de arrefecimento [1]. Como também mostram outros estudos, a probabilidade de aumento de temperaturas para os próximos anos é já considerada um facto, pois, mesmo que sejam tomadas as devidas providências, a temperatura mundial irá aumentar [2]. Sendo assim, tem-se considerado cada vez mais este material para as construções futuras, por ter um menor impacte ambiental (diminuindo a inclinação da curva de aumento da temperatura) e porque, muito provavelmente, terá um melhor desempenho neste cenário de aquecimento global quando comparado aos materiais construtivos mais comumente utilizados [1] [3]. O objetivo deste trabalho é, dessa forma, dar continuidade a estes estudos, a partir de uma análise comparativa entre o desempenho do material terra em duas formas (taipa e BTC) e o da alvenaria convencional em diferentes cenários de aumento de temperaturas com o aquecimento global (cenários estes com base no Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC)), comparando as necessidades de climatização (utilização de equipamentos para o controle da temperatura dos ambientes internos) de uma residência comum, de mesma arquitetura, para as três soluções construtivas. O objetivo final passa por analisar se a utilização de sistemas construtivos em terra, apresenta vantagens em relação ao sistema comum de construção, na resposta aos aumentos previstos da temperatura global, contribuindo para a menor necessidade de climatização e, desta forma, para a sustentabilidade na construção. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 16 1.2. Objetivos Baseado num caso de estudo, pretende-se analisar o modo como os princípios da arquitetura vernácula utilizados no Sul do País e os sistemas construtivos em terra responderão ao aumento expectável da temperatura, a partir de diferentes cenários conhecidos das alterações climáticas. Adicionalmente, proceder-se-á à comparação da resposta entre os sistemas construtivos convencionais e em terra. Para atingir estes objetivos, a dissertação assenta nas seguintes etapas: 1. Definir um modelo simplificado do edifício a estudar, incorporando as estratégias de sustentabilidade já identificadas nos edifícios do Sul do País; 2. Definir cenários de alterações climáticas a estudar e adaptar o ficheiro climático do local que for definido para o estudo, considerando as diferentes temperaturas esperadas; 3. Desenvolver o modelo de simulação energética do caso de estudo no DesignBuilder ; 4. Definir cenários a analisar (alterações climáticas, diferentes sistemas construtivos: edifício com sistema construtivo convencional; em taipa; e com BTC); 5. Quantificar e analisar o consumo energético do edifício para os diferentes cenários; 6. Discutir os contributos dos edifícios de elevada inércia térmica na resposta ao aumento de temperatura. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 17 2. ENQUADRAMENTO 2.1. Alterações Climáticas As temperaturas médias globais aumentaram significativamente desde a Revolução Industrial (R.I), sendo a última década (2010-2019) a com registros de temperaturas mais elevadas [4]. Dados mostram ainda que o ano de 2020 foi o ano com registro das temperaturas mais altas na Europa [5]. O maior indicador destas altas temperaturas é o aumento das emissões de gases do efeito estufa (GEE). Grande parte das atividades humanas requer o consumo de energia, o qual, na sua grande maioria, provém da queima de combustíveis fósseis. A utilização de energia proveniente desta provoca a libertação de dióxido de carbono (CO2) – entre outros gases de efeito estufa – para a atmosfera, causando as alterações climáticas, já fortemente notáveis. Em comparação ao século XIX, a temperatura média, atualmente, é de 0,94 a 1,03°C mais elevada. Cientistas ainda consideram que, ainda neste século, esta temperatura se elevará em 2°C em comparação aos níveis pré-industriais [4]. Dentro deste contexto de emissões de gases do efeito estufa (GEE) e das alterações climáticas, foi assinado, em dezembro de 2015, o Acordo de Paris [6]. Esse tem como principal objetivo estagnar o aumento da temperatura média mundial abaixo destes 2°C em relação ao nível pré-industrial. Para isso, foram definidas estratégias com o objetivo da diminuição do consumo energético e das emissões de carbono associadas. Tendo, então, como objetivo final até 2050 atingir uma redução de 100% de emissões de carbono, em comparação aos níveis emitidos no ano de 1990. Para isso, foram estabelecidas metas de redução de consumo de energia e, também, um aumento do uso de energias advindas de fontes renováveis, como, por exemplo, energia eólica e solar [6]. Tendo em vista que a União Europeia (UE) é o terceiro maior emissor de GEE, depois apenas da China e dos Estados Unidos da América, dentro da UE foi, então, estabelecido o Pacto Ecológico Europeu (Green Deal), sendo este uma estratégia de crescimento deste objetivo de descarbonização dentro da Europa até o ano de 2050. Para isso, foram estabelecidas metas dentro dos três principais setores que utilizam de grandes quantidades de energia, nomeadamente o setor da indústria, do transporte e dos edifícios [7]. O setor dos edifícios é considerado um setor chave nas estratégias europeias a longo prazo, quando se trata de consumo de energia, utilização eficiente de recursos e alterações climáticas. Isto porque, na Europa, os edifícios consomem cerca de 40% de toda a energia consumida dentre os setores, sendo o que apresenta maior consumo entre todos, seguindo-se do setor de transportes (32%). Esse é também responsável por cerca de 35% da emissão de GEE no espaço europeu. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 18 Desta forma, deve-se enveredar para a diminuição deste consumo no meio onde esses impactes são mais evidentes, neste caso, no setor construtivo. Devendo-se, assim, ter atenção à questão da energia consumida no processo de construção dos edifícios, como, por exemplo, as soluções construtivas utilizadas, as quais impactam diretamente no consumo energético de utilização destes, principalmente na parte de aquecimento e arrefecimento dos ambientes internos. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 19 2.2. Modelos de Previsão de Alterações Climáticas Segundo o Painel Internacional para as Alterações Climáticas (IPCC), em 2013, durante o século XXI haverá um acentuamento nas alterações climáticas advindas das emissões de GEE originadas por atividades antropogénicas [8]. A escala dos impactes provocados por estas alterações será distinta nas diversas regiões, com graus de vulnerabilidade diferentes. Os modelos climáticos são, dentro deste contexto, as principais ferramentas utilizadas para as simulações climáticas e escala de tempo (de sazonal a decanal); projeções de alterações do clima; e investigação das possíveis respostas do sistema climático a diferentes políticas. Existem diversos modelos climáticos utilizados para realização destas previsões, podendo estes serem simples modelos de realização de balanços energéticos, até modelos com uma elevada complexidade, os quais necessitam de computadores especializados. Os últimos, permitem modelar o sistema Terra (Earth System Models – EMS) e serão discutidos a seguir [2]. Para a aplicação destes modelos, são utilizadas simulações paleoclimatológicas, históricas, estudos e processos de sensibilidade, projeções das mudanças climáticas futuras a partir de simulações de curto prazo das variações climáticas. Sendo assim, estes modelos baseiam-se em leis fundamentais da natureza, tendo em conta várias etapas para o seu desenvolvimento [9]. A partir da observação e trabalho teórico, expressam-se, em termos matemáticos, as leis da física envolvidas no sistema climático. Em seguida, com base no desenvolvimento de métodos numéricos e com o uso de supercomputadores, executam-se estas expressões matemáticas. E, por último, é realizada a criação de modelos conceptuais (parametrizações) e sua aplicação [9], [10]. 2.2.1. Modelos de Circulação Geral Acoplados Oceano-Atmosfera (AOGCMs) Os AOGCM’s utilizam equações matemáticas complexas, que representam determinado número de processos de forma explícita ou por meio de parametrização física, para representar os diferentes componentes do sistema climático, como a atmosfera, biosfera, hidrosfera, criosfera e litosfera. Por meio dessas equações é possível entender como o clima na Terra se tem alterado e como poderá vir a ser no futuro. Esses modelos têm sido bastante utilizados para as previsões sazonais, descrição das principais características da atmosfera terrestre e análise das alterações climáticas [11]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 20 A modelagem do clima de forma numérica tem como principal objetivo a possibilidade de compreensão dos mecanismos que o controlam no presente e, assim, prever as possíveis variações que poderão ocorrer no clima futuro [11]. Um exemplo de modelo de circulação geral acoplado oceano-atmosfera é o modelo desenvolvido na Penn State junto do University National Center for Atmospheric Research (NCAR), conhecido como MM5 ( Fifth-Generation PSU/NCAR Mesoscale Modeling System ). Este tem um princípio de desenvolvimento com base em um Modelo Comunidade, no qual é possível a contribuição de diversos laboratórios e universidades para que haja melhorias. O seu desenvolvimento tem como principal objetivo simular ou prever circulação atmosférica de escala regional e de mesoescala, sendo um modelo de área limitada e não hidrostático [11]. 2.2.2. Modelos do Sistema Terra (ESM) Os ESM apresentam uma complexidade maior. Nele são integradas as interações da atmosfera, oceanos, criosfera, biosfera e litosfera para que as condições do clima, em geral, e também regionais sejam estimadas. Nestes modelos têm-se os processos físicos presentes em outros modelos climáticos, a interação do clima físico com os constituintes químicos presentes na atmosfera e nos oceanos e com a biosfera [2], [10], [11]. A principal diferença encontrada entre os ESM e os modelos climáticos está na possibilidade de simulação do ciclo de carbono e a química da atmosfera e oceanos. Nestes modelos há um processo de verificação que compara o comportamento do modelo com o do sistema climático [2], [10], [11]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 21 2.3. Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) O IPCC, Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, é formado por um grupo de cientistas e investigadores estabelecidos pela Organização das Nações Unidas (ONU) que visa o monitoramento e a assessoria de toda a ciência ligada às possíveis alterações climáticas [8] Para que seja possível a obtenção de possíveis cenários climáticos por meio da utilização de modelos climáticos, é preciso realizar a escolha de um cenário que represente a evolução das emissões dos GEE durante o período de tempo em que se pretende fazer a projeção. Sendo estes cenários reflexos do que peritos consideram possíveis emissões futuras com base em tendências ambientais, tecnológicas e socioeconómicas. No quinto relatório do IPCC (AR5) utilizou-se uma metodologia diferente para a definição dos cenários, metodologia essa designada “Produção Paralela” [8]. Para o desenvolvimento desta, inicia-se pela identificação das mais consideráveis características para os cenários de forçamentos radiativos utilizados na modelação do clima, das quais o mais importante é o nível de forçamento radiativo para o ano de 2100. Na construção da trajetória do forçamento radiativo são consideradas diferentes combinações de diferentes cenários demográficos, económicos, tecnológicos e institucionais, tendo também em atenção possíveis medidas de mitigação das alterações climáticas. Devido à necessidade dos modelos de informações a respeito da evolução temporal das emissões e concentrações dos GEE, os investigadores identificaram diversos cenários de emissões com trajetórias possíveis. Estes, obtidos por meio do que se tem disponível na literatura científica, levaram à evolução do forçamento radiativo, até certo nível, para o final do século XXI. Os cenários foram designados como RCP’s ( Representative Concentration Pathways ou Trajetórias Representativas das Concentrações), sendo que cada uma destas RCP’s fornece apenas um cenário dos muitos possíveis [8]. RCP’s usualmente se referem à porção do percurso de concentração em que se entende até 2100, para a qual os Modelos de Avaliação Integrada produziram cenários de emissão correspondentes. Já os Recursos de Concentração Alargados (ECP’s) descrevem extensões dos RCP’s de 2100 a 2500, os quais foram calculados utilizando regras simples geradas por consultas às partes interessadas e não representam cenários totalmente consistentes [12]. A partir dessa nova metodologia, determinaram-se quatro RCP’s, cada uma correspondendo a uma evolução temporal de forçamento radiativo (como representados na Tabela 1). Estas, em conjunto com simulações coordenadas a partir de modelos climáticos, foram analisadas e puderam contribuir para o 5º relatório do IPCC [9]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 22 Tabela 1 – Características dos 4 RCP’s [2] NOME FORÇAMENTO RADIATIVO CONCENTRAÇÃO PERCURSO MODELO QUE FORNECE O RCP* (p.p.m.) RCP8.5 >8,5 W/m² em 2100 >1.370 CO2 equiv. em 2100 Ascensão MESSAGE RCP6.0 ~6W/m² com estabilização em 2100 ~850 CO2 equiv. (com estabilização depois de 2100) Estabilização sem excessos AIM RCP4.5 ~4,5W/m² com estabilização em 2100 ~650 CO2 equiv. (com estabilização depois de 2100) Estabilização sem excessos GCAM RCP2.6 Pico em ~3W/m² antes de 2100 e depois declina Pico em ~490 equiv. antes de 2100 e depois declina Pico e declínio IMAGE *MESSAGE, Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impact, International Institute for Applied Systems Analysis, Austria; AIM, Asia-Pacific Integrated Model, National Institute for Environmental Studies, Japan; GCAM, Global Change Assessment Model, Pacif Northwest National Laboratory, USA (previously referred to as MiniCAM); IMAGE, Integrated Model to Assess the Global Environment, Netherlands Environmental Assessment Agency, The Netherlands. Os RCP’s utilizados neste cenário incluem: um cenário com elevadas taxas de emissão dos GEE (RCP 8.5); dois cenários intermediários (RCP 4.5 e RCP 6.0); e um cenário de mitigação dos GEE (RCP 2.6). Os cenários RCP 6.0 e RCP 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões; o RCP 2.6 representa um cenário que tem como objetivo assegurar que a temperatura aumente menos do que os 2ºC previstos comparados à temperatura da era pré-industrial [8]. • O RCP 2.6 representa um caminho em que a radiação chegará a um pico de aproximadamente 3W/m² antes de 2100 e depois declinará. Com o ECP correspondente assumindo emissões constantes depois de 2100; • Os RCP’s 4.5 e 6.0 são duas vias de estabilização intermediárias nas quais o forçamento radiativo é estabilizado em aproximadamente 4,5W/m² e 6,0W/m², respetivamente, após 2100. E as ECP’s correspondentes, por sua vez, assumirão concentrações constantes após 2150; • RCP 8.5 é uma via elevada, para qual o forçamento radiativo atinge mais de 8,5W/m² até 2100 e continua a aumentar durante algum tempo. As ECP’s correspondentes assumirão emissões constantes depois de 2100 e concentrações constantes depois de 2250 [12]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 23 Figura 1 - Alterações da temperatura média global da superfície entre 2006 e 2100 em relação ao período 1986 a 2005 [8] Obteve-se, a partir destes cenários, como mostrado na Figura 1, que o aumento da temperatura média global até 2035 relativo a 1986 até 2005 estará no intervalo entre 0,3 e 0,7°C. Esta avaliação baseia-se em diversas linhas de evidência, entre as quais assume-se que não haverá alterações seculares na irradiação solar global, nem grandes erupções vulcânicas. Entre os anos de 2081 e 2100, relativamente a 1986 até 2005, pela concentração dos diversos cenários, prevê-se um aumento de 0,3 a 1,7°C para o RCP 2.6; um aumento de 1,1°C a 2,6°C para o RCP 4.5; para o RCP 6.0, de 1,4 a 3,1°C; e, para o RCP 8.5, de 2,6 a 4,8°C [8]. Relativamente à média para o final do século XXI, em relação ao período de 1986 a 2005, a alteração da temperatura global da superfície para os 3 RCP’s se dará num aumento superior aos 2°C. Ainda segundo o relatório do IPCC, poderá ser verificada uma maior frequência de temperaturas extremas nas áreas continentais tanto à escala diária quanto à sazonal. Podendo ocorrer ondas de calor mais frequentemente e com maiores durações assim como, durante o inverno, extremos ocasionais de frio [8]. Dessa forma são considerados os cenários (de mitigação das emissões dos GEE, de contenção das emissões parcialmente; e um cenário em que não são feitos esforços adicionais para a contenção das emissões) para os anos de 2020, 2080 e 2100. Tendo por base as trajetórias representativas das concentrações RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 6.0 e RCP 8.5. Informações estas resumidas na Tabela 2. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 24 Tabela 2 - Resumo dos cenários e aumentos de temperatura para os anos em estudo. Ano RCP Cenário Aumento de Temperatura Previsto (°C) 2020 2.6 mitigação das emissões dos GEE 0,3 4.5 intermédio 0,4 6.0 intermédio 0,5 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões 0,7 2080 2.6 mitigação das emissões dos GEE 0,3 4.5 intermédio 1,1 6.0 intermédio 1,4 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões 2,6 2100 2.6 mitigação das emissões dos GEE 1,7 4.5 intermédio 2,6 6.0 intermédio 3,1 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões 4,8 Com isso, segundo o AR5, conclui-se que a emissão continuada dos GEE provocará, como já referido anteriormente, um aumento significativo da temperatura durante o século XXI, além de mudanças duradouras no sistema climático como um todo. Os quais provocarão impactos críticos e irreversíveis à população e ecossistema [9]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 31 2.4.1.2. Taipa A técnica da taipa é predominantemente encontrada em zonas mais áridas e utiliza um material arenoso com agregados (que incluem gravilha, areia, siltes e pequenas quantidades de argila), que são humedecidos com baixo teor de água. Pertencente a um sistema chamado monolítico, a taipa consiste na construção de paredes resistentes e espessas (normalmente entre 50 e 60cm), a partir da compactação da terra in situ entre taipais (nome dado à cofragem). A construção em taipa foi utilizada pela primeira vez na França, no ano de 1562, mais especificamente na cidade de Lyon, também sendo conhecida por “pisé” . Este termo, então, foi utilizado à construção de paredes com 50cm ou mais de espessura, que são materializadas por meio da compactação da terra entre esses dois moldes colocados paralelamente e removidos após a secagem do material [22]. Figura 7 - Molde de cofragem [22] A compactação da terra pode ser realizada de forma manual, com a ajuda de um maço/pilão de madeira ou, como é mais comumente realizado atualmente, com a utilização de equipamentos pneumáticos. As paredes são construídas por fiadas sucessivas em altura, sendo a fiada seguinte fixada à antecedente por meio de peças denominadas “agulhas” [23]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 32 Figura 8 - Componentes de um taipal tradicional. [22] No passado, as paredes eram construídas a partir da colocação da terra húmida entre os dois taipais de madeira desmontáveis, removidos quando a terra estivesse completamente seca. Nos dias atuais, para a melhoria e maior agilidade do processo, utiliza-se da aplicação de cofragens metálicas deslizantes, sistemas mecânicos de compactação (como citado anteriormente) e, também, da utilização de sistemas de projeção mecânica [22]]. No processo tradicional da construção, os utensílios comumente utilizados são: painéis de cofragem em madeira, cavador, pá, picareta, enxada, fita e escala métricas, balde ou cesto, martelo, fiode-prumo, mangueira de nível, nível, esquadro de madeira, fio de pedreiro, colher de trolha, serrote e pilão de madeira, como mostrado na Figura 9. Figura 9 - Utensílios utilizados no processo de construção tradicional em taipa [22]] Com o tempo e evolução do conhecimento técnico, foi-se melhorando as características mecânicas e a durabilidade deste material. Sendo esta conseguida principalmente por meio da melhoria na técnica e nos utensílios a serem utilizados para a construção, mas também com a seleção criteriosa do solo, na utilização de aditivos (como o cimento Portland) e na técnica de compactação do solo [22]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 33 Figura 10 - Arquitetura Moderna com a utilização da Taipa [24] Em Portugal, a técnica construtiva em taipa é maioritariamente encontrada na região Sul, principalmente na região do Tejo até o Alentejo, tendo sido considerada a técnica mais utilizada até meados do século XX. Apesar de muitas destas construções serem encontradas em situação de abandono, principalmente nas zonas rurais, por ter caído em desuso, o aumento das preocupações ecológicas e ambientais no setor construtivo e a procura de materiais considerados mais sustentáveis fez com que houvesse uma mudança de mentalidade, trazendo a técnica de volta à atenção como possibilidade construtiva e inovando-a, trazendo a possibilidade da construção de edifícios modernos utilizando da técnica, como apresentado na Figura 10 [23]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 34 2.4.1.3. Blocos de Terra Comprimida Os blocos de terra comprimida são, como o adobe (sendo um descendente moderno deste), uma forma de alvenaria moldada em terra. Na produção desses, é comum otimizar a mistura de terra com a adição de argila ou areia, além de um baixo teor de ligantes minerais como, por exemplo, cimento ou cal [22]. A ideia de realizar a compactação da terra para melhorar a qualidade e o desempenho dos blocos não é nova, tendo sido os primeiros blocos de terra comprimida feitos por meio da utilização de pilões de madeira. Assim sendo, a técnica para a produção deste consiste no apiloamento da terra em formas de madeira, podendo ser realizado manualmente – com o auxílio de um pilão – ou, como mais comumente realizado, utilizando prensas ou equipamentos industriais específicos [15]. Figura 11 - Bloco de Terra Comprimida (Autor, 2022). A Cinva-Ram foi a primeira prensa manual utilizada para a fabricação de BTC. Inventada nos anos 1950, no âmbito de um projeto de investigação sobre habitação rural na Colômbia, esta possibilitou a realização de habitações de baixo custo e, também, uma melhoria nas características dos blocos de adobe. As melhorias são principalmente no aumento da resistência mecânica da construção, isto porque possibilita um maior contato entre as partículas constituintes; e, também, na diminuição da porosidade, por utilizar um equipamento e não ser realizado manualmente, é mais facilmente possível ter uma diminuição dos vazios [22]. Quanto às características técnico-funcionais, estas são bastante semelhantes às do adobe. Tendo como principal diferença o facto de o adobe atingir a sua resistência máxima com o processo de cura, enquanto o BTC atinge a sua resistência máxima ao ser compactado com a prensa. Por meio da compactação da terra com uma prensa, as qualidades do material são melhoradas, além de ficarem Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 35 mais regulares, com uma densidade maior, a resistência à compressão e à ação da água (erosão e degradação) aumentam [22]. Em Portugal, as construções em alvenaria de terra são maioritariamente encontradas em zonas aluvionares, próximas aos rios, uma vez que se necessita de uma grande quantidade de água para a produção destes e um maior teor de argila. Sendo que a maior concentração de construções em alvenaria de terra no país se encontra em Aveiro, Coimbra e Tomar. Porém, quanto ao BTC, por ser considerada uma técnica moderna e de fabrico industrial, pode ser desenvolvido em qualquer região, quando na presença de uma terra com boas características para a sua produção [20]. É possível encontrar edifícios bastante modernos que utilizam da técnica, como o apresentado na Figura 12. Figura 12 - Arquitetura Moderna com a utilização de BTC [25] Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 36 2.5. Propriedades Térmicas da Envolvente das Construções Transferência de calor é a denominação dada ao processo em que há a transferência de uma energia entre dois sistemas em determinado gradiente de temperatura. Assim sendo, esta transferência de energia só se pode dar quando há uma diferença de temperatura entre os dois sistemas [26]. As paredes são os elementos construtivos separadores de ambientes, sendo as paredes da envolvente exterior as que separam o ambiente exterior do interior. Considerando os ambientes externo e interno como dois sistemas, é pela parede da envolvente exterior que ocorre a transferência de calor [27]. Considerando que a temperatura do ambiente interior é superior à do ambiente exterior, o fluxo de calor se dará, por meio da parede, do interior para o exterior. Sendo que o calor transferido entre o ambiente interior e exterior é processado pelas seguintes etapas: q1, q2 e q3, como apresentado na Figura 13 [28]. Figura 13 - Transferência de calor entre dois ambientes por meio de uma parede [27] Na primeira etapa (q1), a troca de calor é promovida por convecção e radiação entre o ambiente interior e a superfície interior da parede. Na segunda (q2), a troca de calor é promovida por condução, sendo transferido por meio da parede (um sólido). E, na última etapa (q3), a transferência de calor é novamente promovida por radiação e convecção entre a superfície exterior da parede e o ambiente exterior [27]. O principal método de controle da transferência de calor entre os ambientes externo e interno de uma construção é por meio do conhecimento do coeficiente global de transmissão térmica (U) da envolvente exterior e a inércia térmica (I) desta. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 37 Coeficiente de Transmissão Térmica (U) Segundo o Manual Técnico para a Avaliação do Desempenho Energético dos Edifícios (Manual SCE), o coeficiente de transmissão térmica (U) é o parâmetro que traduz a transmissão de calor que ocorre, num regime fechado permanente, por meio de um elemento construtivo. Ou seja, é a habilidade de determinada barreira condutiva ou convectiva de transmitir calor. O valor de U de elementos constituídos por um ou vários materiais, em camadas de espessura constantes, é calculado pelo inverso da resistência térmica total (Rtot) do elemento. Assim sendo, o coeficiente de transmissão térmica caracteriza quanto de energia sob a forma de calor que permeia 1m² de superfície de uma parede, em um segundo, quando há uma diferença de temperatura entre o interior e o exterior de 1°C [29]. Dessa forma, para o cálculo do valor do U, é necessário o conhecimento das características da parede, como a espessura, os materiais utilizados e a condutibilidade térmica destes materiais. Com isto, é possível realizar o cálculo da resistência térmica de todos os elementos construtivos, a partir da equação 1. 𝑅𝑡=𝑅𝑠𝑖 +∑𝑅𝑖 𝑛 𝑖=1 +𝑅𝑠𝑒 [𝑚² 𝐶 𝑊] (Eq. 1) Em que: Rt – Resistência térmica total do elemento construtivo; Rsi – Resistência térmica superficial interior; Ri – Resistência térmica da camada i do elemento construtivo; Rse – Resistência térmica superficial exterior. Sendo que estes valores também podem ser retirados do ITE 50 do LNEC. Inércia Térmica (I) Edifícios, como sistemas térmicos, têm a capacidade de absorver e armazenar energia térmica por meio da inércia térmica dos elementos construtivos que os compõem. A quantidade de energia térmica e a velocidade em que esta é absorvida determinam a inércia térmica de um edifício [27]. Dessa forma, a inércia térmica tem um papel fundamental no comportamento do edifício, considerando que a energia que os elementos construtivos acumulam pode ser utilizada para a melhora das condições de conforto térmico no interior do edifício [27]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 38 Como exemplo, durante uma estação de aquecimento (na qual a temperatura exterior é inferior à temperatura no interior do edifício), a radiação que permeia o envidraçado e incide em superfícies com elevada inércia térmica, ou seja, elementos que armazenam elevada quantidade de energia, permite que esta energia seja posteriormente libertada quando a temperatura do espaço for mais baixa. Por outro lado, na estação de arrefecimento, a inércia térmica, em conjunto com estratégias de arrefecimento por ventilação noturna, traduz-se numa alta absorção de calor no espaço durante o dia, permitindo que o calor acumulado nos elementos construtivos possa ser liberado durante o período da noite e, assim, se reestabeleça a capacidade de acumular o calor em excesso no dia seguinte, mantendo o ambiente confortável [27]. A inércia térmica depende, teoricamente, da espessura e da difusibilidade térmica dos elementos construtivos, entretanto, por método de simplificação, em termos práticos, a massa dos elementos é considerada como índice de inércia térmica. Dessa forma, quanto mais “pesado” o elemento construtivo, mais amortecida e defasada é a onda de calor transmitida do exterior [27]. Assim sendo, segundo o Manual SCE, a inércia térmica interior, como capacidade que os elementos construtivos têm de armazenamento de calor, varia em função da massa superficial útil por metro quadrado de área interior útil do pavimento (It). E a expressão que determina o It é apresentada na equação 2 [29]. 𝐼𝑡=∑𝑀𝑖∗ 𝑖𝑟𝑖∗𝑆𝑖 𝐴𝑝 [𝑘𝑔 𝑚2 ⁄] (Eq. 2) Em que: It – Massa superficial útil por metro quadrado de área interior útil de pavimento [kg/m²]; Msi – Massa superficial útil do elemento [kg/m²]; Ri – Fator de redução da massa superficial útil do elemento i; Si – Área da superfície interior do elemento i [m²]; Ap – Área interior útil de pavimento [m²]. A massa superficial útil (Msi) dos elementos depende também do posicionamento de cada camada no elemento construtivo e da sua constituição. Assim sendo, para além da importância da massa dos próprios elementos construtivos, ainda se deve ter em conta a constituição da camada em contato com o ambiente interior do edifício para a inércia térmica da construção [27]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 39 Na Figura 14 é possível observar graficamente o comportamento de um edifício com isolamento térmico na parte exterior e com uma parede de elevada massa em contato com o interior, mostrando uma solução com forte inércia térmica [28]. Figura 14 - Efeito da inércia térmica com isolamento térmico pelo exterior [28]. Comparando com a Figura 14, a Figura 15 ilustra graficamente o comportamento térmico de um mesmo edifício agora com o isolamento térmico pelo interior, mostrando uma solução com fraca inércia térmica [28]. Figura 15 - efeito da inércia térmica com isolamento térmico pelo interior [28] Para a determinação da inércia térmica, deve-se calcular a massa superficial útil por metro quadrado de área interior útil de pavimento (It), e utilizar da tabela apresentada na Tabela 3. Tabela 3 - Classe de Inércia Térmica, segundo o Manual SCE. Classe de Inércia Térmica It [kg/m²] Fraca It < 150 Média 150 ≤ It ≤ 400 Forte It > 400 Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 40 Para a otimização do desempenho energético do edifício, é fundamental que a inércia térmica seja adaptada e integrada a outras estratégias, sendo importante a integração da inércia térmica ao isolamento térmico. Este, como mostrado no exemplo das Figura 14 e Figura 15, deve ser aplicado de forma contínua e pelo exterior, para um melhor contributo de armazenamento das temperaturas médias do clima, favorecendo o conforto no interior do ambiente. Tendo em conta que as temperaturas médias são continuamente armazenadas por materiais pesados, devem-se evitar que os extremos (frio e quente) afetem diretamente no armazenamento. Dessa forma, é o isolamento térmico, associado à inércia térmica, que pode proteger de grandes amplitudes térmicas o interior do ambiente [27]. A inércia térmica é essencial para a otimização do desempenho térmico dos edifícios, pois constitui uma estabilizante fonte de energia térmica durante a vida do útil do edifício [27]. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 47 3. ESTUDO DE CASO 3.1. Modelo e Localização O caso de estudo em questão foi modelado no próprio software em que se realizará a simulação do comportamento termo-energético, nomeadamente no DesignBuilder . Para os três casos de soluções construtivas foi utilizado do mesmo modelo, mostrado nas Figura 19 e Figura 20, alterando-se apenas as características do material utilizado nas paredes exteriores do edifício, para que a comparação fosse possível. Figura 19 – Vista 1 Figura 20 – Vista 2 O edifício em estudo é um T2, constituído por dois quartos, duas casas de banho; cozinha e sala de jantar e de estar, como pode ser observado nas plantas das Figura 21 e Figura 22. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 48 Figura 21 - Piso térreo do edifício. Figura 22 - 1° andar do edifício. O edifício situa-se na região centro-sul de Portugal, no Alentejo, precisamente em Évora, considerada a capital desta região. Como mencionado anteriormente, a região do Alentejo é bastante conhecida pela utilização do material terra na construção, por conta da grande disponibilidade e também por ser um material com bastante eficiência em relação às altas temperaturas, frequentes nesta região Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 49 durante a estação de arrefecimento. Essa foi a razão principal para que esta região fosse escolhida para o caso em estudo. Figura 23 - Localização do Edifício em Estudo [ GoogleEarth ] Assim sendo, o edifício encontra-se na Rua das Alcaçarias, número 37, na cidade de Évora. Tendo as coordenadas e altitude apresentadas na Tabela 4. Tabela 4 - Coordenadas e altitude do edifício em estudo Latitude 38,5751° Longitude -7,9087° Altitude 291,1155 m O terreno demarcado para a construção do edifício tem 130m² de área e 46m de perímetro, como apresentado na demarcação em amarelo da Figura 24. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 50 Figura 24 - Terreno para construção do edifício. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 51 3.2. Zonas Climáticas Para determinação das zonas climáticas de inverno e verão, utiliza-se a Equação 3, apresentada no Manual SCE. 𝑋 =𝑋𝑅𝐸𝐹 + 𝛼 .(𝑧− 𝑧𝑟𝑒𝑓) (Eq. 3) Na qual: X – Parâmetro climático a corrigir; 𝑋𝑅𝐸𝐹 – Parâmetro climático à cota de referência; 𝛼 – Declive que relaciona a diferença de altitudes [mês/km] ou [°C/km]; z – Altitude do edifício [km]; 𝑧𝑟𝑒𝑓 – Altitude de referência [km]. Como referenciado anteriormente, neste trabalho o edifício encontra-se na região do Alentejo Central e situa-se a uma cota de 291m de altitude. Inverno Para a determinação da zona climática de inverno, utilizara-se as Tabela 5 e Tabela 6 de referência, retiradas do Manual SCE. Tabela 5 - Valores de referência e declives para ajustes em altitude para a estação de aquecimento Tabela 6Zonas climáticas de inverno Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 52 Realizou-se, então, o seguinte cálculo (Equação 4): 𝑋 =1150+1100 .(0,291− 0,221)=1227°𝐶 (Eq. 4) A partir deste resultado encontrado e das Tabela 5 e Tabela 6, em que se apresentam as zonas climáticas de aquecimento, conclui-se que a zona climática de inverno em que o edifício se encontra é a i1. Verão Para a determinação da zona climática de verão foram utilizadas as Tabela 7 e Tabela 8 de referência, retiradas do Manual SCE. Tabela 7 - Valores de referência e declives para ajustes em altitude para a estação de arrefecimento. Tabela 8 – Zonas climáticas de verão. Realizou-se, então, o seguinte cálculo (equação 5): 𝑋=24,3 + 0 .(0,291− 0,221)=24,3°𝐶 (Eq. 5) A partir deste resultado encontrado e da tabela em que se apresentam as zonas climáticas de arrefecimento, conclui-se que a zona climática de verão em que o edifício se encontra é a v3. Determinadas as zonas climáticas referentes ao edifício, recorre-se à Portaria 138I_2021, na qual pode-se consultar os valores referentes aos coeficientes de transmissão térmica superficial máximos Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 53 dos elementos da envolvente opaca dos edifícios de habitação – Portugal Continental, Umáx e Fatores Solares admissíveis dos vãos envidraçados com condições de fronteira exterior ou interior com ganhos solares, gtot,máx. Como no edifício há a presença de uma envolvente interior – entre a garagem e a sala da casa – há a necessidade de calcular o coeficiente de redução (bztu) para identificar se esta é uma envolvente interior com condições de exterior ou interior. Para isto deve-se realizar o cálculo a partir da Equação 6. 𝑏𝑧𝑡𝑢 = 𝜃𝑖𝑛𝑡 −𝜃𝑒𝑛𝑢 𝜃𝑖𝑛𝑡 −𝜃𝑒𝑥𝑡 (Eq. 6) Em que: 𝜃𝑖𝑛𝑡 – Temperatura interior [°C]; 𝜃𝑒𝑥𝑡 – Temperatura exterior [°C]; 𝜃𝑒𝑛𝑢 – Temperatura do espaço interior não útil [°C]. Como não há a possibilidade de conhecer com precisão a temperatura do espaço interior não útil, para a determinação do bztu, pode-se utilizar dos valores indicados na Tabela 9, para a qual devese ter o conhecimento de Ai, área da parede que está localizada entre o espaço da garagem e o interior da casa, e o Au, somatório da área das paredes e laje de cobertura que estão em contato com o exterior. Tabela 9 - Determinação do bztu No caso do edifício em questão, Ai corresponde a 15m² e Au, a 48m², obtendo um Ai/Au igual a 0,3125. Por ser um valor inferior a 0,5, obtém-se um bztu igual a 1, ou seja, a parede que separa os dois espaços é uma envolvente interior com condições de exterior. Com isso e com as Tabela 10 e Tabela 11 é possível ter o conhecimento do coeficiente de transmissão térmica superficial máximo dos elementos da envolvente opaca do edifício e do fator solar máximo admissível dos vãos envidraçados. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 54 Tabela 10 - Coeficientes de transmissão térmica superficiais máximos dos elementos da envolvente opaca dos edifícios de habitação - Portugal Continental Umáx [W/(m². °C)]. Tabela 11 - Fatores solares máximos admissíveis de vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares, gtot,máx. Como estes são valores máximos, é preciso que os elementos que estão na envolvente exterior possuam valores de U inferiores a estes tabelados para i1 e v3. Sendo os elementos encontrados na envolvente as paredes exteriores, laje de cobertura e parede interior com a garagem. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 55 3.3. Soluções Construtivas Após a modelação e atribuição da localização do modelo pelo programa DesignBuilder , foram definidas as soluções construtivas para os 3 sistemas construtivos em estudo. Para as lajes de térreo, entre pisos e cobertura foram utilizadas as mesmas soluções. A diferença entre os três sistemas construtivos está na solução utilizada para as paredes. Aquando da definição dos elementos que constituem a envolvente, deve-se realizar o cálculo da resistência dos materiais das soluções e realizar o cálculo do coeficiente de transmissão térmica destas. Para a determinação da resistência térmica dos materiais, a qual é necessária para o cálculo da transmissão térmica, é possível recorrer ao ITE50-LNEC, no qual pode-se obter o valor da condutibilidade térmica de cada material e, consequentemente, a partir da espessura destes, calcular a resistência térmica. Como alguns materiais não estão listados no ITE50-LNEC, pode-se também recorrer a catálogos, nos quais são listados os dados desses. Em alguns casos, a resistência já é diretamente fornecida nos catálogos, não sendo necessário calculá-las. Para meios de exemplificação, a seguir (Equação 7) apresenta-se o cálculo da resistência térmica do material gesso cartonado que possui uma condutibilidade térmica na ordem de 0,25W/m°C e uma espessura de 12,5mm. 𝑅𝑡=𝑒 (𝑚) 𝜆 (W/mºC) = 0.0125 0.25 = 0.05 𝑚2º𝐶/𝑊 (Eq. 7) PISO TÉRREO O piso térreo é constituído por 25 cm de betão armado, 10 cm de isolamento em poliestireno expandido, 5 cm de argamassa de reboco, 8 cm de lajeta flutuante em betão normal leve e um revestimento de 1 cm em piso cerâmico. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 56 Figura 25 – Constituição da laje térrea do edifício Para que a constituição do elemento esteja dentro do necessário para a região em estudo, verificou-se o cálculo do U, que deve ser inferior ao mínimo necessário segundo a sua zona térmica, como apresentado na Tabela 12. Tabela 12 - Verificação do coeficiente de transmissão térmica (U) para a laje térrea LAJE ENTRE PISOS A laje entre pisos, por sua vez, é constituída por 1,25 cm de gesso cartonado, que forma o teto do primeiro piso, 20 cm de betão armado, 1,5 cm de argamassa de reboco e um revestimento, de 1 cm, de piso do segundo andar em cerâmica, como apresentado na Figura 26. Camadas e(m) condutibilidade (λ -> W/m.°C)Rt (m2ºC/W) Laje de Betão 0,250 0,396 0,632 EPS - Poliestireno Expandido 0,100 0,040 2,500 Argamassa de Reboco 0,015 0,042 0,357 Lajeta Flutuante - Betão Normal Leve 0,080 1,300 0,062 Piso Cerâmico 0,010 0,800 0,013 Rsi 0,100 Rse 0,040 Rtotal 3,703 U0,270 Verificação U Ok! U </= 0,4 LAJE TÉRREA Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 63 3.4. Simulação Energética Após a modelação, definição das soluções construtivas e definição da localização do caso de estudo, este foi submetido às simulações energéticas em estudo. Para isso, foi necessário criar os cenários climáticos a partir de dados climatológicos da região e dados do relatório do IPCC a respeito das alterações climáticas. 3.4.1. Definição dos Cenários Climáticos a) Análise Climática da Região O clima em Évora é considerado mediterrâneo, com verões quentes e secos e invernos chuvosos e amenos. A temperatura média anual da região é de 15,8°C. A Figura 33 apresenta um resumo anual do clima de Évora. Figura 33 – Clima na Região de Évora [48] Na Figura 34 é possível observar os dados das horas em que o sol era visível. Na linha preta são apresentados o número de horas em que o sol era visível. Abaixo desta, parte amarelada, são os horários de sol e, acima da linha, parte acinzentada, são apresentados os horários de crepúsculo (civil, náutico e astronómico) e noite total. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 64 Figura 34 - Horas de luz solar e crepúsculo em Évora [48] A Figura 35 apresenta o intervalo diário de temperaturas registrado em Évora (nas barras acinzentadas), bem como as máximas temperaturas registradas (traçadas em vermelho) e mínimas (traçadas em azul). Posicionadas acima da faixa vermelha, a linha vermelha esmaecida, apresenta a máxima diária média, assim como acima da faixa azul, a azul esmaecida, a mínima diária média, com faixas de percentil 25 ao 75 e do 10 ao 90. Figura 35 - Histórico de temperatura em Évora [48] Quanto à variação de temperatura em Évora, a estação de aquecimento permanece por 3,7 meses, de 15 de novembro a 6 de março, com temperatura máxima diária em média abaixo de 17 °C. O mês mais frio do ano em Évora é janeiro, com a máxima de 5 °C e mínima de 13 °C, em média. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 65 Figura 36 - Histórico de temperatura de Évora no inverno [48] E a estação de arrefecimento permanece por 2,9 meses , de 18 de junho a 13 de setembro , com temperatura máxima média diária acima de 29 °C . O mês mais quente do ano em Évora é agosto , com a máxima de 32 °C e mínima de 16 °C , em média . Figura 37 - Histórico da temperatura de Évora no verão [48] Na Figura 38 são apresentadas as temperaturas médias da região por mês do ano, considerandose as mínimas e máximas. Figura 38 - Temperaturas médias por mês na região de Évora [48] Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 66 b) Cenários Climáticos dos Anos em Estudo De acordo com o 5° relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (AR5), os aumentos de temperatura previstos para os anos em estudo serão os apresentados na Tabela 17. Nesta tabela constam o cenário de mitigação das emissões dos GEE (RCP 2.6), o que não inclui esforços adicionais para a contenção das emissões (RCP 8.5) e 2 cenários intermédios, nos quais haverá algum esforço para estas contenções (RCP 4.5 e RCP 6.0). Tabela 17 - Aumentos de temperatura previstos para os anos em estudo, segundo IPCC Ano RCP Cenário Aumento de Temperatura Previsto (°C) 2020 2.6 mitigação das emissões dos GEE 0,3 4.5 intermédio 0,4 6.0 intermédio 0,5 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões 0,7 2080 2.6 mitigação das emissões dos GEE 0,3 4.5 intermédio 1,1 6.0 intermédio 1,4 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões 2,6 2100 2.6 mitigação das emissões dos GEE 1,7 4.5 intermédio 2,6 6.0 intermédio 3,1 8.5 não incluem esforços adicionais de contenção das emissões 4,8 Neste trabalho serão analisados comparativamente os cenários do tempo presente, ano de 2020, e o cenário RCP 8.5. Isto porque, segundo o Gabinete do Governador de Planeamento e Investigação (OPR) do Estado da Califórnia, Estados Unidos da América, é recomendado que se utilize o RCP 8.5 para análises mais conservadoras de um dado elemento da comunidade [49]. É importante relembrar que o RCP 8.5 é descrito pelo Painel Intergovernamental sobre Alterações Climáticas (IPCC) como o cenário com probabilidade mais elevada, em que as emissões de gases de efeito de estufa continuam a aumentar ao longo do século XXI. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 67 3.4.2. Definição dos cenários no software DesignBuilder Para a definição dos cenários no software DesignBuilder , foi necessário criar os ficheiros climáticos correspondentes a cada dos cenários considerados, em formato EPW ( EnergyPlus Weather Data File ). Para isso, utilizou-se uma ferramenta destinada a geração de documentos de alterações climáticas mundiais, conhecida como Meteonorm . 3.4.2.1. Meteonorm Software O Meteonorm é uma combinação de fontes de dados e ferramentas de cálculo, que forma um banco de dados meteorológicos que permite acesso a séries históricas de temperatura, humidade, vento, precipitação e radiação. O seu banco de dados consiste em mais de 8 mil estações meteorológicas e uma climatologia aerossol calibrada globalmente [14]. Dessa forma, permite que sejam feitos cálculos de interpolações sofisticadas, com uma ótima precisão de dados. Para além disso, o Meteonorm trata-se de um sistema aberto, sendo possível a realização da interpolação de dados advindos de terceiros, tanto de estações meteorológicas quanto de satélites, sendo assim uma das bases de dados de maior confiança e mais utilizadas, tendo por base a precisão [50]. Neste software inicia-se por definir a localização onde se pretendem estudar os dados climatológicos, neste caso, a cidade de Évora. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 68 Figura 39 - Página de inserção do local que se pretende analisar no Meteonorm De seguida, definem-se se os dados climáticos atuais do local serão introduzidos ou se serão utilizados os dados contidos no próprio software . Figura 40 - Página em que se define os dados climatológicos no Meteonorm Então, define-se o cenário climático para o qual se pretende obter os dados, RCP 4.5, para uma análise mais amena, ou RCP 8.5, para uma análise mais conservadora. No caso deste estudo foi considerado apenas o cenário mais conservador. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 69 Figura 41 - Página em que se define o cenário climático no Meteonorm Em seguida, são estabelecidos alguns parâmetros, conforme o que se deseja. Figura 42 - Página de definição de parâmetros no Meteonorm E, por fim, são obtidos os resultados na página, conforme a Figura 43, os quais podem ser exportados em formato epw , que pode ser utilizado no software DesignBuilder para posterior análise do modelo conforme estes dados climatológicos obtidos. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 70 Figura 43 - Página de apresentação de resultados do Meteonorm . Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 71 3.5. Definição dos Detalhes de Dados no Software DesignBuilder Ainda para a obtenção dos resultados energéticos dos edifícios em estudo é preciso realizar a configuração de alguns detalhes de dados de entrada. Estes são necessários para configurar a análise de acordo com as necessidades do usuário. Figura 44 – Inserção Detalhes de Dados no DesignBuilder No caso da análise dos ganhos, definiu-se estes como “ Lumped Gains ”, ou seja, os ganhos a partir da ocupação, luz, computador e outros, são agrupados em um único valor, definido por horário. Em “Gain Definition Level” , ou nível de definição de ganhos, é a opção que define se os ganhos definidos serão tratados para o modelo como um todo ou separadamente, zona por zona. Neste caso, selecionou-se a opção “ globally in model option ” que considera o edifício como um todo. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 72 Para “Occupancy method”, ou método de definição da ocupação, selecionou-se a opção “ occupancy density ” (densidade de ocupação) que considera a quantidade de pessoas pela área do edifício. Na opção “ Occupancy latente gains” selecionou-se “ dynamic calculation ”, na qual a fração latente de ocupação é calculada dentro do EnergyPlus em tempo de execução com base na temperatura interna e na taxa metabólica. Neste caso, a razão entre o ganho pela ocupação sensível e ganhos totais se reduzirá conforme a temperatura interna da zona aumentar e, para temperaturas muito acima dos 30ºC, todo o ganho de ocupação será latente. Para “ Equipment Gain Units ”, ou ganhos por meio dos equipamentos, a opção “ power density ” foi definida, em que os ganhos por meio de equipamentos são introduzidos como uma densidade de potência, ou seja, como uma potência por área de piso da zona em W/m². Esta opção, segundo o próprio programa, é normalmente o método mais conveniente para a maioria dos modelos de uso geral, uma vez que os dados são normalizados por área e, portanto, podem ser herdados de níveis acima na hierarquia do modelo e podem ser efetivamente carregados a partir do modelo de Atividade do programa. Em “ Lighting gain units ”, ou ganhos por meio da iluminação, selecionou-se “ normalised power density ”, embora as unidades para densidade de potência normalizada (W/m²-100 lux) possam parecer bastante obscuras, este método de definição dos ganhos por meio da iluminação tem vantagens sobre a utilização de densidade de potência simples. Nomeadamente, o nível real de iluminação está associado ao tipo de sistema de iluminação sem a necessidade de se referir à atividade da zona e, portanto, à necessidade de iluminação. Assim, se um determinado tipo de sistema de iluminação for instalado em todo o edifício, mas o edifício tiver uma gama diversificada de atividades, cada uma com requisitos de iluminação diferentes, será normalmente possível introduzir o valor da densidade de potência normalizada de iluminação apenas uma vez ao nível do edifício, definir a atividade para cada zona e obter ganhos de iluminação realistas. Os dados dos ganhos gerais agrupados podem ser observados na Figura 45, na qual é possível verificar a densidade de potência e a definição horária em que estão presentes estes ganhos, sendo esta ligada 24 horas por dia, nos 7 dias da semana. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 79 • Iluminação Geral ( general lighting ): ganho de calor devido à iluminação geral; • Diversos ( miscellaneous ): ganho devido aos equipamentos diversos; • Ocupação ( occupancy ): ganho sensível devido aos ocupantes. Nota-se que este parâmetro pode variar em função das condições internas. Com temperaturas muito elevadas, o ganho pode cair para zero, com todos os efeitos de arrefecimento ocorrendo através da transferência de calor latente; • Ganhos por meio de janelas exteriores ( solar gains exterior windows ): transmissão de radiação solar de onda curta por meio das janelas. Para uma situação em que se tem apenas a janela, essa radiação consiste na radiação solar que passa através do vidro e a radiação difusa do reflexo solar da janela. Para janelas sombreadas, a radiação é completamente difusa (assume-se que as sombras são difusoras completas). Para janelas com persiana, a radiação consiste em feixe somada a radiação difusa de onda curta; • Arrefecimento Sensível de Zona ( zone sensible cooling ): é o efeito global do ar introduzido na zona por meio do sistema HVAC para o seu arrefecimento. Ou seja, é a contribuição do arrefecimento HVAC para o balanço de calor na zona. Arrefecimento é sempre mostrado como um ganho de calor negativo nos resultados, porque é equivalente à remoção, mistura e devolução da energia sensível à corrente de ar, de modo a baixar a sua temperatura até a temperatura especificada no equipamento utilizado; • Aquecimento Sensível de Zona ( zone sensible heating ): da mesma forma, é a contribuição global do aquecimento HVAC para o equilíbrio térmico da zona; • Carga latente ( latent load ): é a medida da quantidade de energia necessária para desumidificar o ar no ambiente. Como referido, estes dados serão utilizados para a determinação das necessidades térmicas do edifício para que este se mantenha dentro dos setpoints de temperatura pré-estabelecidos. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 80 4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DAS TEMPERATURAS NO INTERIOR DOS EDIFÍCIOS A partir dos dados inseridos e considerando a não utilização dos sistemas HVAC, foi possível obter os resultados das temperaturas no interior dos edifícios horárias considerando apenas o desempenho térmico dos materiais utilizados. Esta seção apresentará estes resultados para ambos os cenários climáticos em estudo, utilizando um período representativo de cada uma das estações para uma melhor análise dos resultados. 4.1. Cenário Climático Atual Iniciou-se pelos resultados obtidos para o cenário climático atual, apresentados no gráfico da Figura 50. Neste também é possível observar e comparar o comportamento dos edifícios com relação às temperaturas máximas e mínimas de conforto, de 27°C e 19°C, respetivamente. Figura 50 – Temperatura no Interior dos Edifícios para o cenário climático atual, sem sistema HVAC em funcionamento em comparação com a temperatura exterior 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 81 Para uma análise mais facilitada, a avaliação da performance térmica foi feita para cada uma das estações e o monitoramento dos dados foi feito para 30 dias representativos de cada uma das estações. 4.1.1. Inverno A análise para a estação do inverno é feita do dia 21 de dezembro ao dia 19 de março. Para o período representativo (21 de janeiro ao dia 21 de fevereiro), a temperatura exterior média foi um pouco abaixo dos 10°C, variando entre 1,65°C e 19,12°C neste período. Esta máxima aconteceu no início do mês de fevereiro, estando um pouco fora do padrão encontrado no período em estudo, que apresenta em média máximas diárias de 12°C, como é possível observar na linha cinza do gráfico da Figura 51. Figura 51 - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 21 de janeiro a 21 de fevereiro. Neste gráfico também são apresentados os desempenhos térmicos dos edifícios. O construído em alvenaria convencional apresenta temperaturas mais elevadas do que os edifícios construídos com materiais em terra quando a temperatura exterior está mais elevada. Este também apresenta uma amplitude térmica maior, com a temperatura mínima no período em estudo de 11,6°C e máxima de 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo (horas) Inverno - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 21 de janeiro a 21 de fevereiro Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 82 29,7°C (amplitude de 18,1°C). É possível também analisar que, em dias muito frios, a temperatura no interior deste edifício desce significativamente, ficando abaixo da temperatura mínima de conforto (19°C) e, em alguns dias mais quentes, sua temperatura ultrapassou inclusive a temperatura máxima de conforto, de 27°C. Além disso, é possível observar que o edifício em taipa é o que apresenta as menores temperaturas interiores em todo o período em estudo, com a maior temperatura máxima de 22,8°C e menor temperatura mínima, de 12,9°C (amplitude térmica de 9,9°C). Este edifício permaneceu, em grande parte do período em estudo, com temperaturas abaixo da temperatura de conforto mínima, tendo uma média de temperatura em todo o período de 16,5°C. Entretanto, o edifício que apresentou a menor amplitude térmica neste período foi o construído em BTC, com mínima de 16,5°C e máxima de 25,0°C (amplitude térmica de 8,5°C). Este também é o que menos apresentou períodos de temperaturas abaixo da temperatura mínima de conforto, tendo uma média de 19,5°C durante todo o mês em estudo. 4.1.2. Primavera Para a estação da primavera, ocorrida do dia 21 de março a 20 de junho, foi feita uma análise representativa do período de 15 de abril a 16 de maio. Neste mês em estudo a temperatura média foi em torno dos 15°C, tendo como temperatura mínima 7,25°C e temperatura máxima 26,4°C, como pode ser observado no gráfico da Figura 52. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 83 Figura 52 - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 15 de abril a 16 de maio No gráfico é possível analisar que o edifício construído em alvenaria convencional é, novamente, o que apresenta temperaturas mais elevadas. Com uma amplitude térmica de 10,2°C durante o mês em estudo, este apresenta uma temperatura mínima de 18,9°C, próxima a temperatura mínima de conforto, e uma temperatura máxima de 29,1°C, ultrapassando em alguns períodos a temperatura máxima de conforto. A temperatura média deste edifício é a mais alta, comparativamente aos outros edifícios em estudo, de 24,2°C. O edifício em taipa é novamente o que apresenta as menores temperaturas, com a menor temperatura média no período entre os edifícios em estudo, de 21,8°C. A temperatura mínima constatada foi ligeiramente menor que a temperatura de conforto mínimo, chegando aos 18,8°C no dia que se atingiu a menor temperatura exterior do período. A temperatura máxima atingida foi de 25,5°C. Por fim, o edifício em BTC apresentou novamente temperaturas mais amenas, mantendo-se em todo o mês em estudo dentro dos limites de conforto, com uma temperatura mínima interior de 21,2°C e uma temperatura máxima interior de 26,3°C. A temperatura média durante o período neste edifício foi de 23,4°C. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo (horas) Primavera - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 15 de abril a 16 de maio Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 84 4.1.3. Verão Para a estação do verão, ocorrida do dia 21 de julho a 20 de setembro, foi feita uma análise representativa do período de 15 de julho a 16 de agosto. Neste mês em estudo, a temperatura média foi em torno dos 23°C, tendo como temperatura mínima 13,3°C e temperatura máxima 38,3°C, como pode ser observado no gráfico da Figura 53. Figura 53 - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 15 de julho a 16 de agosto. O edifício em alvenaria convencional na estação quente apresenta as temperaturas internas mais elevadas quando a temperatura externa está mais alta, como pode ser observado no gráfico, porém, quando ocorre a diminuição da temperatura exterior, no interior deste edifício tem-se as menores temperaturas, quando comparado aos outros edifícios em estudo, o que provoca uma alta amplitude térmica de 12,8°C. Dessa forma, a temperatura mínima atingida no edifício em alvenaria convencional é a mais baixa entre os 3 edifícios, de 21,4°C, e a temperatura mais alta é de 34,1°C, muito superior a máxima temperatura de conforto, o que ocorre com frequência para este edifício durante o período em estudo. O edifício em taipa, por sua vez, nesta estação apresenta uma amplitude térmica bastante inferior à apresentada pelo edifício em alvenaria convencional, de 6,8°C, tendo como temperatura mínima atingida 23,0°C e máxima 29,8°C. Nos períodos em que se atingiram as temperaturas exteriores mais 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo (horas) Verão - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 15 de julho a 16 de agosto Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 85 baixas, este teve temperaturas mais altas que o em alvenaria convencional, porém ainda menores do que o edifício em BTC. Entretanto, nos períodos em que ocorreram as temperaturas exteriores mais altas, este teve um desempenho um pouco pior do que edifício em BTC, com temperaturas relativamente superiores. Por fim, o edifício em BTC é o que apresenta a menor amplitude térmica novamente, de 4,8°C, tendo como temperatura máxima no período em estudo 29,2°C (a mais baixa comparativamente aos outros edifícios) e, como temperatura mínima 24,4°C. É possível observar que, nos momentos em que se atingiram as maiores temperaturas externas, este foi o que melhor se comportou, mesmo que com resultados muito próximos aos obtidos pelo edifício em taipa, se mantendo sempre muito próximo ao limite máximo de temperatura de conforto. 4.1.4. Outono Na estação de outono, que ocorre entre os dias 21 de setembro e 20 de dezembro, fez-se a análise para o período entre os dias 15 de outubro e 16 de novembro. Neste período é possível observar que a temperatura média exterior rodeou os 15°C, tendo como temperatura mínima 6,6°C e temperatura máxima 25,5°C, como pode ser observado no gráfico da Figura 54. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 86 Figura 54 - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 15 de outubro a 16 de novembro Neste gráfico é possível analisar que o edifício em alvenaria convencional apresenta as temperaturas internas mais elevadas nos momentos em que ocorreram as temperaturas externas mais altas, atingindo uma temperatura máxima de 34,1°C, 26% superior a temperatura máxima de conforto. Este edifício também é o que atingiu a temperatura mais baixa entre os 3, chegando a 17,3°C. Neste período da estação de outono é possível observar que, novamente, este é o edifício que apresenta a maior amplitude térmica, de 16,8°C. O edifício em taipa é novamente o edifício que apresenta as temperaturas mais baixas, como é possível verificar no gráfico, tendo uma média de temperatura de 21,8°C, com máxima de 28,0°C e mínima de 17,5°C. Assim sendo, tem uma amplitude térmica de 10,5°C, ainda superior a amplitude térmica apresentada pelo edifício em BTC. O edifício em BTC, por sua vez, apresenta uma amplitude térmica de 8,8°C, mantendo-se entre os 21,3°C e os 30,2°C, amplitude essa tão alta quanto a que o edifício apresentou na estação de inverno. Neste caso, o edifício apresentou vários momentos em que esteve acima da temperatura de conforto prevista. Entretanto, mesmo em momentos em que a temperatura externa esteve bastante baixa, este conseguiu manter uma temperatura confortável no seu interior para os ocupantes. A média de temperatura apresentada por este edifício durante este período foi de 25,1°C, a mais elevada em comparação aos outros edifícios em estudo. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo (horas) Outono - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático Atual de 15 de outubro a 16 de novembro Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 87 4.2. Cenário Climático RCP8.5 A seguir, na Figura 55, são apresentados os resultados das temperaturas no interior dos edifícios para o cenário climático RCP8.5. Neste também é possível observar e comparar o comportamento dos edifícios com relação às temperaturas máximas e mínimas de conforto atuais, de 27°C e 19°C, respetivamente, como no gráfico do cenário climático atual. Figura 55 - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático RCP8.5 Para uma análise mais facilitada, a avaliação da performance térmica, como para a análise do cenário climático atual, foi feita para cada uma das estações e o monitoramento dos dados foi feito para 30 dias representativos de cada uma das estações. 4.2.1. Inverno Para a análise da estação de inverno, que ocorre do dia 21 de dezembro ao dia 19 de março, no cenário climático RCP8.5 foi utilizado o mesmo período representativo que o para a análise do cenário climático atual, do dia 21 de janeiro ao dia 21 de fevereiro. A temperatura exterior média durante este 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático RCP8.5 Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 88 período foi um pouco superior à do cenário climático atual, de aproximadamente 11°C, variando de 1,2°C a 20,4°C, como é possível observar no gráfico da Figura 56. Figura 56 - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático RCP8.5 de 21 de janeiro a 21 de fevereiro. Neste apresentam-se também os desempenhos dos edifícios quanto a temperatura em seus interiores para o cenário. O edifício construído em alvenaria convencional apresenta temperaturas mais elevadas que os outros dois edifícios em estudo, porém, quando as temperaturas exteriores baixam, este apresenta uma abrupta queda em sua temperatura interior, tornando-se a mais baixa entre os edifícios em estudo em alguns momentos. É possível observar que este é o edifício que apresenta a maior amplitude térmica para este cenário também, de 17,8°C, com a temperatura variando entre 14,6°C e 32,4°C, e a maior média de temperatura, de 21,7°C. O edifício em taipa é o que apresenta as temperaturas interiores mais baixas, variando entre 13,7°C e 24,7°C, e com média de 18,1°C, inferior à temperatura de conforto mínima desejável de 19°C. Dessa forma, durante todo o período, este edifício apresenta temperaturas abaixo do ideal, tornando-o desconfortável para os seus usuários. Por fim, o edifício construído em BTC é o que apresenta uma menor amplitude térmica (8,5°C), variando entre 17,8°C e 27,3°C, mantendo-se durante quase todo o período em estudo com temperaturas superiores à considerada mínima de conforto. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperatura (°C) Tempo (horas) Inverno - Temperatura no Interior dos Edifícios sem HVAC no Cenário Climático RCP8.5 de 21 de janeiro a 21 de fevereiro Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Outside Dry-Bulb Temperature Temperaturas Mín e Máx de Conforto Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 95 respetivamente. O que resultou maiores diferenças entre essas soluções foi a necessidade de aquecimento, para a qual a solução em BTC utiliza apenas de 10,7% do que a taipa precisaria para manter as mesmas condições em seu interior. Entretanto, embora o a solução em BTC tenha uma necessidade anual de energia inferior, principalmente pelas necessidades significantemente mais baixas para o aquecimento, esta solução ainda apresenta um pior desempenho quanto ao arrefecimento. Para o edifício em BTC as necessidades de energia para arrefecer o seu interior são aproximadamente 37% mais altas do que para o edifício em taipa. Ainda que em valores absolutos seja uma diferença de 9,71kWh/(m².ano), é algo que deve ser considerado, principalmente quando os verões quentes são o principal problema de conforto da região em estudo. Em questões gerais, neste cenário climático e considerando as condições impostas nesta situação, o edifício que apresentou melhores resultados foi o edifício em BTC, indicando que o uso da terra como material para fazer blocos construtivos pode ser adequado para esta região em estudo, para além das vantagens já anteriormente mencionadas. No entanto, seria útil realizar um estudo ainda mais aprofundado, considerando outras soluções para a utilização da taipa, possibilitando uma melhora em seu desempenho quanto às necessidades de aquecimento, pois suas necessidades quanto ao arrefecimento ainda assim são melhores do que as apresentadas pelo edifício em BTC. E, considerando o cenário de alterações climáticas e aumento de temperaturas, provavelmente as necessidades quanto ao arrefecimento se tornarão muito mais preocupantes do que quanto ao aquecimento, o que será visto na seção a seguir. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 96 5.1.2. Cenário Climático RCP8.5 Os resultados das necessidades energéticas dos três edifícios considerando o cenário climático RCP8.5 podem ser visualizados no gráfico da Figura 61. Figura 61 - Necessidades Térmicas para o Cenário Climático RCP 8.5 em kWh/(m².ano). Considerando agora as alterações climáticas previstas para o final deste século, os resultados apresentados no gráfico mostram que novamente o edifício em taipa é o que apresenta maiores necessidades energéticas totais entre as 3 soluções, totalizando 66,768 kWh/(m².ano). Destes 11,521kWh/(m².ano) são as necessidades de aquecimento e 55,247 kWh/(m².ano) de arrefecimento. A solução em BTC, por sua vez, é a que apresenta menores necessidades energéticas entre eles, com uma necessidade anual de 52,424 kWh/(m².ano), dos quais apenas 0,656 kWh/(m².ano) são para aquecimento e 51,767 kWh/(m².ano) para arrefecimento. O edifício em alvenaria convencional apresenta um desempenho térmico mediano entres os em estudo, com uma necessidade energética neste caso de 57,808 kWh/m².ano. Destes 2,270kWh/(m².ano) para aquecimento e 55,538 kWh/(m².ano) para arrefecimento. Desta forma, tanto em questão do cenário geral quanto na perspetiva do arrefecimento e do aquecimento, o que demonstrou melhor desempenho foi a solução em BTC. A solução em alvenaria 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Soluções Construtivas Necessidades Térmicas para o Cenário Climático RCP 8.5 por m² Sensible Air Heating Sensible Air Cooling Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 97 convencional apresenta uma necessidade energética anual 10,3% e a taipa 27,4% maior do que o BTC para manter o seu interior em uma temperatura confortável para os seus habitantes. Neste sentido, quanto ao aquecimento, o edifício em alvenaria convencional, que apresenta o mesmo isolamento térmico e um valor muito aproximado de U relativamente ao edifício em BTC, apresentou mais do que o dobro das necessidades de energia em comparação a este (diferença de 1,6kWh/(m².ano)), enquanto o edifício em taipa apresenta dez vezes (diferença de 10,9 kWh/(m².ano)) mais necessidades energéticas. Quanto ao arrefecimento, o edifício em BTC superou inclusive os resultados apresentados pelo edifício em taipa, que no cenário anterior teve a melhor performance e, consequentemente, teve menor necessidade de arrefecimento. Dessa forma, o edifício em taipa necessita de 6,72% e o em alvenaria convencional 7,28% mais energia para arrefecer o seu interior do que o em BTC. 5.1.3. Diferença entre Cenários Climáticos Importante citar as diferenças de necessidades de energia entre os cenários climáticos. Apesar da solução em BTC ter apresentado o maior aumento das necessidades energéticas, de 36,9%, enquanto os outros dois apresentaram um aumento de 33%, esta ainda foi a que obteve melhores resultados gerais e específicos entre as soluções. Ainda, mesmo que a taipa tenha apresentado os melhores resultados quanto ao arrefecimento no primeiro cenário climático, no RCP8.5 ela quase dobrou suas necessidades de energia para o arrefecimento, resultando num desempenho pior do que o BTC como método construtiva num cenário de alterações climáticas. Outro ponto importante a ressaltar é a diferença das necessidades energéticas para o aquecimento dos edifícios entre os cenários. Esta diminui bruscamente devido ao aumento de temperaturas previsto, principalmente para os dois edifícios construídos em terra. Isto pode ser visto como um ponto positivo, se não olhar no cenário geral, em que se considera o aumento das necessidades energéticas para arrefecimento, que foi bastante significativo. 5.2. Ventilação Natural Para uma melhora na eficiência, fez-se uma análise da possibilidade de inserção da ventilação natural nos horários em que as temperaturas estivessem mais baixas, da 1h às 9h da manhã, nos meses Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 98 mais quentes. Para isso ativou-se a ventilação natural na aba HVAC do software, conforme Figura 62 e utilizou-se do cronograma programado conforme mostra a Figura 63. Figura 62 – Inserção da Ventilação Natural Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 99 Figura 63 – Cronograma Ventilação Natural. Com isso, obtiveram-se os resultados para os cenários climáticos atual e RCP8.5, considerando as alterações climáticas para o final deste século, apresentados nas seções a seguir. 5.2.1. Cenário Climático Atual Os resultados das necessidades energéticas dos três edifícios considerando o cenário climático atual e a atuação da ventilação natural podem ser visualizados no gráfico da Figura 64. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 100 Figura 64 - Necessidades Térmicas para o Cenário Climático Atual por m² com Ventilação natural. Os resultados apresentados no gráfico mostram que novamente o edifício em taipa é o que ainda seria o que apresentaria maiores necessidades energéticas totais entre as 3 soluções mesmo com a atuação da ventilação natural, totalizando 49,308 kWh/(m².ano). Destes 24,139 kWh/(m².ano) são as necessidades de aquecimento e 25,169 kWh/(m².ano) de arrefecimento. A solução em BTC, por sua vez, é a que apresenta menores necessidades energéticas entre eles, com uma necessidade anual de 37,472 kWh/(m².ano), dos quais apenas 2,851 kWh/(m².ano) são para aquecimento e 34,621 kWh/(m².ano) para arrefecimento. O edifício em alvenaria convencional apresenta um desempenho térmico mediano entres os em estudo, com uma necessidade energética neste caso de 41,690 kWh/m².ano. Destes 3,469kWh/(m².ano) para aquecimento e 38,194 kWh/(m².ano) para arrefecimento. Mesmo com a ventilação natural nos horários mais frios durante a estação de verão, a necessidade energética para as 3 soluções não apresentou grandes alterações. O edifício que teve a maior diminuição das necessidades energéticas foi o em alvenaria convencional, mas, ainda assim, foi uma melhora de 3,5% no seu desempenho. Dessa forma, o edifício que apresentou melhor desempenho quando às necessidades para aquecimento ainda foi o edifício em BTC e, para arrefecimento, foi o edifício em taipa. Porém, em questões gerais o edifício em taipa se mostrou com os piores resultados, necessitando de cerca de 32% 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Soluções Construtivas Necessidades Térmicas para o Cenário Climático Atual por m² com Ventilação natural Sensible Air Heating Sensible Air Cooling Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 101 mais energia do que o com os melhores resultados, BTC, durante o ano para manter seu interior dentro das mesmas condições de conforto. 5.2.2. Cenário Climático RCP8.5 Os resultados das necessidades energéticas dos três edifícios considerando o cenário climático RCP8.5 e atuação da ventilação natural durante os horários de menos calor no verão podem ser visualizados no gráfico da Figura 65. Figura 65 - Necessidades Térmicas para o Cenário Climático RCP 8.5 por m² com Ventilação Natural. Para este cenário de alterações climáticas, os resultados apresentados no gráfico mostram que, com a ventilação, novamente o edifício em taipa é o que teria maiores necessidades energéticas totais entre as 3 soluções mesmo com a atuação da ventilação natural, totalizando 64,724 kWh/(m².ano). Destes 11,552 kWh/(m².ano) são as necessidades de aquecimento e 53,172 kWh/(m².ano) de arrefecimento. A solução em BTC, por sua vez, é a que apresenta menores necessidades energéticas entre eles, com uma necessidade anual de 50,472 kWh/(m².ano), dos quais apenas 0,741 kWh/(m².ano) são para aquecimento e 49,731 kWh/(m².ano) para arrefecimento. 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Alvenaria Convencional Bloco de Terra Comprimida Taipa Soluções Construtivas Necessidades Térmicas para o Cenário Climático RCP 8.5 por m² com Ventilação Natural Sensible Air Heating Sensible Air Cooling Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 102 O edifício em alvenaria convencional apresenta um desempenho térmico mediano entres os em estudo, com uma necessidade energética neste caso de 56,480 kWh/m².ano. Destes 2,451 kWh/(m².ano) para aquecimento e 54,030 kWh/(m².ano) para arrefecimento. Os resultados deste cenário se mostram muito similares aos resultados do cenário climático atual. Houve um pequeno aumento das necessidades energéticas durante os períodos de aquecimento, enquanto para os períodos de arrefecimento houve uma diminuição. Ainda assim, em termos gerais, o desempenho anual não tem uma melhora significativa. O edifício que apresenta melhores resultados em comparação com a simulação sem a ventilação natural é o em BTC, com 3,9% menos necessidades energéticas para manter o ambiente nas mesmas condições de conforto, seguido do edifício em taipa, com 3,2%, e do em alvenaria convencional, com 2,3%. Neste caso, o edifício em BTC é o que melhor apresenta resultados tanto quanto às necessidades de aquecimento quanto de arrefecimento. E, da mesma forma que para a simulação sem a ventilação natural, entre o edifício em taipa e o em alvenaria convencional, o primeiro apresenta o melhor desempenho para arrefecimento, apesar de a diferença ser muito pequena, enquanto o segundo apresenta em torno de 4 vezes menos necessidades energéticas para o aquecimento do que o primeiro. O que torna a taipa a pior solução construtiva no caso deste cenário climático. 5.2.3. Comparativo Necessidades Térmicas com Ventilação Entre Cenários Quando comparando as necessidades de energia entre os cenários climáticos, percebe-se que, neste caso, ao contrário do que ocorreu na simulação sem a ventilação natural, o edifício em BTC não foi o que apresentou o maior aumento das necessidades entre as soluções construtivas, tendo um aumento de 34,7%, enquanto o edifício em alvenaria convencional obteve um aumento de 35,5% e o em taipa de 31,3%. Outro ponto importante a ressaltar é a diferença das necessidades energéticas para o aquecimento dos edifícios entre os cenários. Esta diminui bruscamente devido ao aumento de temperaturas previsto, principalmente para os dois edifícios construídos em terra. Porém, pode-se perceber que as necessidades de aquecimento aumentaram devido à ventilação natural, em comparação com a primeira simulação. Ainda, da mesma forma que para a simulação sem a ventilação natural, mesmo que a taipa tenha apresentado os melhores resultados quanto ao arrefecimento no primeiro cenário climático, no Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 103 RCP8.5 ela mais do que dobrou suas necessidades de energia para o arrefecimento, resultando num desempenho pior do que o BTC como metodologia construtiva num cenário de alterações climáticas. Por fim, neste caso, quando olhando para este cenário de alterações climáticas previsto, o edifício que apresentou melhor desempenho dentre as soluções propostas neste trabalho foi o edifício construído a partir de blocos de terra comprimida, com o uso do isolamento térmico, o que promove melhores resultados tanto para estações de arrefecimento, quanto para de aquecimento. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 104 6. CONCLUSÃO Como visto no decorrer deste trabalho, há muito com o que se preocupar em relação ao que pode vir a ocorrer devido às alterações climáticas. As temperaturas médias globais aumentaram significativamente no decorrer dos últimos anos e, tem-se como maior indicador deste, o aumento das emissões de gases do efeito estufa (GEE). Dentro deste contexto, foi assinado o Acordo de Paris, tendo como principal objetivo diminuir substancialmente as emissões a ponto de estagnar o aumento da temperatura mundial a partir da descarbonização. A União Europeia focou-se, desta forma, nos 3 principais setores que utilizam de grandes quantidades de energia: a indústria, o transporte e a construção. O setor da construção tem grande influência a longo prazo quando se trata de consumo de energia, utilização eficiente de recursos e alterações climáticas. Deve-se assim ter em atenção a questão das emissões dos GEE causadas tanto no processo da construção quanto na utilização dos edifícios, influenciadas principalmente pelas soluções construtivas utilizadas nestes, quando se trata de energia consumida. Desta forma, tem-se buscado cada vez mais métodos construtivos que sejam considerados mais sustentáveis, tanto no processo de construção quanto utilização dos edifícios. Com isso, investigadores se voltaram à arquitetura vernácula, construída, em determinadas regiões de Portugal, principalmente, a partir do material terra. Sendo um material de menor impacto ambiental e com alta inércia térmica, a utilização da terra na construção pode trazer grandes contributos no cenário de aumento da temperatura. O principal objetivo deste trabalho foi trazer uma contribuição para os estudos dentro da área de construção sustável e performance térmica de edifícios construídos com sistemas em terra, dentro do contexto português. Dessa forma, buscou-se por analisar e comparar o desempenho de um mesmo edifício construído com a utilização da alvenaria convencional, maioritariamente utilizada nos dias atuais, e dois métodos construtivos em terra, os blocos de terra comprimida (BTC) e a taipa, dentro dos cenários climáticos atual e previsto para o final do século, caso não haja mitigação de emissões dos GEE (cenário climático RCP8.5). Os resultados atingidos por meio do estudo deste trabalho, demonstram que a arquitetura vernácula pode ter um alto contributo para que haja um aumento na sustentabilidade no setor da construção, podendo contribuir nestes desafios que já estão sendo vividos pela população. O edifício construído em alvenaria convencional apresentou alta necessidade do uso de equipamentos para manter o ambiente devidamente climatizado, o que reflete diretamente na sustentabilidade deste e se justifica pelas maiores variações térmicas observadas no seu interior, quando Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 111 Figura A. 3 - Temperatura no Interior dos edifícios com HVAC no cenário climático atual. Figura A. 4 - Temperatura no Interior dos edifícios com HVAC no cenário climático RCP8.5. Resiliência dos Sistemas Construtivos em Terra às Alterações Climática ___________________________________________________________________________________ 112 Figura A. 5 - Temperatura no Interior dos edifícios com HVAC e ventilação natural no cenário climático atual. Figura A. 6 - Temperatura no Interior dos edifícios com HVAC e ventilação natural no cenário climático RCP8.5.