Análise paramétrica do desempenho de envidraçados em fachadas de edifícios

Universidade do Minho Escola de Engenharia Pábulo Xilânder Martins Carneiro da Costa Análise Paramétrica do Desempenho de Envidraçados em Fachadas de Edifícios abril de 2021 UMinho | 2021Pábulo Xilânder Martins Carneiro da Costa Análise Paramétrica do Desempenho de Envidraçados em Fachadas de Edifícios Pábulo Xilânder Martins Carneiro da Costa Análise Paramétrica do Desempenho de Envidraçados em Fachadas de Edifícios Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação do(a) Professor Doutor Dinis Miguel Campos Leitão Universidade do Minho Escola de Engenharia abril de 2021 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 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 contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS iii AGRADECIMENTOS Depois de um caminho longo e demoroso, entre variados estados de espírito e vontades, agradeço a todos pela paciência e apoio dado para a realização desta dissertação, que diretamente ou indiretamente deram o seu contributo. Agradecimento especial aos meus pais, pela oportunidade consentida e incentivo em todo o meu percurso, sem os quais a realização desta dissertação não teria sido possível. Agradecimento à minha mulher, Maggie, pela compreensão e paciência nas horas da minha ausência, às minhas filhas pela interferência no seu crescimento com a mesma ausência e menor dedicação. Academicamente, a todos os meu colegas e amigos que fui conhecendo na Universidade do Minho, e que de alguma forma me ajudaram nas minhas dificuldades e dúvidas. O meu muito obrigado ao professor Doutor Dinis Leitão, pela orientação e disponibilidade ao longo desta caminhada, tornando-a mais fácil e simples. À empresa Covipor (Saint-Gobain), de Santo Tirso, em particular, ao sr. Francisco Ferreira, pela disponibilidade, fornecimento de dados técnicos e esclarecimentos relativos aos vidros ali produzidos. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS iv 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. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS v RESUMO A sustentabilidade e a eficiência energética têm ganho, nos últimos anos, uma importância crescente na Europa e no mundo. Impulsionados pela crise económica, pela necessidade de, por um lado reduzir os custos, e por outro aumentar a autonomia energética, bem como pela crescente consciencialização das alterações climáticas, levaram a que a melhoria da eficiência energética dos edifícios se tornasse numa estratégia considerada central no futuro da União Europeia (UE). Na Europa, aproximadamente 25 a 40% da energia final é consumida nos edifícios (iluminação, aquecimento e arrefecimento), pelo que é fundamental adotar medidas e estratégias de eficiência energética que permitam reduzir o consumo energético, e assim, a redução das emissões de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Com a transposição das diretivas europeias para a legislação de Portugal, aumentam as exigências na melhoria da eficiência energética dos edifícios portugueses, ao nível do isolamento da envolvente externa, onde se incluem os envidraçados. As medidas de melhoria energética dos vãos envidraçados e a sua contribuição para a melhoria da eficiência energética dos edifícios portugueses foram reforçadas com a introdução de novos requisitos de referência nos novos regulamentos (Regulamento de Desempenho Energético de Edifícios de Habitação - REH e Regulamento de Desempenho Energético de Edifícios de Comércio e Serviços - RECS) e da criação do Sistema de Etiquetagem Energética de Produtos - SEEP JANELAS. Sendo os envidraçados elementos importantes de uma janela e constantes nas edificações, com trocas de energia importantes, será relevante conhecer as várias propriedades destes e de que forma influenciam o desempenho dos edifícios onde estão inseridos, relacionando, questões financeiras no seu estudo de custo/beneficio. Existindo no mercado vários fabricantes a comercializarem envidraçados com diferentes funções e características, é objetivo desta dissertação, a de comparar e relacionar os diferentes parâmetros dos envidraçados, para assim determinar as soluções mais otimizadas com boas relações de desempenho energético e rentabilização do investimento realizado inicialmente. Da análise e das simulações efetuadas destaca-se o facto de ter sido possível concluir que não existe uma relação linear entre o preço dos envidraçados e o seu desempenho termo energético quando integrados num edifício. Motivo pelo qual, a identificação da melhor relação entre o Fator Solar (g), o coeficiente de transmissão térmica (Ug) e o custo terá sempre que ser avaliada em cada caso concreto. Palavras-chave: eficiência energética, envidraçados, sustentabilidade, rentabilização. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS vi Parametric Analysis of Glazing Performance on Building Facades ABSTRACT Sustainability and energy efficiency have, in recent years, gained increasing importance in Europe and worldwide. Driven by the economic crisis, by the need to, on the one hand, reduce costs, and on the other, to increase energy autonomy, as well as by the growing awareness of climate change, led to the improvement of the energy efficiency of buildings becoming a strategy considered central in the future of the European Union (EU). In Europe, approximately 25 to 40% of the final energy is consumed in buildings (lighting, heating and cooling), which is why it is essential to adopt energy efficiency measures and strategies to reduce energy consumption, and thus reduce CO2 emissions into the atmosphere. With the transposition of European directives into Portuguese legislation, the demands for improving the energy efficiency of Portuguese buildings are increasing, in terms of isolation from the external environment, including glazing. The energy improvement measures for glazed openings and their contribution to improving the energy efficiency of Portuguese buildings were reinforced with the introduction of new reference requirements in the new regulations (Regulation of Energy Performance of Residential Buildings - REH and Regulation of Energy Performance of Commercial and Service Buildings - RECS) and the creation of the Energy Labeling System for Products - SEEP JANELAS. As glazing is an important element of a window and constant in buildings, with important energy exchanges, it will be relevant to know the various properties of these and how they influence the performance of the buildings in which they are located, always relating economic issues in their cost/benefit analysis. As the glazing market has more and more options, with the various manufacturers offering glazing with different functions and characteristics, the objective of this dissertation is to compare and relate the different glazing parameters, thus trying to determine the most optimized solutions, with good relations of energy performance and return on initial investment. From the analysis and simulations carried out, it was possible to conclude that there is no linear relationship between the cost of glazing and its thermal energy performance when integrated into a building stands out. Which is why, the identification of the best relationship between the Solar Factor (g), the thermal transmission coefficient (Ug) and the cost will always have to be assessed in each specific case. Keywords: energy efficiency, glazing, sustainability, profitability. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS vii ÍNDICE CAPÍTULO 1 : INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 1 1.1 – Enquadramento .................................................................................................................... 1 1.2 – Objetivos ............................................................................................................................... 3 1.3 – Metodologia .......................................................................................................................... 4 1.4 – Estrutura da Dissertação ....................................................................................................... 5 CAPÍTULO 2 : ESTADO DA ARTE ......................................................................................................... 6 2.1 – Enquadramento Histórico ...................................................................................................... 6 2.1.1 – O vidro na indústria da construção ............................................................................... 10 2.2 – O Vidro ............................................................................................................................... 23 2.2.1 – Definição ..................................................................................................................... 23 2.2.2 – Composição do vidro ................................................................................................... 23 2.2.3 – Propriedades físicas do vidro ........................................................................................ 25 2.2.4 – Propriedades térmicas do vidro .................................................................................... 30 2.2.5 – Outras propriedades .................................................................................................... 33 2.2.6 – Parâmetros do Vidro .................................................................................................... 35 2.2.7 – Tipos de vidro .............................................................................................................. 41 2.2.8 – Tipos de gases nas câmaras de vidros múltiplos ........................................................... 52 2.2.9 – Tipos de caixilharia para envidraçados.......................................................................... 58 2.2.10 – Tipologia de janelas e portas ...................................................................................... 62 2.2.11 – Dispositivos de proteção e sombreamento de envidraçados ........................................ 65 2.3 – Enquadramento Energético Nacional e Europeu ................................................................... 70 2.3.1 – Políticas Energéticas .................................................................................................... 72 2.3.2 – Diretivas Europeias Relativas ao Desempenho Energético de Edifícios (EPBD) ............... 75 2.3.3 – Legislação Nacional ..................................................................................................... 77 CAPÍTULO 3 : MODELO BASE DE ESTUDO ....................................................................................... 80 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS viii 3.1 – Introdução .......................................................................................................................... 80 3.2 – Aplicação do Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) ..... 80 3.2.1 – Geometria do Modelo Base em Estudo ......................................................................... 81 3.2.2 – Identificação Geográfica ............................................................................................... 83 3.2.3 – Zonamento Climático ................................................................................................... 83 3.2.4 – Levantamento Dimensional .......................................................................................... 86 3.2.5 – Soluções Construtivas Exteriores .................................................................................. 87 3.3 – Soluções de Envidraçados para o caso em estudo ............................................................. 111 CAPÍTULO 4 : ANÁLISE DE RESULTADOS ....................................................................................... 123 4.1 – Indicadores Energéticos .................................................................................................... 123 4.1.1 – Análise do parâmetro Ug ............................................................................................ 133 4.2 – Avaliação do retorno do investimento inicial ....................................................................... 134 4.2.1 – Payback, Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) e Valor Atual Líquido (VAL) .................... 136 CAPÍTULO 5 : CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 146 5.1 – Conclusão da Análise aos Envidraçados ............................................................................ 146 5.2 – Desenvolvimentos Futuros ................................................................................................. 147 Referências Bibliográficas ............................................................................................................... 149 ANEXOS ......................................................................................................................................... 154 A.1 – Identificação e Orientação das Paredes e Vãos .................................................................. 155 A.2 – Palas Horizontais e Verticais de Paredes e Vãos ................................................................. 163 A.3 – Sobreposição de Pisos e Identificação de Pontes Térmicas Planas e Lineares .................... 171 A.4 – Soluções Construtivas da Moradia ..................................................................................... 177 A.5 - Soluções de Envidraçados .................................................................................................. 181 A.5.1 – Envidraçado do Tipo 1 (ENV1) .................................................................................... 182 A.5.2 – Envidraçado do Tipo 2 (ENV2) .................................................................................... 183 A.5.3 – Envidraçado do Tipo 3 (ENV3) .................................................................................... 184 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS xv FIGURA 75 - CORTINA DE PAINEL EM TRILHOS. ................................................................................................................. 70 FIGURA 76 - IMPORTAÇÃO DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS PELA EU (1995-2012). .................................................................... 70 FIGURA 77 - ENERGIA FINAL CONSUMIDA (MILHÕES DE TONELADAS DE PETRÓLEO). ................................................................ 71 FIGURA 78 - ORGANOGRAMA DA LEGISLAÇÃO NACIONAL PARA A CONSTRUÇÃO E QUALIDADE TÉRMICA DOS EDIFÍCIOS. .................. 77 FIGURA 79 - ESCALA DE CLASSIFICAÇÃO ENERGÉTICA DE EDIFÍCIOS DE HABITAÇÃO. .................................................................. 80 FIGURA 80 - ALÇADO PRINCIPAL ................................................................................................................................... 81 FIGURA 81 - ALÇADO POSTERIOR .................................................................................................................................. 81 FIGURA 82 - PLANTA DO PISO TÉRREO ............................................................................................................................ 82 FIGURA 83 - PLANTA DO PISO 1 .................................................................................................................................... 82 FIGURA 84 - ZONAMENTO CLIMÁTICO DA MORADIA.......................................................................................................... 83 FIGURA 85 - ZONAS CLIMÁTICAS DE INVERNO NO CONTINENTE (I1, I2 E I3) .......................................................................... 84 FIGURA 86 - ZONAS CLIMÁTICAS DE VERÃO NO CONTINENTE (V1, V2 E V3) ......................................................................... 85 FIGURA 87 - ÁREAS DAS DIVISÕES DO PISO 1. .................................................................................................................. 86 FIGURA 88 - ÁREAS DAS DIVISÕES DO PISO 0. .................................................................................................................. 86 FIGURA 89 - ÁREA COBERTA EM CONTACTO COM O INTERIOR. ............................................................................................ 86 FIGURA 90 - CORTE TRANSVERSAL DA MORADIA. ............................................................................................................. 86 FIGURA 91 - IDENTIFICAÇÃO DAS PAREDES EXTERIORES DO PISO 1. ...................................................................................... 88 FIGURA 92 - IDENTIFICAÇÃO DAS PAREDES EXTERIORES DO PISO 0. ...................................................................................... 88 FIGURA 93 - ORIENTAÇÃO DAS FACHADAS. ..................................................................................................................... 88 FIGURA 94 - IDENTIFICAÇÃO DOS VÃOS DO PISO 0 E SUA ORIENTAÇÃO. ................................................................................. 89 FIGURA 95 - IDENTIFICAÇÃO DOS VÃOS DO PISO 1 E SUA ORIENTAÇÃO. ................................................................................. 89 FIGURA 96 - REPRESENTAÇÃO DAS TIPOLOGIAS DOS VÃOS. ................................................................................................. 90 FIGURA 97 - REPRESENTAÇÃO DO FATOR SOLAR (G). ......................................................................................................... 91 FIGURA 98 - COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA DE VÃOS ENVIDRAÇADOS. .................................................................... 92 FIGURA 99 - PERCENTAGEM DE CAIXILHO E VIDRO POR M2 ................................................................................................ 94 FIGURA 100 - EXEMPLO PARA DEFINIÇÃO DO FATOR DE SOMBREAMENTO. ............................................................................ 97 FIGURA 101 - FATOR DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS DO HORIZONTE (FH). ................................................................. 97 FIGURA 102 - FATOR DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS HORIZONTAIS, FO ....................................................................... 99 FIGURA 103 - FATOR DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS VERTICAIS, FF. ......................................................................... 101 FIGURA 104 - FATOR DE SOMBREAMENTO PELO CONTORNO DO VÃO, VÃO RECUADO. ........................................................... 102 FIGURA 105 - FATOR DE SOMBREAMENTO PELO CONTORNO DO VÃO, VÃO À FACE. ............................................................... 102 FIGURA 106 - CAIXILHARIA SEM QUADRÍCULA ............................................................................................................... 105 FIGURA 107 - CAIXILHARIA COM QUADRÍCULA ............................................................................................................... 105 FIGURA 108 - CARACTERÍSTICAS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 1 (ENV1). ............................................................................. 112 FIGURA A.1. 1 - TIPOLOGIA DOS VÃOS ......................................................................................................................... 156 FIGURA A.1. 2 - IDENTIFICAÇÃO DAS PAREDES E VÃOS DO PISO 0 ....................................................................................... 157 FIGURA A.1. 3 - IDENTIFICAÇÃO DAS PAREDES E VÃOS DO PISO 1 ....................................................................................... 158 FIGURA A.1. 4 - CONSTITUIÇÃO DAS PAREDES EXTERIORES DO PISO 0 ................................................................................. 159 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS xvi FIGURA A.1. 5 - CONSTITUIÇÃO DAS PAREDES EXTERIORES DO PISO 1 ................................................................................. 160 FIGURA A.1. 6 - ORIENTAÇÃO DAS PAREDES E VÃOS DO PISO 0 ......................................................................................... 161 FIGURA A.1. 7 . ORIENTAÇÃO DAS PAREDES E VÃOS DO PISO 1 ......................................................................................... 162 FIGURA A.2. 1 - PALAS HORIZONTAIS DAS PAREDES E VÃOS (CORTE AA') ............................................................................ 164 FIGURA A.2. 2 - PALAS HORIZONTAIS DAS PAREDES E VÃOS (CORTE BB') ............................................................................ 165 FIGURA A.2. 3 - PALA HORIZONTAL DA PAREDE PE6 (ALÇADO NORDESTE) ......................................................................... 166 FIGURA A.2. 4 - PALAS HORIZONTAIS DE PAREDES E VÃOS (ALÇADO SUDOESTE) ................................................................... 167 FIGURA A.2. 5 - PALAS VERTICAIS DE PAREDES E VÃOS DO PISO 0 ...................................................................................... 168 FIGURA A.2. 6 - PALAS VERTICAIS DAS PAREDES E VÃOS DO PISO 1 .................................................................................... 169 FIGURA A.3. 1 - SOBREPOSIÇÃO DE PISOS ..................................................................................................................... 172 FIGURA A.3. 2 - IDENTIFICAÇÃO DAS PONTES TÉRMICAS PLANAS E LINEARES DO PISO 0 .......................................................... 173 FIGURA A.3. 3 - IDENTIFICAÇÃO DAS PONTES TÉRMICAS PLANAS E LINEARES DO PISO 1 .......................................................... 174 FIGURA A.5. 1 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 1 (ENV1) - CALUMEN III ........................................................... 182 FIGURA A.5. 2 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 2 (ENV2) - CALUMEN III ........................................................... 183 FIGURA A.5. 3 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 3 (ENV3) - CALUMEN III ........................................................... 184 FIGURA A.5. 4 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 4 (ENV4) - CALUMEN III ........................................................... 185 FIGURA A.5. 5 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 5 (ENV5) - CALUMEN III ........................................................... 186 FIGURA A.5. 6 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 6 (ENV6) - CALUMEN III ........................................................... 187 FIGURA A.5. 7 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 7 (ENV7) - CALUMEN III ........................................................... 188 FIGURA A.5. 8 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 8 (ENV8) - CALUMEN III ........................................................... 189 FIGURA A.5. 9 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 9 (ENV9) - CALUMEN III ........................................................... 190 FIGURA A.5. 10 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 10 (ENV10) - CALUMEN III ..................................................... 191 FIGURA A.5. 11 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 11 (ENV11) - CALUMEN III ..................................................... 192 FIGURA A.5. 12 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 12 (ENV12) - CALUMEN III ..................................................... 193 FIGURA A.5. 13 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 13 (ENV13) - CALUMEN III ..................................................... 194 FIGURA A.5. 14 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 14 (ENV14) - CALUMEN III ..................................................... 195 FIGURA A.5. 15 - PARÂMETROS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 15 (ENV15) - CALUMEN III ..................................................... 196 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS xvii LISTA DE TABELAS TABELA 1 - COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR ................................................................................................................ 30 TABELA 2 - PONTOS DE TENSÃO TÍPICOS DO VIDRO ........................................................................................................... 31 TABELA 3 - CALOR ESPECÍFICO DOS MATERIAIS. ................................................................................................................ 32 TABELA 4 - EXPANSÃO TÉRMICA DOS MATERIAIS. ............................................................................................................. 32 TABELA 5 - COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA (U) TÍPICOS DE VIDROS DUPLOS. .............................................................. 54 TABELA 6 - CONDUTIVIDADE TÉRMICA ............................................................................................................................ 57 TABELA 7 - CARACTERÍSTICAS DE SISTEMAS DE CAIXILHARIA HÍBRIDA. .................................................................................... 61 TABELA 8 - COORDENADAS DA MORADIA EM ESTUDO. ....................................................................................................... 83 TABELA 9 - CRITÉRIOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ZONA CLIMÁTICA DE INVERNO .................................................................... 84 TABELA 10 - DADOS PARA CLASSIFICAÇÃO DA ZONA CLIMÁTICA DE INVERNO. ......................................................................... 84 TABELA 11 - CRITÉRIOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ZONA CLIMÁTICA DE VERÃO ..................................................................... 85 TABELA 12 - DADOS PARA CLASSIFICAÇÃO DA ZONA CLIMÁTICA DE VERÃO. ............................................................................ 85 TABELA 13 - LEVANTAMENTO DIMENSIONAL DA MORADIA. ................................................................................................ 87 TABELA 14 - VALORES DAS RESISTÊNCIAS TÉRMICAS SUPERFICIAIS, RSE E RSI . ........................................................................ 88 TABELA 15 - CARACTERIZAÇÃO DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS. ................................................................................................ 90 TABELA 16 - PERCENTAGEM DE VIDRO E CAIXILHO POR VÃO ENVIDRAÇADO. .......................................................................... 93 TABELA 17 - VALORES PARA A RESISTÊNCIA TÉRMICA ADICIONAL DEVIDO À PROTEÇÃO SOLAR ATIVADA, ∆R. ................................ 95 TABELA 18 - VALORES DO FATOR DE SOMBREAMENTO DO HORIZONTE (FH) NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO. ............................... 98 TABELA 19 - FATORES DE SOMBREAMENTO DO HORIZONTE, FH, RELATIVOS AO CASO EM ESTUDO. ............................................. 98 TABELA 20 - VALORES DOS FATORES DE SOMBREAMENTO DE ELEMENTOS HORIZONTAIS, FO, NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO. ......... 99 TABELA 21 - FATORES DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS HORIZONTAIS PARA A ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO, FO, DO CASO EM ESTUDO. ....................................................................................................................................................... 100 TABELA 22 - VALORES DOS FATORES DE SOMBREAMENTO DE ELEMENTOS HORIZONTAIS, FO, NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO. .... 100 TABELA 23 - FATORES DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS HORIZONTAIS PARA A ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO, FO, DO CASO EM ESTUDO. ....................................................................................................................................................... 101 TABELA 24 - VALORES DOS FATORES DE SOMBREAMENTO DE ELEMENTOS VERTICAIS, FF, NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO. ............ 103 TABELA 25 - FATORES DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS VERTICAIS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO, PARA O CASO EM ESTUDO. 103 TABELA 26 - VALORES DOS FATORES DE SOMBREAMENTO DE ELEMENTOS VERTICAIS, FF, NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO. .......... 104 TABELA 27 - FATORES DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS VERTICAIS NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO, PARA O CASO EM ESTUDO. ................................................................................................................................................................... 104 TABELA 28 - FRAÇÃO ENVIDRAÇADA, FG. ..................................................................................................................... 105 TABELA 29 - FATOR DE CORREÇÃO DA SELETIVIDADE ANGULAR DOS ENVIDRAÇADOS NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO, FW,V. ....... 106 TABELA 30 - FATOR DE CORREÇÃO DA SELETIVIDADE ANGULAR, FW, DOS ENVIDRAÇADOS EM ESTUDO, SEGUNDO A RESPETIVA ORIENTAÇÃO. ................................................................................................................................................. 106 TABELA 31 - VALORES CORRENTES DO FATOR SOLAR DE VÃOS ENVIDRAÇADOS COM VIDRO CORRENTE E DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO SOLAR GTVC (TABELA PARCIAL). ......................................................................................................................... 107 TABELA 32 - TIPOS DE PROTEÇÃO SOLAR EXTERIOR. ........................................................................................................ 108 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS xviii TABELA 33 - FRAÇÃO DE TEMPO EM QUE OS DISPOSITIVOS MÓVEIS SE ENCONTRAM ATIVADOS, FMV. ....................................... 110 TABELA 34 - VALORES DA FRAÇÃO DE TEMPO EM QUE OS DISPOSITIVOS MÓVEIS SE ENCONTRAM ATIVADOS, FMV, PARA A MORADIA EM ESTUDO. ....................................................................................................................................................... 110 TABELA 35 - PARÂMETROS DE CALCULO PARA TODOS OS VÃOS, UTILIZANDO O ENVIDRAÇADO DO TIPO 1, NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO. ............................................................................................................................................ 114 TABELA 36 - PARÂMETROS DE CÁLCULO PARA O ENVIDRAÇADO DO TIPO 1 PARA A ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO. ......................... 115 TABELA 37 - PARÂMETROS INTRODUZIDOS NA FERRAMENTA DE CÁLCULO RELATIVO AO ENV1. ............................................... 116 TABELA 38 - BALANÇO ENERGÉTICO DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 1 (ENV1). ........................................................................ 116 TABELA 39 - TABELA RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS NA FERRAMENTA DE CÁLCULO (ENV1 A ENV7). ............................... 118 TABELA 40 - TABELA RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS NA FERRAMENTA DE CÁLCULO (ENV8 A ENV15). ............................ 119 TABELA 41 - PREÇOS DA ELETRICIDADE EM PORTUGAL PARA UTILIZADORES DOMÉSTICOS. ...................................................... 120 TABELA 42 - PREVISÃO DOS PREÇOS DA ELETRICIDADE EM PORTUGAL PARA UTILIZADORES DOMÉSTICOS. .................................. 120 TABELA 43 - ÁREAS DE ENVIDRAÇADO EM CADA VÃO. ..................................................................................................... 121 TABELA 44 - PREÇOS DOS ENVIDRAÇADOS..................................................................................................................... 122 TABELA 45 - PARÂMETROS ENERGÉTICOS DE CADA TIPO DE ENVIDRAÇADO. ......................................................................... 123 TABELA 46 - PARÂMETROS ENERGÉTICOS DE CADA TIPO DE ENVIDRAÇADO NORMALIZADOS. ................................................... 129 TABELA 47 - RESULTADOS HIPOTÉTICOS SE O UG DO ENV1 FOR IGUAL AO UG DO ENV2. ..................................................... 133 TABELA 48 - TAXA DE INFLAÇÃO NA ZONA EURO E PORTUGAL (1998 A 2019). .................................................................. 135 TABELA 49 - CUSTO INICIAL E ACRÉSCIMO DE CUSTO PARA CADA TIPO DE ENVIDRAÇADO. ....................................................... 136 TABELA 50 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 1 ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ............................. 137 TABELA 51 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 2 (ENV2) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 138 TABELA 52 - ENVIDRAÇADOS COM MENOS DE 25 ANOS DE PAYBACK DESCONTADO (RETORNO). ............................................. 140 TABELA 53 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 11 (ENV11) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 140 TABELA 54 - ENVIDRAÇADOS COM MAIS DE 25 ANOS DE PAYBACK DESCONTADO (RETORNO). ................................................. 142 TABELA 55 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 9 (ENV9) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 142 TABELA 56 - RESUMO DOS INDICADORES FINANCEIROS DE TODOS OS TIPOS DE ENVIDRAÇADOS. .............................................. 144 TABELA A.2. 1 - PALAS HORIZONTAIS E VERTICAIS DAS PAREDES ........................................................................................ 170 TABELA A.3. 1 - SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS DAS PONTES TÉRMICAS PLANAS ......................................................................... 175 TABELA A.3. 2 - MEDIDAS DAS PONTES TÉRMICAS LINEARES ............................................................................................. 176 TABELA A.4. 1 - CONSTITUIÇÃO DAS PAREDES EXTERIORES. .............................................................................................. 178 TABELA A.4. 2 - CONSTITUIÇÃO DOS PAVIMENTOS INTERIORES EM CONTACTO COM O INTERIOR. ............................................. 179 TABELA A.4. 3 - CONSTITUIÇÃO DA COBERTURA E PAVIMENTOS INTERIORES EM CONTACTO COM ESPAÇOS NÃO ÚTEIS (ENU). .... 180 TABELA A.7. 1 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 4 (ENV4) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 230 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS xix TABELA A.7. 2 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 5 (ENV5) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 231 TABELA A.7. 3 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 6 (ENV6) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 232 TABELA A.7. 4 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 7 (ENV7) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 233 TABELA A.7. 5 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 8 (ENV8) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 234 TABELA A.7. 6 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 10 (ENV10) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 235 TABELA A.7. 7 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 12 (ENV12) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 236 TABELA A.7. 8 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 13 (ENV13) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 237 TABELA A.7. 9 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 14 (ENV14) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 238 TABELA A.7. 10 - CUSTOS ANUAIS DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 15 (ENV15) E SEUS INDICADORES, ASSOCIADOS AO SEU DESEMPENHO ENERGÉTICO. ................................................................................................................................................. 239 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS xx LISTA DE GRÁFICOS GRÁFICO 1 - RELAÇÃO DE VALORES DE QSOL,V COM O FATOR SOLAR G. ............................................................................. 124 GRÁFICO 2 - RELAÇÃO DE VALORES DE HEXT COM O COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA DO VIDRO UG. ............................. 124 GRÁFICO 3 - NECESSIDADES ENERGÉTICAS (NIC, NVC E NTC) E FATOR SOLAR (G). ................................................................. 125 GRÁFICO 4 - RELAÇÃO DO FATOR SOLAR (G) COM AS NECESSIDADES NOMINAIS ANUAIS DE ENERGIA ÚTIL PARA AQUECIMENTO (NIC) ................................................................................................................................................................... 125 GRÁFICO 5 - RELAÇÃO DO FATOR SOLAR (G) COM AS NECESSIDADES NOMINAIS ANUAIS DE ENERGIA ÚTIL PARA ARREFECIMENTO (NVC). ................................................................................................................................................................... 126 GRÁFICO 6 - RELAÇÃO ENTRE O FATOR SOLAR (G) E AS NECESSIDADES NOMINAIS ANUAIS GLOBAIS DE ENERGIA PRIMÁRIA (NTC). ... 126 GRÁFICO 7 - RELAÇÃO DA TRANSMISSÃO ENERGÉTICA COM O FATOR SOLAR (G). .................................................................. 127 GRÁFICO 8 - RELAÇÃO DE VALORES DAS NECESSIDADES ENERGÉTICAS DE CADA TIPO DE ENVIDRAÇADO. ..................................... 128 GRÁFICO 9 - COMPARAÇÃO DO PREÇO/M2 COM AS NECESSIDADES NOMINAIS GLOBAIS ANUAIS DE ENERGIA PRIMÁRIA, NTC......... 128 GRÁFICO 10 - RELAÇÃO DO PREÇO DOS ENVIDRAÇADOS COM AS NTC. ................................................................................ 130 GRÁFICO 11 - COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE ENVIDRAÇADOS COM CUSTO DE 86 E 92 €/M2. .................................... 130 GRÁFICO 12 - COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE ENVIDRAÇADOS COM CUSTO DE 97 €/M2. ........................................... 131 GRÁFICO 13 - COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE ENVIDRAÇADOS COM CUSTO DE 101 €/M2. ......................................... 131 GRÁFICO 14 - COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE ENVIDRAÇADOS COM CUSTO DE 104 €/M2. ......................................... 132 GRÁFICO 15 - COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE ENVIDRAÇADOS COM CUSTO DE 119 €/M2. ......................................... 132 GRÁFICO 16 - PAYBACK SIMPLES E DESCONTADO DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 2 (ENV2). ........................................................ 139 GRÁFICO 17 - PAYBACK SIMPLES E DESCONTADO DO ENVIDRAÇADO DO TIPO 9 (ENV9). ........................................................ 144 GRÁFICO 18 - PAYBACK SIMPLES E DESCONTADO. ........................................................................................................... 145 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 1 CAPÍTULO 1 : INTRODUÇÃO 1.1 – ENQUADRAMENTO As alterações climáticas têm vindo a ser identificadas como uma das maiores ameaças ambientais, sociais e económicas que a humanidade enfrenta na atualidade, com consequências drásticas para a vida no planeta, mas a questão do que fazer a respeito destas ameaças, permanece controversa. Países em todo o mundo reconheceram o imperativo de agir sobre as mudanças climáticas com o Acordo de Paris em 2015, comprometendo-se a reduzir a poluição por gases com efeito de estufa (GEE). Assim, o Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC), que sintetiza o consenso científico sobre o assunto, estabeleceu uma meta de manter o aquecimento abaixo de 2ºC e traçar um limite de aquecimento ainda mais baixo de 1.5ºC. A temperatura média da superfície da Terra aumentou 0.85 °C desde a década de 1850, estando previsto um aumento entre 1.8°C a 4°C até ao ano de 2100, significando isto, que o aumento verificado na temperatura desde a época pré-industrial seria superior a 2ºC. Para além deste limite, podem ocorrer alterações irreversíveis e catastróficas [1]. A atual tendência de aquecimento global poderá originar extinções de inúmeras espécies vegetais e animais, já enfraquecidas pela poluição e pela perda dos seus habitats que não deverão sobreviver nos próximos cem anos. Os seres humanos, embora não enfrentem ameaças idênticas, estarão sujeitos às mais diversas adversidades, como tempestades severas, inundações e secas, que serão cada vez mais frequentes, indicando que os cenários previstos pelos especialistas são cada vez mais uma realidade. Também, o nível médio do mar subiu entre 10 a 20 centímetros durante o século XX, e um aumento adicional de 18 a 59 centímetros é esperado até ao ano de 2100. As temperaturas elevadas provocam a expansão do volume do oceano e o derretimento de glaciares e as calotas de gelo aumentam ainda mais o nível da água. Se o pior cenário previsto for alcançado, o mar pode inundar as costas densamente povoadas de países como o Bangladesh, provocar o desaparecimento total de algumas nações (como o estado da ilha das Maldivas), privar biliões de pessoas de reservas de água doce, e estimular migrações em massa [2]. A principal causa para a subida abrupta do termómetro é um século e meio de industrialização, a queima de quantidades cada vez maiores de combustíveis fósseis, como a gasolina e carvão, o corte das florestas, e a utilização de certos métodos de cultivo, as monoculturas. Estas atividades têm aumentado a quantidade de gases de efeito estufa na atmosfera, principalmente o dióxido de carbono (CO2), metano ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 2 e óxido nitroso, responsáveis pelo aumento da temperatura global a níveis elevados e pela alteração do clima (os últimos anos foram os mais quentes já registados, sendo que 2016 e 2020 foram os anos mais quentes até à data) e consequente diminuição da camada de ozono. A camada de ozono é uma camada natural de gás na atmosfera superior que protege os seres humanos e outros seres vivos da radiação ultravioleta (UV) prejudicial do sol, funcionando como um filtro da radiação UV e, portanto, crucial para a vida na Terra [3]. Com a entrada em vigor dos novos regulamentos, na área do consumo energético de edifícios, nomeadamente a introdução do sistema de certificação energética de edifícios (SCE), foram renovados os desafios no que respeita à caracterização do comportamento térmico do parque construtivo. O consumo energético dos edifícios e as consequentes emissões de CO2 para a atmosfera, responsáveis por importantes impactos ambientais, têm estado em contínua ascensão, pelo que se torna fundamental exigir aos edifícios o cumprimento de requisitos mínimos de eficiência energética. Em Portugal, 29% da energia final (2006) e 62% da energia elétrica é consumida nos edifícios [4]. Os maiores impactes ambientais em termos energéticos são observados na fase de utilização de um edifício, a fase que se estende por mais tempo durante o ciclo de vida (superior a 50 anos). Torna-se indispensável, a escolha e instalação de vãos envidraçados mais eficientes do ponto de vista da sua contribuição para a redução dos consumos energéticos dos edifícios e importante redução das emissões de CO2 para a atmosfera [1] [5]. Neste contexto, o conhecimento do comportamento energético dos vãos envidraçados nos edifícios, adquire particular importância, na procura de uma maior eficiência energética. Como consequência do sistema de certificação energética de edifícios (SCE), assiste-se à necessidade de criar estruturas capazes de reduzir o consumo energético e melhorar o conforto térmico no interior das habitações, onde os vãos envidraçados representam uma parte importante no que respeita à qualidade de vida e do conforto nos edifícios, pois atuam como verdadeiros filtros das condições físicas entre o exterior e o interior. A prioridade é procurar e detalhar informação e procedimentos de análise que permitam projetos de vãos envidraçados rentáveis para qualquer tipo de edificação, essencialmente residencial, agregando a legislação vigente, aspetos ambientais, produtivos e económicos. Na Europa, a preocupação com os impactes ambientais foi ganhando volume, levando à criação e atualizações constantes de Diretivas por parte do Parlamento Europeu, relativas ao desempenho energético dos edifícios, transpostas para o ordenamento jurídico nacional, através de Decretos-Lei, obrigando a que os edifícios tivessem requisitos mínimos de eficiência energética. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 3 Tendo como ponto de partida os objetivos traçados para uma maior eficiência energética dos edifícios, esta dissertação irá ser focada no estudo e análise de diferentes tipos de envidraçados, relacionando as suas diferentes características, e que implicações têm, no consumo de energia das habitações, em particular, no estudo de uma moradia em Portugal Continental. Este estudo irá seguir o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios (REH), quadro legislativo nacional atualmente em vigor, para a certificação energética de edifícios de habitação. 1.2 – OBJETIVOS A crescente evolução na qualidade e eficiência dos vidros, e diminuição dos custos de aquisição, provocou uma maior tendência na utilização do vidro na construção, quer a nível arquitetónico, quer a nível técnico. São cada vez mais e maiores, os vãos envidraçados nas habitações, o que representa um aumento da percentagem de vidro nas fachadas dos edifícios, oferecendo mais iluminação natural à habitação (menos necessidade de iluminação elétrica), criando uma maior ligação visual do interior com o exterior, tornando assim um ambiente mais leve e menos cansativo para os seus utilizadores. Este crescimento da área dos vãos envidraçados na construção, implica cuidados importantes na escolha de envidraçados com capacidade de não permitir trocas térmicas significativas, entre o ambiente exterior e interior, não prejudicando assim, o consumo de energia e mantendo o conforto térmico aos seus utilizadores. A presente dissertação tem como objetivo principal, o de avaliar e comparar soluções de diferentes envidraçados num mesmo projeto, relacionando o balanço energético das diferentes soluções, quer a nível de desempenho térmico como económico, tentando perceber a possibilidade de definir uma solução ótima/melhor de envidraçado, na fase de projeto. Assim, numa fase final, serão analisados e comparados os resultados obtidos entre os diferentes tipos de envidraçados, permitindo desta forma, avaliar a respetiva influência no balanço energético na habitação, e o seu custo-benefício em cada solução. Somente o objeto vidro será caso de estudo nesta dissertação, mantendo-se constantes os restantes elementos constituintes dos vãos envidraçados, tentando perceber de que forma os diferentes parâmetros dos envidraçados influenciam os gastos energéticos na habitação. Custo mais elevado do envidraçado, significa melhor solução? Em que tipo de solução deveremos nós investir, para beneficiar no futuro? Trará vantagens ou não a nível de eficiência energética? Algumas das questões que esta dissertação tem como objetivo responder. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 4 1.3 – METODOLOGIA A realização desta dissertação, foi feita em duas partes distintas, onde numa primeira fase foi desenvolvido um trabalho de pesquisa de informação relativa ao vidro, fachadas envidraçadas e eficiência energética, com o objetivo de perceber por que caminho seguir nesta dissertação e quais os campos com matéria de interesse para alcançar os objetivos traçados. Foi também importante perceber quais os estudos já anteriormente realizados com o tema dos envidraçados e qual a informação importante neles contida, para esta dissertação. Houve um esforço por tentar reter mais informação nacional, mas foi necessário também, realizar uma pesquisa mais abrangente e internacional, visto a escassez de informação a nível nacional. Era tido como objetivo, o de aplicar o estudo numa moradia comum em Portugal, tendo para isso, selecionado o projeto de uma moradia unifamiliar em fase de construção (2018), tipologia T3, com 190 m2 de área e perto da zona de residência, para uma maior facilidade de recolha de informação. Ao mesmo tempo, foram realizadas tentativas de contacto com fabricantes nacionais de vidro, com o objetivo de obter informações mais relevantes sobre diferentes tipos de envidraçados e suas possíveis aplicações no caso de estudo. Das várias tentativas, só foi obtida uma resposta por parte da empresa Covipor, pertencente ao grupo Saint-Gobain. Do contacto estabelecido, e após algumas reuniões com responsáveis da empresa, foram sugeridos 15 tipos de soluções de envidraçados, possíveis de aplicar ao caso de estudo, sendo que a solução mais simples iria servir como solução base de comparação com os restantes tipos de envidraçados. Reunidas todas as informações relativamente aos envidraçados, avançou-se para uma segunda fase, mais prática, onde foram determinados e organizados os dados necessários para o cálculo do balanço energético da moradia em estudo, utilizando para isso, a ferramenta de cálculo dinâmico do Itecons, para cada diferente tipo de solução de envidraçado, mantendo os restantes parâmetros inalterados. A cada tipo de envidraçado, corresponderam balanços energéticos diferentes, sendo depois alvo de comparação e análise, os resultados obtidos. Na parte final deste estudo, foi feita uma previsão dos custos futuros associados a cada envidraçado, onde conjugados com o desempenho energético de cada um, resultaria numa melhor ou pior solução a aplicar na moradia. O objetivo desta comparação, foi o de determinar, qual o custobenefício de cada tipo de solução de envidraçado, tornando a sua escolha mais assertiva. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 11 Figura 5 - Jardin des Plantes - Estufa Australiana (Paris, 1834-1836) As estufas do Jardin des Plantes serviram de inspiração para o Palácio de Cristal inglês, construído nos mesmos moldes, porém, com dimensões bem maiores, para a Grande Exposição de 1851, em Londres, Inglaterra. Antes disso, foram construídas algumas estufas, nomeadamente a Palm House (Figura 6), a primeira estufa construída em 1844, de larga escala no Royal Botanical Garden, em Kew, Londres (1844-1848), por Richard Turner de acordo com os projetos de Decimus Burton. Foi também o primeiro grande uso estrutural de ferro forjado [11]. Figura 6 - Palm House, Kew, Londres (1844-1848) Mais tarde, no ano de 1851, foi construído em Hyde Park, Londres, o Crystal Palace Paxton ou Palácio de Cristal (Figura 7), responsabilidade do jardineiro e paisagista Joseph Paxton, especialista em construir estufas de vidro. Com uma extensão de 72000 m2, sustentada por mais de 3 mil colunas de ferro, fechada com 300 mil placas de vidro encaixadas nas estruturas metálicas existentes nesta estufa gigante. Seria deslocado mais tarde para outra localização de Londres (Sydenham Hill), onde por décadas foi uma grande atração da capital inglesa até 1936, onde um grande incendio consumiu a edificação [8]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 12 Figura 7 - Palácio de Cristal, Londres (1851) No século XX, a tendência na utilização do vidro na construção, foi crescente até aos dias de hoje. Exemplos disso, são a construção do Pavilhão de Vidro (Figura 8), para a exibição de 1919, em Colônia, Alemanha, pelo arquiteto Bruno Taut. O Pavilhão de Vidro ou "Glashaus" foi um dos primeiros edifícios de exibição projetados como um mecanismo para criar experiências vívidas, onde as pessoas seriam capazes de sentir, tocar e principalmente ver [11]. A estrutura era um marco colorido da exposição, construído com betão e vidro. A cúpula tinha uma camada externa de vidro duplo, com prismas de vidros coloridos por dentro e vidro refletivo por fora. Nas fachadas, foram embutidas placas de vidro coloridas que agiam como espelhos. O objetivo deste edifício sem função, com essa arquitetura, incluiria as outras artes da pintura e da escultura, para obter uma expressão nova e unificada, demonstrando o potencial de diferentes tipos de vidro para arquitetura. Figura 8 - Pavilhão de Vidro, Exibição de Colônia, Alemanha (1914) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 13 Mestre do minimalismo e pioneiro da arquitetura moderna, ao lado de Le Corbusier, Walter Gropius e Frank Lloyd Wright, Ludwig Mies van der Rohe ajudou a criar um estilo de arquitetura característico do século XX: com muita luz e simplicidade, aço industrial e vidro temperado, espaços abertos e sem obstáculos. Autor da célebre frase “less is more”, os edifícios da sua maturidade criativa fazem uso de materiais modernos, como o aço industrial e o vidro para definir os espaços interiores, e a aparência exterior de suas obras. Exemplos da importância do vidro nas suas obras, são o projeto do primeiro arranha-céus de Berlin, em Friedrichstrasse, no ano de 1921 (Figura 9), que nunca iria vir a ser construído, a Villa Tugendhat (1930) (Figura 10), a Casa Farnsworth (1945-1951) (Figura 11), com grandes aberturas contínuas em vidro, do piso ao teto, a fim de permitir visualizar o exterior do interior e vice-versa [11]. Figura 9 - Projeto do Arranha-céus, Friedrichstrasse (Berlin, 1921) Figura 10 - Interior e Exterior da Villa Tugendhat em Brno, Républica Checa (1928-1930) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 14 Figura 11 - Casa Farnsworth, Illinois, E.U.A. (1945-1951) De destacar também projetos mais arrojados da arquitetura moderna, em vários pontos do mundo, com a construção de vários edifícios altos, tendo sempre o uso do vidro como principal material de revestimento destas obras. Também pela mão de Mies, com colaboração de Philip Johnson, nasce o Edifício Seagram (Figura 12), com 38 andares, construído em Nova Iorque, nos E.U.A. (1958) [12]. Figura 12 - Edifício Seagram em Nova Iorque, E.U.A. (1958) Não só pelas obras de Mies, se define a tendência do uso do vidro como parte da arquitetura dos edifícios do século XX, também outros arquitetos surgiram com ideais semelhantes aos de Mies. Exemplo disso são algumas obras de Philip Johnson, como a Casa de Vidro (Glass House) (Figura 13), construída em 1949, onde contempla todas as suas fachadas em vidro transparente, que seria a sua moradia por 30 anos [13]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 15 Figura 13 - Casa de Vidro (Glass House), em Connecticut, E.U.A. (1949) Mais tarde, em 1980, com a maior construção do mundo em vidro, a Catedral de Cristal (atualmente, Catedral de Cristo) (Figura 14), e em 1984, a conclusão do complexo de 6 edifícios, o PPG Place (Figura 15) (Pittsburgh Plate Glass Company) , com 19750 peças de vidro. Figura 14 - Catedral de Cristal na Califórnia, E.U.A (1980) Figura 15 - Complexo PPG Place, Pittsburgh, Pensilvânia (1984) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 16 Será difícil numerar a quantidade de grandes edifícios criados pela mão do Homem, em que o vidro é o seu aliado principal, tanto pela beleza que cria no exterior, como pela possibilidade de criar ambientes mais lúcidos e saudáveis aos seus utilizadores. Mas desde cedo, pela sua fragilidade, custo elevado e menor qualidade, a sua utilização em moradias, foi algo arrojado e impensável. Muito poucas vezes utilizado em grande percentagem nas fachadas de moradias, foi sempre alvo de admiração a sua utilização, como os 3 exemplos referidos atrás, a Villa Tugendhat, a Casa Farnsworth e a Casa de Vidro, casas que ficaram famosas pelas suas fachadas completamente envidraçadas, algo de inovador e ao mesmo tempo controverso para a época. Mas só depois de 1953, com a invenção do processo de flutuação na fabricação do vidro plano, por Pilkington e Bickerstaff, garantiu segurança, alta qualidade e produtividade do vidro. Do ponto de vista histórico, essa inovação foi o início de uma mudança revolucionária na produção em massa de vidro plano para os setores de construção. Mais especificamente, essa inovação eliminou as operações tradicionais de laminação, retificação e polimento da superfície do vidro, criando um produto de vidro plano de alta qualidade e baixo custo. Já nos dias de hoje, com a evolução das propriedades do vidro e menor custos associados, quer a nível de aquisição, quer a nível energético, potenciaram a sua utilização, em edifícios mais simples (moradias, comércio, etc.), possibilitando a criação de vãos envidraçados maiores. A transparência de uma parede de vidro traz a natureza envolvente de uma casa para o seu interior, fornecendo uma conexão pessoal profunda com o ambiente ao redor da casa, não apenas o espaço que ela ocupa. As grandes superfícies envidraçadas estão geralmente associadas a imóveis modernos ou de estilo minimalista, embora não seja prerrogativa dos mesmos. Não é por acaso que uma das características que as pessoas priorizam quando procuram casa é a orientação da mesma em relação ao sol e a amplitude das janelas. Inspirados pelas criações das casas de vidro de Ludwig Mies Van der Rohe e Philip Johnson na década de 1950, surgem cada vez mais, nos dias de hoje, novas casas de vidro, espalhadas em todo o mundo, tendência que cada vez mais é possível, devido à conjugação de equipamentos mais eficientes com envidraçados de maior qualidade, proporcionando conforto numa habitação, com baixos consumos de energia. Alguns destes exemplos, são os apresentados de seguida. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 17 STAHL HOUSE Construída em 1959, a Stahl House (Figura 16) é a famosa casa com paredes de vidro de Hollywood. Mais conhecida por aparecer em vários filmes de Hollywood, a Stahl House foi projetada pelo arquiteto Pierre Koenig. Tornou-se um monumento histórico-cultural de Los Angeles em 1999 e hoje, a casa é considerada uma obra-prima da arquitetura modernista, graças às vistas panorâmicas proporcionadas pelas janelas do chão ao teto [14]. Figura 16 - Stahl House, Los Angeles, Califórnia (1959) HOUSE R 128 House R 128 (Figura 17), de Werner Sobek Architects, construída no ano 2000, apresenta uma casa de vidro com características sustentáveis. A estrutura de 4 apartamentos em Estugarda, Alemanha, é um edifício moderno de vidro, com janelas da frente da casa com vidros triplos, permitindo a entrada de luz natural em todos os cômodos. A fachada frontal da casa apresenta painéis fotovoltaicos que alimentam a casa e a iluminam quando o sol se põe. Além destas características sustentáveis, a casa também possui energia geotérmica e refrigeração. O design modular moderno - incluindo o piso e a fachada de madeira - foi projetado para facilitar a montagem e desmontagem, e também é reutilizável e completamente reciclável [15]. Figura 17 - House R128, Estugarda, Alemanha (2000) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 18 CASA RIETEILAND O escritório de arquitetura de Hans Van Heeswijk Architects, projetou em 2011, esta casa de vidro com o objetivo de trazer muita luz natural e vistas para o exterior. É um edifício simples e retangular, composto por três andares e uma cave, localizado na cidade de Amsterdão, na Holanda. A fachada do lado da rua é fechada por elementos perfurados, enquanto outras seções com painéis de vidro oferecem vistas amplas das áreas circundantes. Van Heeswijk aproveitou a oportunidade para trabalhar com um nível mais alto de ambição em termos de como usar energia, como maximizar o potencial da tecnologia, como responder ao contexto e como ampliar os limites do que é possível [16]. Figura 18 - Casa Rieteiland, Amsterdão, Holanda (2011) ESTÚDIO DO FOTÓGRAFO NUMA CASA DE BARCOS Projetado pelo estúdio de design GH3, em Toronto, Canadá, esta casa à beira do lago mistura-se à paisagem circundante com uma fachada de vidro transparente simples e sofisticada. Construída em 2007, o uso de vidro, metal e granito melhoram significativamente sua eficiência térmica [17]. Figura 19 - Boathouse, Toronto, Canadá (2007) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 19 LA CASA DEL DESIERTO (CASA DO DESERTO) Esta micro casa, com 20 metros quadrados, totalmente envidraçada é um projeto colaborativo de 2018, entre a OFIS Architects, sediada na Eslovênia, engenheiros da Guardian Glass e consultores de energia da AKT II e Transsolar. Ergue-se sobre uma estrutura de madeira, totalmente revestida com vidros triplos, que melhoram o isolamento térmico e acústico, tornando-a numa unidade de habitação energeticamente eficiente, garantindo desta forma uma atmosfera confortável, mesmo em temperaturas extremas dos desertos, garante a OFIS Architects. Localizada no deserto de Gorafe - em Granada, Espanha – está equipada com painéis fotovoltaicos no telhado e um conjunto de baterias que fornecem toda a eletricidade, enquanto um coletor solar produz água quente. Contém um tanque de água instalado e um sistema de filtragem que recicla a água cinzenta para se poder beber. A empresa também instalou isolamento no teto e no piso, e uma pequena unidade de ar condicionado, que pode funcionar com a energia fornecida pelos painéis solares. O objetivo da Guardian Glass, a empresa por trás do projeto, era claro: "Mostrar em primeira mão, durante as quatro estações do ano, a importância do vidro na nossa vida quotidiana", explicou a empresa à Traveler.es [18]. Figura 20 - A Casa do Deserto, deserto de Gorafe, Espanha (2018) CASAS P.A.T.H. (PREFABRICATED ACCESSIBLE TECHNOLOGICAL HOMES) Designer e arquiteto francês, Philippe Starck, uniu-se à empresa de casas pré-fabricadas eslovena Riko para lançar uma nova linha de casas pré-fabricadas, denominadas Casas Tecnológicas Acessíveis Pré-Fabricadas (P.A.T.H.). Finalizada em apenas 6 meses, além de produzir energia, esta casa também consome 30% menos energia que os lares comuns em países frios, garante a empresa construtora Riko. Além de várias formas e tamanhos (34 modelos no total), as residências P.A.T.H podem ser constituídas com paredes de vidro, ou de madeira, ou combinação dos dois materiais. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 20 A tecnologia sustentável opcional inclui painéis solares no telhado, turbina eólica no telhado e um sistema de coleta e filtragem de água da chuva. O tipo de teto, os acessórios internos e os revestimentos também podem ser personalizados de acordo com as necessidades. As casas são construídas para atender ao padrão de energia BEPOS (Bâtiment à Énergie Positive) para edifícios de energia positiva, que é apoiado pelo governo francês. As casas PATH suportam as janelas de vidros triplos e apresentam isolamento de lã de rocha, fibra de vidro ou celulose. A quantidade de isolamento é determinada pela localização em que a casa ficará implantada [19]. Figura 21 - Casa P.A.T.H. VILLA KOGELHOF Esta vila ecológica em Kamperland, Holanda, é constituída por um volume subterrâneo e uma casa de vidro flutuando acima do solo (Figura 22). Pelo projeto de Paul de Ruiter, foi construída em 2013, com o objetivo de ser autossuficiente, gerando a sua própria energia para aquecer a água e reciclar o lixo. Para certificar-se que a Villa Kogelhof seria neutra em energia, a fachada oferece uma contribuição importante, composta por uma camada externa de vidro transparente isolado, do chão ao teto, com cortina interna de tecido-reflexivo ao sol que pode ser enrolado e desenrolado. Quando a cortina está descida, uma cavidade de ar é formada, onde o ar da casa é extraído por um sistema de ventilação central. A casa é aquecida pelo sistema de aquecimento central em combinação com uma bomba de calor. No futuro, a água quente será gerada com o uso de um fogão, usando a madeira das árvores da floresta privada da propriedade. A eletricidade é gerada a partir das células fotovoltaicas no telhado e também por turbinas eólicas [20]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 27 2.2.3.2 - DURABILIDADE QUÍMICA A dureza do vidro corresponde à sua durabilidade química. É usualmente medida na escala de 1 a 4 e determina a resistência à água, ácido e intempéries de água e dióxido sulfúrico. A corrosão natural provocada pelas intempéries pode ser da ordem de 8 microns por ano. Borossilicatos duros são particularmente resistentes ao ácido, e os vidros de soda-cal podem ser feitos para resistirem ao ataque alcalino. A maioria dos vidros, no entanto, são suscetíveis ao cal e soluções concentradas de soda cáustica, são atacados também por ácido hidrosulfúrico e fosfórico, que, como resultado, são usados na águaforte [24]. 2.2.3.3 - DENSIDADE Altas densidades nos materiais proporcionam vantagens em certos aspetos (por exemplo no isolamento acústico), mas é geralmente desvantajoso quando se trata do manuseio, fixação e suporte. A densidade do vidro é de 2.5, ou seja, uma massa de 2.5 kg/m2 de superfície e por milímetro de espessura, para vidros planos. A massa volúmica, expressa no sistema de unidades oficial é de 2500 kg/m3 (1 m2 de vidro com 4 mm, tem assim, uma massa de 10 kg) [23]. A adição de fluidos e modificadores geralmente tem o efeito de aumentar a densidade. 2.2.3.4 - RESISTÊNCIA MECÂNICA A resistência mecânica de uma peça de vidro está diretamente ligada ao estado de superfície. Riscos, mesmos que microscópios, lascas nos bordos ou qualquer outra imperfeição reduzem significativamente a resistência do vidro. A quebra do vidro dá-se pela conjunção de dois fatores: um defeito na superfície que pode se tornar o início de uma fissura e uma força de tração que tende a abrir esta fissura. A resistência de qualquer material é definida pela força como as suas moléculas estão ligadas, no caso do vidro estas ligações são muito fortes, porém, quando há um defeito no vidro como um risco, na ponta deste defeito ocorre uma concentração de tensões que chega a ser muitas vezes superior à tensão que se aplica à peça de vidro como um todo e então esta fissura pode abrir um pouco e ai a tensão na sua ponta aumenta e ela abre mais e assim sucessiva e rapidamente o vidro se parte. A quebra ocorre quando essa fissura atravessa toda a peça [26]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 28 Este princípio é utilizado para cortar chapas de vidro. Com uma ferramenta (Figura 27), é feito um risco no vidro que será o início de uma fissura, fletindo depois o vidro para gerar tensão de tração neste risco e a fissura atravessa a chapa dividindo-a em duas, como demonstrado na Figura 28. Figura 27 - Ferramenta para riscar o vidro a ser cortado. 2.2.3.5 - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO A resistência do vidro à compressão é muito elevada: 1000 N/mm2 (1000 MPa). Significa isto, que para quebrar um cubo de vidro com 1 cm de aresta, a carga necessária é na ordem de 10 toneladas [23]. Figura 28 - Sequência de corte de uma chapa de vidro Legenda: 1. Chapa de Vidro 2. Chapa com risco no local do corte 3. Chapa apoiada para o corte 4. Esforços aplicados e tensão de tração produzida na região do corte 5. A fissura iniciada no risco propaga-se por ação da tensão de tração 6. Chapa cortada em duas ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 29 2.2.3.6 - RESISTÊNCIA À FLEXÃO Um vidro submetido à flexão, fica com uma face em compressão e outra em tração. A resistência à rotura em flexão é na ordem de [23]: - 40 MPa para um vidro float com recozimento; - 120 a 200 MPa para vidro temperado (dependendo da espessura, do acabamento das arestas e do tipo de manufatura). A elevada resistência do vidro temperado é devido ao facto que este tratamento coloca as faces do vidro em forte compressão [23]. 2.2.3.7 - RESISTÊNCIA AO FOGO O desempenho ao fogo de janelas de vidros convencionais é muito pobre. Até recentemente, o uso de vidro aramado para obter integridade dos vidros sujeitos ao fogo, era o único modo efetivo de proporcionar resistência. Agora, no entanto, o uso de materiais fortes de baixa expansão tais como os vidros de borossilicato, e a criação de sistemas sanduíches, incorporando intercamadas resistentes ao fogo, tem transformado o potencial do envidraçado como uma barreira ao fogo [24]. 2.2.3.8 - ELASTICIDADE O vidro é um material perfeitamente elástico, por isso, nunca apresenta deformações permanentes. Contudo, é frágil, o que implica, que se for submetido a uma flexão constante, parte sem apresentar indícios [23]. 2.2.3.9 - MÓDULO DE YOUNG (E) A rigidez é um conceito que depende das qualidades intrínsecas do material de resistir às mudanças de forma, e na forma que o material é encontrado. Uma importante medida de resistência é o esforço de tensão, conhecido como o Módulo de Young (E). Este módulo exprime a força de tração que seria teoricamente necessário aplicar num provete de vidro para lhe provocar um alongamento igual ao seu comprimento inicial. Para o vidro, segundo as normas europeias: E = 7×1010 Pa = 70 GPa [23]. Assim como o betão, o vidro é muito resistente à compressão e pouco resistente à tração, tendo o valor de 100×107Pa e 10×107Pa, respetivamente. Valores teóricos para a resistência à tração do vidro são muitas vezes maiores do que os que podem realmente serem conseguidos num produto ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 30 manufaturado, causado devido a defeitos na superfície. A presença normal de um grande número de micro fissuras na superfície, resultam na resistência prática muito abaixo da teórica, assim a qualidade da superfície é muito mais importante que a composição [24]. 2.2.3.10 - COEFICIENTE DE POISSON Quando o provete é alongado por ação duma tensão mecânica, verifica-se uma retração da sua secção. O coeficiente de Poisson (ν), é a razão entre a retração unitária da secção na direção perpendicular ao sentido do esforço e o alongamento unitário na direção do esforço. Para vidros de construção, o valor do coeficiente ν é de 0.2 [23]. 2.2.3.11 - DILATAÇÃO LINEAR A dilatação linear é expressa por um coeficiente que mede o alongamento expresso em unidades de comprimento para uma variação de 1ºC. Este coeficiente é geralmente dado para um intervalo de temperaturas de 20 a 300ºC. O coeficiente de dilatação linear do vidro é de 9.10-6. Exemplo: Um vidro com 2 m de comprimento (2000 mm), ao aquecer 30ºC verifica um alongamento de 2000 × 9.10-6 × 30 = 0.54 mm. Uma elevação de temperatura de 100ºC para um vidro de 1 m, causa uma dilatação de cerca de 1 mm [23]. A Tabela 1 compara os coeficientes de dilatação de diferentes materiais. Tabela 1 - Coeficiente de dilatação linear (fonte: Saint Gobain) Coeficiente de Dilatação Linear Relação Aproximada com o Vidro Madeira (abeto) 4×10 -6 0.5 Tijolo 5×10-6 0.5 Pedra (cálcica) 5×10-6 0.5 Vidro 9×10-6 1 Aço 12×10 -6 1.4 Cimento (argamassa) 14×10-6 1.5 Alumínio 23×10-6 2.5 Cloreto de polivinil (PVC) 70×10 -6 8 2.2.4 – PROPRIEDADES TÉRMICAS DO VIDRO Propriedades térmicas significantes incluem: • Temperatura máxima de trabalho; • Calor específico; • Condutividade térmica; ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 31 • Expansão térmica; • Tensões de origem térmica. O desempenho mecânico do vidro como um produto de uma fusão e como um material naturalmente quebradiço, é altamente dependente das suas propriedades térmicas. Todos os vidros são caracterizados por três pontos de temperatura, que se relacionam com as viscosidades exibidas: - Ponto de Amolecimento: nesta temperatura o vidro funde prontamente sob carga, e é importante para o processo de manufatura. A viscosidade é de log n = 7.8 poises; - Ponto de Recozimento: é o ponto sobre o qual a tensão do vidro é aliviada rapidamente. A viscosidade é de log n = 13.0 poises; - Ponto de Tensão: é a temperatura sobre a qual é libertada a tensão e o fluxo começa a ter efeito, é a temperatura efetiva de trabalho. A viscosidade é de log n = 14.5 poises [24]. 2.2.4.1 - TEMPERATURA MÁXIMA DE TRABALHO Pontos de tensão típicos são apresentados na Tabela 2. Tabela 2 - Pontos de tensão típicos do vidro Tipo de Vidro Ponto de Tensão Típica Vidros de soda-cal 520ºC Vidros de borossilicato 515ºC Sílica fundida (pyrex) 987ºC De notar que as vantagens do borossilicato não são devido à temperatura de trabalho, mas sim pela resistência ao choque térmico [24]. 2.2.4.2 - CALOR ESPECÍFICO É a medida da quantidade de calor necessário para aumentar a temperatura do material em 1ºC para cada unidade do seu peso. É assim a medida de quanto calor pode ser armazenado no material. O calor específico dos vidros é praticamente constante, variando cerca de 25%, valores de alguns materiais encontram-se na tabela seguinte [24]: ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 32 Tabela 3 - Calor específico dos materiais. Calor Específico (kJ/kg.°C) Vidro 0.85 - 1.00 Alumínio 0.92 Policarbonato 1.26 Água 4.19 2.2.4.3 - CONDUTIVIDADE TÉRMICA Expressa o quão rapidamente o calor passa através de um material, medido em W/m.ºC. Esta propriedade varia muito nos materiais, para o vidro de soda-cal é de 1.02 W/m.ºC, 1.13 W/m.ºC para o borossilicato e 1.38 W/m.ºC, para sílica fundida. São valores muito baixos comparados com 71.0 W/m.ºC do ferro e 218.5 W/m.ºC do alumínio [24]. 2.2.4.4 - EXPANSÃO TÉRMICA É uma propriedade crítica no projeto, tanto por causa da necessidade de criar espaço em torno dos elementos que expandem e por causa dos problemas de diferenças de expansão entre materiais que são combinados para trabalharem juntos num elemento de construção. Vidros com baixo coeficiente de expansão térmica têm intrinsecamente boa resistência ao choque térmico. Os coeficientes de expansão térmica variam num fator de 20, apresentados na Tabela 4 [24]: Tabela 4 - Expansão térmica dos materiais. Tipo de Vidro Expansão Térmica (/°C) Vidros de soda-cal 7.90×10-6 Vidros de borossilicato 3.00×10 -6 Sílica fundida (pyrex) 0.54×10 -6 a 10.00×10 -6 Aço 12.00×10-6 Alumínio 10.00×10 -6 2.2.4.5 - TENSÕES DE ORIGEM TÉRMICA Devido à baixa condutividade térmica do vidro, o aquecimento ou o arrefecimento parcial de um vidro origina tensões no seu seio que podem provocar rotura, neste caso, designada como “rotura térmica”. A ocorrência mais frequente de risco de rotura térmica reporta aos bordos de um vidro ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 33 submetido a forte exposição solar, dado que estão dentro de um caixilho, aquecem mais lentamente que a superfície do vidro. Quando as condições de utilização ou montagem acarretam o risco de um vidro estar submetido a diferenças de temperatura importantes, será necessário tomar determinadas precauções durante a montagem e a produção. Um tratamento complementar (têmpera) permite ao vidro suportar diferenças de temperatura de 150 a 200ºC [23]. 2.2.5 – OUTRAS PROPRIEDADES 2.2.5.1 – VISCOSIDADE Viscosidade é a dificuldade de um líquido escoar, o inverso de fluidez. Esta é a propriedade mais importante para a produção do vidro, que para existir, tem que apresentar alta viscosidade para impedir a cristalização das suas moléculas. A temperatura do forno de fusão é regulada para que o vidro atinja uma viscosidade suficiente para que a massa se homogeneíze e as bolhas presas no interior possam ser libertadas. No início da conformação deve-se ter uma viscosidade suficientemente alta para poder formar uma gota. Se estiver muito fluido, como a água, por exemplo, é impossível dar forma, pois ela escoa muito facilmente, por outro lado, se a viscosidade estiver excessivamente alta, o vidro estará muito duro e será difícil de definir uma forma. A chapa de vidro sobre o banho de estanho deve ter viscosidade suficiente para escoar e formar a folha, mas ao sair do float deve estar rígida o suficiente pra não ser marcada pelos rolos responsáveis pelo seu transporte [26]. 2.2.5.2 - RESISTÊNCIA QUÍMICA Outra propriedade fundamental é a inércia química do vidro, isto é, ele não reage com quase nenhum componente, podendo permanecer numa janela por séculos com o mesmo aspeto de novo. Assim, embalagens de vidro não reagem com os produtos que contêm, da mesma forma, que os vidros em janelas resistem por séculos mantendo as suas superfícies lisas permitindo a passagem de luz [26]. 2.2.5.3 - IMPERMEABILIDADE O vidro é completamente impermeável, protege as janelas contra as intempéries e ao mesmo tempo deixa passar a luz. Como é formado a partir de um líquido, não possui porosidades, o que lhe confere esta característica, impedindo a passagem de contaminantes gasosos ou líquidos [26]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 34 2.2.5.4 - TRANSMISSÃO DE LUZ A transparência é um fenómeno complexo. A natureza da luz e a variação na transmissão e absorção experimentada por materiais diferentes dão aos diferentes vidros seus desempenhos e usos. Um vidro típico tem um coeficiente de transmissão de 60 a 80% entre 400 e 2500 nm. Os vidros coloridos ou tingidos têm uma aparência e desempenho derivando de graus diferentes de absorção e transmissão fornecido por químicos no derretimento. O desempenho de um vidro com um transmissor é um resultado da transmissão seletiva através de bandas de ondas ultravioleta, luz visível e infravermelha. A gama de seletividade de transmissão entre luz e calor é limitado, pelo facto, de que 53% de toda energia na radiação solar está no espectro visível. Portanto, não é possível diminuir a transmissão de radiação total abaixo de 50% sem afetar a transmissão de luz. A cor aparente de um vidro é o resultado da absorção seletiva da gama visível espectral. Adicionando corantes, a transmissão da luz do vidro é reduzida. Vidros comerciais correntes usualmente introduzem corantes ao mesmo tempo que reduzem o conteúdo de óxido de ferro, e assim diminuem a visão [26]. 2.2.5.5 - ISOLAMENTO ACÚSTICO Como um componente de uma parede, o vidro deve satisfazer frequentemente exigências de isolamento acústico. Instalado como uma folha simples o seu desempenho é limitado, mas em sistemas múltiplos podem proporcionar um bom isolamento, particularmente se forem combinadas espessuras de vidro diferentes para controlar as vibrações das frequências críticas e amortecimento seletivo do som em frequências diferentes. Espaçamento adequado (substancialmente maior do que o dos vidros duplos convencionais) com uma camada absorvente do som é necessário para realizar um bom desempenho. Cada placa de um dado material tem uma frequência crítica para a qual vibra muito mais facilmente. O vidro ao nível do isolamento acústico, sofre uma perda de desempenho de 10 a 15 dB. Num vidro de 4 mm de espessura, essa frequência crítica situa-se a 3000 Hz, enquanto que numa placa de gesso de 13 mm ela situa-se a 3200 Hz. O vidro não deve ser considerado isolado como elemento do vão envidraçado, onde o caixilho representa um componente importante no seu desempenho total e consequentemente o caixilho deverá ser compatível com os requisitos pretendidos [24]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 35 Figura 29 - Vidro com qualidades de isolamento acústico. (fonte: Saint-Gobain) 2.2.5.6 - COR A cor nos vidros é gerada por componentes que são dissolvidos na massa durante a sua elaboração. Normalmente são metais que interagem com a luz filtrando algumas cores e deixando passar outras. A cor no vidro, além do aspeto estético, tem a função de filtrar determinadas radiações de luz que sejam indesejáveis. Além da filtragem do ultravioleta, que também desbota mobiliário e tecido, procurase evitar a passagem dos raios infravermelhos, responsáveis pelo aquecimento, onde no inverno, tais ganhos solares são favoráveis e ajudam a reduzir as necessidades energéticas para aquecimento, proporcionando economia de energia despendida com a climatização do interior das residências [24]. 2.2.6 – PARÂMETROS DO VIDRO A transferência de calor numa janela ocorre por quatro fontes ou formas: radiação solar, convecção, radiação térmica (infravermelha) e infiltração de ar, conforme representado esquematicamente na Figura 30. O tipo de vidro e as suas propriedades físicas vão influenciar diretamente no ganho ou perda de calor por radiação e convecção, enquanto as taxas de infiltração de ar dependem mais do nível de vedação proporcionado pela caixilharia [6]. Figura 30 - Formas de transferência de calor em janelas (fonte: Manual Técnico do Vidro Plano para Edificações) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 36 Nos dias de hoje existem variadas possibilidades para combinações dos parâmetros do vidro, podendo o fabricante produzir um vidro à medida necessária e que melhor se ajuste à sua utilização e finalidade. Por isso, é importante definir o que cada parâmetro do vidro se refere ou significa, para uma escolha mais correta do envidraçado. 2.2.6.1 - FATORES LUMINOSOS TRANSMISSÃO LUMINOSA (TL) É a percentagem de luz visível que um vidro consegue transmitir, ou seja, que passa entre a pelicula e o vidro. Quanto maior for a transmissão luminosa, maior será a quantidade de luz visível disponível nos ambientes, tornando-os mais claros. Geralmente, bons produtos conseguem combinar boa transmissão luminosa com características térmicas elevadas [27]. REFLEXÃO LUMINOSA INTERIOR (RLI) E EXTERIOR (RLE) Em física o fenómeno da reflexão consiste na mudança da direção de propagação da energia (desde que o ângulo de incidência não seja 0º). Consiste no retorno da energia incidente em direção à região de onde ela é oriunda, após entrar em contato com uma superfície refletora. A lei da reflexão, diz que durante a reflexão especular o ângulo em que a onda é incidente sobre a superfície é igual ao ângulo a que é refletida. Espelhos exibem reflexão especular [28]. 2.2.6.2 - FATORES ENERGÉTICOS COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA (U) As transferências térmicas através duma superfície por convexão, condução e radiação, exprimemse através do coeficiente U. Este representa o fluxo de calor que atravessa 1 m² da superfície para uma diferença de temperatura de 1 grau entre o interior e o exterior. O valor convencional de U é estabelecido a partir dos coeficientes de troca superficial he e hi [23]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 43 2.2.7.2 – TIPOS DE VIDRO PLANO Os tipos de vidro para os vãos envidraçados na fachada de uma habitação são vários e possuem distintas propriedades físicas e químicas. A cada um estão inerentes determinadas características que se devem pesar consoante o tipo de finalidade que se pretende, o local onde vai ser colocado e sua envolvente, o clima da região, entre outras questões. Na construção civil, o vidro mais utilizado é obtido pelo processo de Float, podendo ser simples, recozido ou monolítico. Já os restantes produtos bases têm uma utilidade mais restrita e específica, tal como o vidro impresso, aramado ou moldado (bloco de vidro e telha). Estes produtos base podem ser transformados em vidro laminado, vidro temperado, vidro duplo entre outros. Para além dos processos mecânicos a que o vidro está sujeito (corte, furação, tratamento de arestas polimento), existem os tratamentos térmicos, que aumentam a sua resistência. É através de um tratamento térmico, designado por têmpera, que resulta o vidro temperado termicamente, o temperado quimicamente e o termo endurecido. De seguida, são apresentamos alguns dos diferentes tipos de vidro mais utilizados na construção. VIDRO SIMPLES (MONOLÍTICO) É o vidro padrão e mais comum, obtido através do processo float com um acabamento liso e que não recebe qualquer tipo de tratamento. Este tipo de vidro está na origem da criação de todos os outros tipos de vidro, motivo que o torna o menos dispendioso. Tem, na sua composição, sílica, potássio, alumina, sódio, magnésio e cálcio. É um vidro que tende a partir-se em fragmentos grandes e irregulares. É também usado por vezes em janelas com vidros duplos ou triplos, separados por um gás, tornando estas janelas mais eficientes energeticamente e com melhor isolamento térmico e acústico [30]. ENVIDRAÇADO MÚLTIPLO A forma mais simples e mais usada de reunir uma unidade de envidraçado múltiplo é usualmente presente através do vidro duplo e triplo. Pelo simples recurso de capturar uma fina fatia de ar seco, com uma condutividade térmica de 0.025 W/m.ºC (comparado ao valor de 1.0 para o vidro sozinho, que já é um condutor pobre), entre duas folhas de vidro, o valor da transmissão térmica de uma janela pode ser reduzido de 5 W/m².ºC para 3 W/m².ºC ou menos. O uso de vidros tingidos, camadas e de gases na cavidade com um desempenho melhor que o ar, tem habilitado o vidro duplo a ser produzido com valores de transmissão térmica de 1.4 W/m².ºC, quase ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 44 o mesmo valor de uma parede dupla de tijolos rebocada. As técnicas de produção dos vidros duplos e triplos têm sido consideravelmente melhoradas nos últimos vinte ou trinta anos. Os maiores problemas de desempenho são físicos, relacionados com a manutenção do ar seco propriamente selado na cavidade. Mais recentemente, têm sido criadas técnicas e sistemas selantes, que usam um agente secante perfurando extrusões de alumínio, usando epoxy , polisulfido ou selantes de butil, ou ainda sistemas de vidros duplos usando polis butileno e um selante secundário de polisulfidio, poliuretano ou silicone. As cavidades podem variar de 4 mm a 20 mm ou mais, para satisfazer as exigências de desempenho. A mistura de vidros claros e tingidos, temperados ou de outra maneira, e muitas vezes com capas, no sistema de envidraçado múltiplo é o que mais tipifica o estado da arte de envidraçados no presente, mas não é de maneira alguma a única técnica usada em vidros compostos [24]. VIDRO TEMPERADO Endurecido, ou temperado, é uma das duas maneiras geralmente usadas para melhorar a resistência do vidro, ao mesmo tempo, alterando as suas características de quebra. Os termos diferem nas diferentes partes do mundo, mas uma distinção é geralmente feita entre o temperado (totalmente temperado) e o semi-temperado. O temperado é necessário para dar uma força genuína ao produto; o semi-temperado é usado para aumentar a resistência ao esforço térmico [24]. O vidro passa por um tratamento térmico que lhe confere maior resistência mecânica (cerca de 4 a 5 vezes superior à do vidro comum). O vidro temperado é submetido a um tratamento térmico de têmpera, ganhando, após este processo uma maior resistência e segurança, já que quando quebrado se fragmenta em pequenos pedaços não cortantes. Estes tipos de vidro são criados a partir do normal vidro float , que é aquecido a 600ºC. A superfície é rapidamente arrefecida enquanto o interior do vidro continua ainda quente. Esta diferença de temperatura entre o interior e o exterior produz diferentes propriedades físicas e que resulta num equilíbrio entre a tensão de compressão na superfície e a tensão de tração no corpo do vidro [30]. Apesar de ser superior em termos de resistência, tem no entanto, a desvantagem significante de não poder ser trabalhado (ser cortado, polir as bordas, ser perfurado) depois do processo de temperamento e deve ser cuidadosamente trabalhado antes do processo [24]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 45 VIDRO TERMO ENDURECIDO Semelhante ao vidro temperado, tem elevada resistência mecânica e térmica. Este vidro pode ser aplicado em guarda-ventos, fachadas, divisórias, entre outros. O vidro termo endurecido (Hs) é submetido a um ciclo de aquecimento e arrefecimento, onde geralmente é duas vezes mais forte que o vidro monolítico com a mesma espessura e configuração. O vidro termo endurecido tem uma compressão de superfície residual entre 3500 e 7500 psi para um vidro de 6 mm. Este tipo de vidro tem melhor resistência ao choque térmico do que o monolítico, mas quando se parte, os fragmentos tendem a ser maiores que aqueles do vidro completamente temperado. É destinado às situações em que se desejar um reforço contra o vento ou a quebra térmica. O vidro termo endurecido não pode ser cortado ou perfurado após o tratamento térmico, pois quaisquer alterações, tais como polimento das bordas ou gravação com ácido, podem causar a quebra do vidro [30]. VIDRO QUIMICAMENTE REFORÇADO Estes vidros são produzidos substituindo iões pequenos da zona superficial do vidro por iões grandes, assim colocando a superfície sob compressão como nos vidros temperados. O processo químico baseia-se na chamada troca iónica, é muito lento e mais indicado para vidros muito finos que não podem ou são muito difíceis de serem temperados [24]. O vidro que foi temperado quimicamente é cinco a oito vezes mais resistente do que o que não teve processo de tempera. É usado correntemente em lentes óticas reforçadas e lâmpadas elétricas [31]. VIDRO LAMINADO Estendem-se desde simples vidros de segurança até complexos sistemas multicamadas e na combinação de vidros e plásticos, constituem um grupo de vidros extremamente importante. Constituído por duas ou mais chapas de vidro solidarizadas através de polivinil butiral (PVB). O princípio básico por trás do uso do vidro laminado é a combinação do vidro rígido e durável, mas quebradiço, com as propriedades elásticas do plástico. A pelicula de PVB é colocada entre duas camadas de vidro (Figura 36), comprimido e então autoclavando em torno de quatro horas a 140ºC sob uma pressão de 120 psi. Este tratamento transforma o PVB numa camada adesiva clara e rija. Existe uma grande gama de produtos disponível e a técnica proporciona campo de ação para a criação, mas o produto mais simples é a folha padrão de 6.4 mm, compreendendo duas folhas de vidro de 3 mm e uma intercamada de 0.4 mm de PVB. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 46 Tais vidros apresentam quatro principais vantagens sobre o uso do vidro plano sozinho [24]: • Segurança: o vidro num envidraçado partido permanecerá aderido à camada de PVB, minimizando o risco de danos e ferimentos (Figura 37); • Garantia: vidros laminados, particularmente produtos multilaminados, podem proporcionar resistência a ataques severos armados ou explosão. Multicamadas de até 100 mm ou mais podem ser produzidos; • Redução Sonora: A camada elástica de PVB proporciona um efeito de amortecimento na pressão das ondas sonoras; • Trabalhabilidade: vidros laminados podem ser cortados ao tamanho depois da manufatura, o que o torna muito conveniente para o uso como envidraçado de segurança simples, onde o tamanho das esquadrias pode variar. Uma gama adicional secundária de características de desempenho pode ser introduzida pelo uso de intercamadas tingidas que o transforma num produto laminado absorvente de calor. Enquanto a laminação com PVB é a mais convencionalmente usada, o sucesso de produtos manufaturados com combinação de camadas estende-se ao uso de outras técnicas e materiais. VIDRO LACADO Tem uma capa de laca na face de trás do vidro. Este vidro é por norma aplicado em revestimento de paredes e mobiliário, conseguindo-se obter uma grande beleza na decoração, como se observa na Figura 38. Por exemplo uma das aplicações mais requisitadas é vidro lacado temperado para cozinhas [30]. Figura 36 – Aspeto da quebra de um vidro laminado. Figura 37 - Constituição das camadas do vidro laminado. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 47 Figura 38 - Exemplos de vidros lacados com várias cores. VIDRO ACÚSTICO Este tipo de vidro, atenua os ruídos do exterior e do interior de edifícios e pode ser aplicado no exterior (fachadas, janelas, coberturas) ou interior (gabinetes, separação de salas). Principalmente nas cidades ou em zonas industriais, o tráfego de viaturas, comboios e outros meios de transporte produzem demasiado barulho, onde a aplicação de um vidro com isolamento acústico, permite a redução de som exterior dentro de um edifício para níveis aceitáveis sem sacrificar a luminosidade necessária dentro desses mesmos edifícios [30]. VIDRO DE CONTROLO SOLAR Vidros de controlo solar são aqueles que possuem um tratamento superficial por meio de um revestimento metálico, impercetível a olho nu, mas que pode dar um aspeto mais refletivo ou mais escurecido ao vidro. Esse revestimento tem a função de minimizar o ganho de calor solar através do vidro, filtrando parte do espectro (Figura 39), que dependendo da composição do revestimento, pode proporcionar baixo ganho de calor por radiação solar, enquanto permite a passagem de luz. Figura 39 - Esquema da filtração do espectro num vidro solar. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 48 Com a tecnologia de revestimento que existe atualmente é possível ter vidros com mesmo desempenho térmico, mas com colorações diferentes. Dessa forma, pode-se ir buscar alta eficiência energética, sem abrir mão da estética, contato visual com o exterior ou privacidade. Em termos gerais, pode-se dizer que o revestimento metálico de vidros de controlo solar funciona como um “filtro” para a radiação solar, permitindo o controlo da transmissão de luz e calor para o ambiente de acordo com o projeto. O revestimento, chamado de coating , pode ser aplicado durante o processo de fabricação com o vidro ainda quente (processo on-line, ou hard-coating) , ou após o vidro pronto (processo off-line ou softcoating ). Dependendo do tipo de revestimento e da sua resistência às intempéries, o vidro de controlo solar deve ser laminado ou insulado para proteger o coating no interior da composição. Além disso, o coating pode ser aplicado ao float incolor e colorido e posteriormente serigrafado. A principal aplicação dos vidros de controlo solar ocorre em janelas, fachadas e coberturas envidraçadas, permitindo maior área de abertura, com menor ganho de calor comparado ao vidro float incolor ou colorido (Figura 40) [6]. Pretende-se assim uma maior conservação de energia e um elevado conforto, minimizando a perdas de energia e condensação interior. Figura 40 - Exemplo do aspeto exterior e interior de um vidro de controlo solar. VIDRO À PROVA DE FOGO A arquitetura hoje em dia foca-se bastante na transparência, no entanto, é necessário manter níveis de segurança nestes tipos de vidro para proteção das pessoas e das suas propriedades, o que leva à utilização de vidro especial, à prova de fogo, de modo a resistir contra possíveis incêndios. Criando um sistema múltiplo, tipicamente usando vidro temperado, com as cavidades preenchidas com um gel polímero, o produto formado resiste à expansão do fogo e proporciona isolamento térmico ao mesmo ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 49 tempo. Neste tipo de sistema a cavidade é preenchida com um gel polímero claro com uma alta percentagem de água (cerca de 75%) e sais inorgânicos. No caso de incêndio, o gel transforma-se numa crosta, que é altamente isolante, e o calor latente da evaporação da água absorve muito da energia calorífera. O vidro no lado do fogo eventualmente quebra a uma temperatura de aproximadamente de 500ºC, mas no momento a crosta é suficientemente forte para manter a integridade do painel. Quando a temperatura do lado do fogo atinge 700ºC, no outro lado do vidro a temperatura está em torno dos 20ºC. Testes mostraram que mesmo após 30 minutos, com a temperatura do lado do fogo acima do 800ºC, o outro lado está com 60ºC, e o painel ainda resiste ao teste de impacto (Figura 41). O peso de um vidro duplo com gel na cavidade é de 50 kg/m² contra 30 kg/m² para uma unidade de vidro duplo sem o gel. Materiais como este, com vidros de borossilicato, que suportam a temperatura enquanto fica muito quente, têm revolucionado a arquitetura de transparência numa época que a preocupação com a segurança é grande [24]. Nunca esquecer, que a caixilharia terá de ir ao encontro da resistência do vidro, e resistir também a altas temperaturas. Figura 41 - Vidro à prova de fogo (teste). VIDRO ANTIBACTERIANO O vidro antibacteriano constitui uma inovação importantíssima no mundo do vidro. Este tipo de vidro elimina 99.9% das bactérias que se depositam na sua superfície e impede a proliferação de fungos. Estas características permitem a instalação de vidro em locais onde as medidas de higiene são de extrema importância para a saúde humana, como no exemplo da Figura 42 [32]. O vidro antibacteriano compreende a difusão de iões de prata nas suas camadas superiores, onde interagem com as bactérias e destroem-nas em 24 horas, desativando o seu metabolismo e ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 50 interrompendo a sua divisão mecânica. O efeito bactericida do vidro segue em curso indefinidamente, mesmo em condições de calor e humidade. Pode ser produzido a partir do vidro float incolor, colorido ou espelhos, podendo ser aplicado em ambientes com atenção especial à saúde, como hospitais, clínicas e laboratórios. Pode ser utilizado também, como material de revestimento de paredes, na composição de divisórias e móveis [24]. Figura 42 - Vidro antibacteriano. VIDRO DE AUTOLIMPEZA O vidro de autolimpeza, é ideal para localizações de difícil acesso para manutenção e limpeza. Através do seu revestimento especial utiliza a própria luz e a chuva para em vez de criar “gotas”, formar uma camada fina que ajuda a remover a sujidade. Na produção do vidro de auto limpeza, o vidro float recebe uma película com partículas de dióxido de titânio (TiO2). A camada de cobertura age de duas formas: na quebra das moléculas orgânicas e, em seguida, na eliminação da poeira inorgânica. A quebra das moléculas orgânicas é feita por meio do processo chamado foto catalítico. Os raios ultravioletas reagem com a cobertura de dióxido de titânio do vidro de autolimpeza e desintegram as moléculas à base de carbono, eliminando totalmente as partículas de sujidade de natureza orgânica. A segunda parte do processo acontece quando a chuva ou um jato de água atingem o vidro. Como é um produto hidrofílico (que absorve bem a água), ao invés de formar gotículas, como nos vidros normais, a água espalha-se igualmente por toda superfície do vidro de autolimpeza, eliminando toda a sujidade (Figura 43). Em comparação com os vidros normais, a água também seca muito mais rapidamente e não deixa as manchas típicas de sujidade do vidro comum [6]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 51 Figura 43 - Exemplo de um vidro normal (esquerda) e de um vidro de autolimpeza (direita). VIDRO À PROVA DE BALA / SEGURANÇA Chamados também de vidros blindados ou anti bala são projetados para oferecer proteção contra disparos de armas de fogo ou objetos lançados contra ele, como é visível na Figura 44. É um vidro multilaminado que protege ambientes e veículos automotores contra disparos de armas de fogo. Cada fabricante deste tipo de vidro pode lançar mão de uma composição específica. Na maioria das vezes, o este tipo de vidro é fabricado por meio de um processo de calor e pressão, que utiliza, intercaladamente, duas ou mais lâminas de vidro, PVB ou resina, poliuretano e lâminas de policarbonato. Todos os itens são unidos, tornando-se resistentes. São estas camadas plásticas entre as lâminas de vidro que amortecem o impacto e aumentam a resistência do material. As espessuras e a quantidade de lâminas variam de acordo com o nível que se deseja proteger [6]. Figura 44 - Exemplo da quebra de um vidro à prova de bala. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 52 VIDRO ARAMADO O vidro aramado tem uma rede quadriculada metálica (em arame) que o segura caso se parta, pelo que também se insere, tal como o vidro laminado e temperado, na categoria dos vidros de segurança (Figura 45). É um vidro muito utilizado em portas corta-fogo e nas saídas de emergência já que a grelha que o compõe inviabiliza que ele se desfaça perante temperaturas altas [33]. São usados métodos de laminação para implantar uma malha de arame no vidro para sustentá-lo junto no caso de quebra, por dano mecânico ou fogo. Pode ser natural ou polido, e tradicionalmente tem tido um lugar importante no projeto de edifícios, sendo um produto que foi cedo considerado conveniente para certos locais de risco [24]. Quando parte, os cacos de vidro permanecem presos à tela metálica, evitando possíveis ferimentos e mantendo o local de instalação fechado [6]. Figura 45 - Vidro Aramado 2.2.8 – TIPOS DE GASES NAS CÂMARAS DE VIDROS MÚLTIPLOS No vidro duplo convencional o gás utilizado no preenchimento do espaço entre as duas superfícies é ar atmosférico normal composto sobretudo por Oxigénio e Azoto, que já proporciona um considerável nível de isolamento térmico e acústico. Mas outro grande avanço em tecnologia de janelas foi a introdução de gás inerte no espaço entre os dois vidros e devida selagem. Gases que por serem maus condutores de calor e terem maior densidade, conferem um poder isolante consideravelmente maior, minimizando a troca de calor por condução, porque têm uma condutividade mais baixa que o ar e sendo mais pesados que o ar, suprimem as correntes de convecção entre os vidros. No grupo dos gases raros, o Árgon, o Crípton e o Xénon preenchem estes requisitos e por não afetarem a transmissão luminosa começaram a ser utilizados na indústria do vidro duplo. Sendo gases ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 59 interior da habitação. Dos diversos tipos de materiais para caixilhos disponíveis no mercado, podemos afirmar que existem 3 tipos principais: caixilhos em alumínio, madeira e PVC (do inglês, polyvinyl chloride) . 2.2.9.1 - CAIXILHARIA EM ALUMÍNIO Talvez seja o material mais usado nos caixilhos de envidraçados, é um material metálico leve, mas muito resistente. Torna o caixilho fácil de instalar, pode ter diversos acabamentos possíveis, além de ser facilmente moldável a qualquer tamanho. Tem como principal vantagem a sua durabilidade, apresentando grande resistência à corrosão e ferrugem, devido ao processo de pintura a que são submetidos normalmente (pintura eletrostática). Outra vantagem do alumínio, é o facto de ser uma opção económica, fácil de projetar e reciclável. Como metal, tem a desvantagem de ter uma condutibilidade térmica elevada, sendo importante usar caixilharia com corte térmico nos caixilhos de alumínio, atenuando desta forma, as trocas de temperatura entre o interior e o exterior da habitação, através do caixilho. O sistema de corte térmico, por rotura da ponte térmica (RPT), consiste na aplicação intercalar entre perfis de alumínio de um perfil de poliamida (componente isolante) que pode ser reforçada com fibra de vidro. Este sistema evita que o perfil de alumínio interior se encontre em contacto com o perfil exterior [44]. Na Figura 51, estão representadas as diferenças de janelas com e sem corte térmico. Figura 51 - Pormenor de caixilharia em alumínio com e sem corte térmico. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 60 2.2.9.2 - CAIXILHARIA EM MADEIRA As caixilharias em madeira, representadas na Figura 52, são bastante tradicionais, tendo sido um dos primeiros materiais a ser utilizado no fabrico de caixilhos, pela sua disponibilidade na natureza e de fácil moldagem nas formas desejadas. Sendo extraído da natureza, a madeira, torna-se um material ecológico, durável com um tempo de vida de cerca de 40 anos, sendo também bastante resistente. Dependendo do tipo de madeira e do tipo de tratamento que recebem, poderá necessitar mais ou menos manutenção, sendo esta uma das desvantagens, a par do seu custo mais elevado, em comparação com outras opções. Tem a vantagem de ter uma baixa condutibilidade térmica ao contrário da caixilharia em alumínio. Figura 52 - Janela com caixilharia em madeira 2.2.9.3 - CAIXILHARIA EM PVC A caixilharia em PVC é a melhor opção na relação preço vs. eficiência térmica. Existem diversos modelos e marcas no mercado, havendo distinções entre modelos mais eficientes e os modelos menos eficientes, sendo geralmente detetado pelo número de camaras de ar existentes nos perfis. As caixilharias em PVC (Figura 53) são feitas a partir de um material chamado Policloreto de Vinilo (PVC com designação em inglês de Polyvinyl Chloride ). Trata-se de um plástico feito a partir da mistura de etileno e cloro, bastante versátil e muito utilizado na construção civil, bem como na fabricação de tubagens, fios, etc. Por se tratar de um plástico, não oxida, o que garante a sua resistência à maresia, calor, humidade, além de que não conduz o frio ou calor para o ambiente interior, sendo de elevada qualidade, resistência e durabilidade, e ao mesmo tempo, possuem excelente desempenho térmico e acústico. O PVC também é impermeável e não desgasta tão facilmente, pois a vida útil deste material é bastante longa. A caixilharia de PVC é de fácil manutenção, uma vez que esta não precisa de pintura ou polimento e a facilidade de se homogeneizar visualmente com a superfície é uma vantagem. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 61 Figura 53 - Pormenor de caixilharia em PVC. 2.2.9.4 - CAIXILHARIA HÍBRIDA A caixilharia híbrida, é composta por dois ou mais materiais, conferindo um bom desempenho, e aliando as melhores qualidades dos diferentes materiais, quando se pretende obter, por um lado, uma boa resistência aos agentes agressivos pelo lado exterior. Este tipo de caixilharia, combina os diferentes materiais já referidos anteriormente, alumínio, madeira e PVC. Na Tabela 7, são referenciadas algumas destas combinações: Tabela 7 - Características de sistemas de caixilharia híbrida. (fonte: Finistral) Alumínio e Madeira Sistema que alia as características decorativas, de beleza e conforto da madeira natural, no lado interior, com as propriedades de resistência e inalterabilidade do alumínio no exterior. Melhora também o isolamento térmico no interior. PVC e Madeira Tal como no sistema anterior, a utilização do PVC ao invés do alumínio, pelo exterior, aliado com madeira pelo lado interior, melhora a durabilidade e desempenho do caixilho. Alumínio e PVC Sistema onde o PVC é revestido por alumínio, aumentando a resistência a alterações atmosféricas, aumenta também a durabilidade da janela. Alumínio, PVC e Madeira Sistema onde é utilizada a madeira no interior, com características decorativas, núcleo em PVC, bloqueando a transferência de calor para a madeira. No exterior, o alumínio pelas suas características de resistência e durabilidade, e baixa manutenção. De referir, que também existem caixilharias em aço, não sendo estas tão utilizadas. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 62 2.2.10 – TIPOLOGIA DE JANELAS E PORTAS Uma boa funcionalidade e abertura adequada são requisitos importantes a considerar na fase de projeto do edifício. A abertura de uma janela ou porta precisa de ser adaptada tanto ao posicionamento deste elemento no edifício, bem como a forma que será utilizada, pois mediante o tipo de abertura, esta ocupa diferentes áreas no interior ou exterior da zona onde serão colocadas. As janelas e sistemas de portas vêm com uma variedade extensa de possibilidades de abertura, satisfazendo quase todas as necessidades e são de uma utilização extremamente fácil. Os sistemas de abertura mais comuns são referidos de seguida. 2.2.10.1 - JANELA DE CORRER OU DESLIZANTE Nas janelas de correr (Figura 54), o movimento é efetuado pelas folhas, deslizando por carris. A principal vantagem deste tipo de abertura é que as folhas nunca saem para o interior ou exterior do imóvel. As janelas de correr podem ter entre duas a quatro folhas, com possibilidade de três a seis folhas, introduzindo três carris. A sua instalação é recomendada em espaços reduzidos e lugares sem temperaturas extremas [45]. 2.2.10.2 - JANELA DE CORRER ELEVATÓRIA As janelas de correr elevatórias (Figura 55) permitem uma grande superfície envidraçada, que favorecem a entrada de luz natural e uma boa visibilidade para o exterior. O exterior integra-se no lar mantendo as variantes climáticas. As folhas destas janelas de grandes dimensões deslizam com muita facilidade graças aos rodízios deslizantes e a uma sólida alavanca para subir e descer. Estas janelas são geralmente colocadas nos pisos inferiores de vivendas ou em vãos de acesso a grandes terraços [45]. Figura 54 - Janela de correr ou deslizante. Figura 55 - Janela de correr elevatória. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 63 2.2.10.3 - JANELA OSCILO-PARALELA Esta janela (Figura 56) permite dois tipos de abertura: inclinada para o interior e deslizamento lateral sobre uma calha. Por isso, oferecenos duas possibilidades com vantagens a destacar: a possibilidade de ventilação do interior, sem necessidade de abrir por completo a janela, e, por outro lado, a poupança de espaço. Em contrapartida, apenas permite a abertura de uma das folhas, uma vez que a segunda folha é fixa [45]. 2.2.10.4 - JANELA HARMÓNICA Trata-se de um sistema (Figura 57) apenas apto para lugares protegidos, em que a folha se dobra/encosta consoante opção à esquerda ou à direita, dispondo de um espaço de abertura total. Oferece a possibilidade de poupança de espaço, dado que este sistema, uma vez dobrado, ocupa menos espaço que uma porta aberta. Dada a utilização habitual em terraços, é importante a instalação de vidro de segurança [45]. 2.2.10.5 - JANELA FIXA Nestas janelas (Figura 58), colocam-se os painéis diretamente no aro. Estas janelas não se abrem, por isso, deve atender-se às opções de limpeza e cuidado das mesmas [45]. Figura 56 - Janela oscilo-paralela. Figura 57 - Janela harmónica. Figura 58 - Janela fixa. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 64 2.2.10.6 - JANELA DE BATENTE Nas janelas de batente (Figura 59) existem duas possibilidades de abertura: com abertura para o exterior e com abertura para o interior. A diferença reside no facto das folhas abrirem para fora ou para dentro. O eixo de oscilação encontra-se na parte lateral do aro e da folha da janela. As janelas de abertura exterior são pouco utilizadas devido à dificuldade de limpeza; pelo contrário, as janelas com abertura interior têm a vantagem da facilidade de limpeza, uma vez que as folhas abertas ficam no interior [45]. 2.2.10.7 - JANELA BASCULANTE SUPERIOR Com abertura para o interior (Figura 60), funciona a partir de um eixo inferior horizontal através do qual a folha se abre. Assim, a parte superior da janela fica com uma abertura que permite a ventilação. Como acontece com as janelas fixas, a dificuldade de limpeza é o seu principal inconveniente [45]. 2.2.10.8 - JANELA OSCILO-BATENTE É o tipo de janela mais difundida (Figura 61). Como principal vantagem, permite dois tipos de abertura numa folha: abertura lateral (desde a parte central da janela, comodamente, utilizando uma manete) ou inclinada para o interior (adequada para ventilar a divisão sem necessidade de abrir toda a folha). Como recomendação, neste tipo de janelas, a folha oscilante não deve ser mais larga do que alta para evitar a sobrecarga das dobradiças devido ao peso [45]. Figura 59 - Janela de batente. Figura 60 - Janela basculante superior. Figura 61 - Janela oscilo-batente. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 65 2.2.10.9 - JANELA PROJETANTE INFERIOR A abertura produz-se desde um eixo superior horizontal, onde a folha se abre (Figura 62). As folhas projetantes abrem-se para o exterior. A sua utilização é muito comum em centros desportivos ou de produção. A sua limpeza não é complicada, sempre que se realize pelo exterior, pelo que, dever-se-á ter em conta a altura pelo exterior para aceder à mesma [45]. 2.2.10.10 - JANELA PIVOTANTE Estas janelas (Figura 63) dispõem de um eixo giratório na horizontal ou vertical, situado a meio da estrutura da janela, permitindo uma volta de 180°, o que facilita o acesso para limpeza. Assim, as folhas giram sobre esse eixo, permitindo que a folha se abra metade para o interior e a outra metade para o exterior. Permite uma abertura rápida e simples, inclusivamente no caso de janelas com grande superfície, com entrada de ar para o interior [45]. 2.2.11 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E SOMBREAMENTO DE ENVIDRAÇADOS Os dispositivos de proteção e sombreamento (exemplo na Figura 64) têm como principais funções, a proteção contra os ganhos solares excessivos no interior dos edifícios, evitando o seu sobreaquecimento, o controlo e modelação da iluminação natural, a minimização do encandeamento, a possibilidade de obscurecimento e de ocultação, a garantia de privacidade e a possibilidade de contacto visual com o ambiente exterior. A proteção solar é o termo utilizado para descrever a forma de limitar a entrada excessiva de energia solar e luminosidade, esta forma deve ser otimizada de acordo com as condições climáticas, diárias, de maneira a evitar a entrada em excesso de energia, mas ao mesmo tempo otimizar a luminosidade natural, independentemente da estação do ano. Figura 62 - Janela projetante inferior. Figura 63 - Janela pivotante. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 66 A proteção solar deve permitir durante o dia o sombreamento da fachada/janela evitando o aquecimento da mesma e a transmissão energética direta, evita igualmente o excesso de luminosidade doseando a mesma de acordo com as necessidades dos utilizadores. Uma proteção solar eficiente permite reter no exterior grande parte da radiação antes desta alcançar a fachada, contribuindo assim para a diminuição da necessidade de arrefecimento do ambiente interior, sem comprometer a luminosidade natural do espaço envolvente. Figura 64 - Proteção solar com estores exteriores. A iluminação natural é inquestionavelmente um dos aspetos fundamentais do conforto ambiental nos edifícios e também um dos fatores que mais pode contribuir para a sua eficiência energética, quando adequadamente captada e distribuída para os espaços interiores. Para além de proporcionar um requisito funcional basilar, ao garantir as condições necessárias para a visão e consequentemente para os ocupantes poderem desempenhar as suas atividades visuais, têm vindo a ser demonstrados vários benefícios adicionais que o uso da luz natural possui na saúde e bem-estar dos indivíduos, benefícios estes que não são habitualmente tidos em consideração nas abordagens mais tradicionais do projeto de iluminação natural nos edifícios. A influência que os dispositivos de sombreamento podem exercer nas condições interiores ambientais e nos consumos energéticos nos edifícios, pode ser significativa. Os tipos de proteções solares mais utilizados em edifícios de habitação, são os meios de sombreamento fixos (palas horizontais e verticais) e os dispositivos móveis, que podem ser ativados pelos utilizadores das habitações (estores, telas e portadas) e que tanto podem ser colocados pelo exterior como pelo interior, e ainda a nível intermédio. Em termos de eficiência, a localização exterior é tida como a melhor solução, pois são mais eficazes, porque permite uma reflexão da radiação solar antes desta entrar no espaço interior, dissipando assim a energia absorvida pelo elemento sombreador localizado no exterior [46]. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 67 2.2.11.1 - PERSIANAS Quando o engenheiro francês Pierre Le Fou (1804-1850) inventou a persiana (Figura 65) em 1824, nunca imaginaria que o seu feito, ocorrido por acaso, teria sucesso a ponto de evoluir tanto. As persianas são ainda atualmente, dos elementos mais comuns nas habitações, existindo variadas opções para a sua criação e colocação. Definidas como um painel protetor instalado no exterior, interior ou no meio de uma janela, constituído normalmente, por réguas horizontais ligadas entre si por um sistema macho/fêmea, recolhendo no sentido vertical por meio de enrolamento, para uma caixa (Figura 66). As réguas das persianas podem ser fabricadas em PVC, alumínio ou madeira, podendo ter elementos isolantes no seu interior (Figuras 67 e 68). Figura 66 - Sistema de recolha da persiana. Figura 65 - Persiana com caixa no exterior. Figura 67 - Persiana com isolamento. (fonte: www.tepsol.pt) Figura 68 - Persiana sem isolamento. (fonte: www.tepsol.pt) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 68 2.2.11.2 - ESTORES O estore (Figura 69) é definido como um conjunto de lâminas de madeira, metal, plástico ou tecido (estore japonês/romano) (Figura 72), que serve para escurecer um espaço. Os estores são elementos que têm a vantagem de darem a possibilidade de serem colocados em várias posições, controlando assim a iluminação e privacidade interior dos espaços. Tem a possibilidade de recolher, mas também a de inclinar as lâminas para uma posição desejada, conseguindo desta forma, controlar a luminosidade desejada no interior. Podem ser colocados no exterior ou interior de uma janela, quando colocados no exterior, são elementos que podem partir ou estragar com ventos fortes, tendo normalmente sistemas de segurança para evitar tais danos. Quando colocados no exterior, são definidos como brisa solar (Figura 70), com lâminas maiores do que a dos estores interiores e podem ser fabricados em vários materiais, sendo mais comum o alumínio lacado à cor desejada. As lâminas das brisas solares, podem ser simples, ou com uma camada de isolamento em poliuretano no interior. Quando colocados no interior da janela, os estores, podem ter variadas formas de recolher, e são muitas vezes constituídos por tecido, substituindo na maior parte das vezes as persianas numa janela (Figura 71 e Figura 72). Figura 70 - Estore Veneziano exterior (Brisa Solar) Figura 69 - Estore Veneziano. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 75 Assim, na segunda fase, foram criados vários grupos de trabalho, que elaboraram propostas nos diferentes sectores: • O controlo das emissões da aviação internacional (emissões que não são controladas pelo KP); • Novas propostas para controlar as emissões de CO2 dos automóveis; • O desenvolvimento de um programa europeu de captura e sequestro de carbono; • Um programa europeu de adaptação; • A revisão do CELE. 2.3.2 – DIRETIVAS EUROPEIAS RELATIVAS AO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS (EPBD) Com as preocupações comuns energéticas na Europa, para o cumprimento das metas de Quioto e as da Segurança do Abastecimento, em 2001, os Estados-Membros decidiram promover um conjunto de medidas com vista a impulsionar a melhoria do desempenho energético e das condições de conforto dos edifícios, criando as Diretiva 2002/91/CE, de 16 de dezembro, e Diretiva 2010/31/EU, de 19 de maio, denominadas como Diretiva Europeia para o Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD – “ Energy Performance of Buildings Directive ”), ambas do Parlamento Europeu e do Conselho, relativas ao desempenho energético dos edifícios. No âmbito destas Diretivas foi estabelecido o enquadramento geral para [53]: • A metodologia de cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios; • A aplicação dos requisitos mínimos para o desempenho energético de edifícios novos; • A aplicação dos requisitos mínimos para os edifícios existentes que sejam sujeitos a importantes obras de renovação. Na sequência da implementação da Estratégia da União da Energia (2015), um dos principais avanços passou pela adoção da proposta da Comissão Europeia, em 2016, do Pacote Energia Limpa para todos os Europeus que incluía 8 propostas legislativas. Neste contexto, em 2018, a EPBD foi alterada pela Diretiva (EU) 2018/844 do Parlamento Europeu e do Conselho, com vista a acelerar a renovação dos edifícios na União, nomeadamente acelerar a renovação dos edifícios existentes até 2050 e apoiar a modernização de todos os edifícios com tecnologias inteligentes e uma relação mais evidente com a mobilidade limpa. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 76 As alterações da EPBD criam uma trajetória clara para alcançar um parque imobiliário com emissões reduzidas ou nulas na União Europeia até 2050, com metas indicativas e indicadores do progresso interno, bem como por financiamento e investimentos públicos e privados. São necessárias estratégias nacionais de renovação a longo prazo com uma componente financeira sólida, para assegurar a renovação de edifícios existentes, convertendo-os em edifícios descarbonizados e de elevada eficiência energética até 2050, facilitando a transformação rentável de todos os edifícios existentes em edifícios com necessidades quase nulas de energia (NZEB – Nearly ZeroEnergy Builduings ) [53]. Assim a nova EPBD introduz as seguintes principais novidades: 1. Estratégias de longo prazo para a renovação dos edifícios: − Descarbonização até 2050; − Componente de financiamento sólida. 2. Requisitos ao nível da infraestrutura de carregamento para a mobilidade elétrica; 3. Requisitos para a automação e controlo nos edifícios (BACS) e de dispositivos autorregulados para a temperatura interior; 4. Indicador de aptidão para tecnologias inteligentes dos edifícios – “ Smart readiness indicator” (Sri) ; 5. Inspeção dos sistemas de aquecimento e de ar condicionado (e ventilação); 6. Registo e documentação de instalação, substituição ou atualização dos sistemas técnicos dos edifícios; 7. Medidas financeiras para melhoria da eficiência energética aquando da renovação dos edifícios dependem das poupanças de energia planeadas ou conseguidas; 8. Maior transparência nas metodologias de cálculo do desempenho energético dos edifícios. Desta forma a Comissão Europeia empenhou-se em desenvolver um sistema energético sustentável, concorrencial, seguro e descarbonizado. Aumentar a percentagem do consumo de energias renováveis, obter poupanças de energia consonantes com o nível de ambições da União, e aumentar a segurança energética da Europa, a competitividade e a sustentabilidade até 2050. O objetivo passa por procurar um equilíbrio eficiente em termos de custos entre descarbonizar o abastecimento energético e reduzir o consumo final de energia. Para o efeito, os Estados-Membros e os investidores precisam de uma visão clara que oriente as suas políticas e as suas decisões de ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 77 investimento, que inclua metas e ações nacionais indicativas para alcançar os objetivos de eficiência energética a curto (2030), médio (2040) e longo prazo (2050). Com esses objetivos em mente, e tendo em conta as ambições globais da União em termos de eficiência energética, é essencial que os Estados-Membros especifiquem o resultado esperado das estratégias de renovação a longo prazo e monitorizem a sua evolução, através da definição de indicadores domésticos de progresso, sob reserva das condições e da evolução da situação a nível nacional [54]. 2.3.3 – LEGISLAÇÃO NACIONAL Tendo em conta os objetivos para a política energética definidos pela Comissão Europeia (CE) e a necessidade de criar um novo enquadramento global, foi transporta para nível nacional, a preocupação na qualidade da construção e condições térmicas dos edifícios. Em Portugal, e como em todos os outros Estados-Membros, para que uma diretiva produza efeitos a nível nacional, tem de ser adotada uma lei que transponha a diretiva da União Europeia (UE), prosseguindo os objetivos definidos nela contidos. Tais medidas devem depois ser comunicadas à Comissão Europeia (CE). A evolução das principais leis criadas no panorama nacional estão representadas no organograma da Figura 78. Figura 78 - Organograma da legislação nacional para a construção e qualidade térmica dos edifícios. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 78 No ano de 1990 (Decreto-Lei n. 40/1990), foi aprovado o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), o primeiro instrumento legal que impôs requisitos ao projeto de novos edifícios e de grandes remodelações por forma a salvaguardar a satisfação das condições de conforto térmico nesses edifícios sem necessidades excessivas de energia, para aquecimento e arrefecimento. Em 2006 (Decreto-Lei n. 78/2006), aprova o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios, atribuindo a gestão do SCE, à Agência para a Energia (ADENE). Esta certificação energética permite obter informação sobre os consumos de energia potenciais, no caso dos novos edifícios ou no caso de edifícios existentes sujeitos a grandes intervenções de reabilitação. O Decreto-Lei n.º 118/2013, em 2013, através de uma revisão da legislação nacional, aplica melhorias ao nível da sistematização, aglutinando num único diploma, o Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE), o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS), atendendo, simultaneamente, aos interesses inerentes à aplicabilidade integral e utilidade deste quadro legislativo, e aos interesses de simplificação e clareza na produção legislativa de caráter predominantemente técnico. É nele implícito, separação clara do âmbito de aplicação do REH e do RECS, facilitando assim, o tratamento técnico e a gestão administrativa dos processos, ao mesmo tempo que reconhece as especificidades técnicas de cada tipo de edifício naquilo que é mais relevante para a caracterização e melhoria do desempenho energético [55]. É longa a lista de leis, e suas constantes atualizações, para cada vez mais se assumir uma redução do consumo de energia e a eliminação do desperdício energético como uma questão determinante para a política energética na Europa. A UE estabeleceu normas e regras mínimas em matéria de eficiência energética aplicáveis à rotulagem e à conceção ecológica dos produtos, serviços e infraestruturas. Estas medidas visam melhorar a eficiência em todas as fases da cadeia da energia, desde o aprovisionamento energético à utilização de energia por parte dos consumidores. Em Portugal, com vista a cumprir os objetivos definidos pela UE e tendo em conta o Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética (PNAEE), estão em vigor vários programas de apoio à eficiência energética: • Fundo de Eficiência Energética (FEE); ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 79 • Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC); • Fundo de Apoio à Inovação (FAI); • Fundos do Quadro de Referência Estratégia Nacional (QREN); • Instrumento Financeiro para Reabilitação e Revitalização Urbana (IFRRU). Programas como o IFRRU, Casa eficiente 2020 e FEE são novos financiamentos para combater a eficiência energética, tentando desta forma combater as emissões de GEE para o meio ambiente. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 80 CAPÍTULO 3 : MODELO BASE DE ESTUDO 3.1 – INTRODUÇÃO Após uma primeira fase mais teórica e de pesquisa, foi então selecionada uma moradia unifamiliar com 190 m2 de área, situada na zona norte do país, mais concretamente, em Santo Tirso, ainda em fase de construção, com o objetivo de estudar as opções de colocação de envidraçados com características diferentes, comparando os valores obtidos relativos à sua eficiência energética (Figura 79). Era importante, que a localização da moradia, fosse próxima, facilitando desta forma a deslocação ao local do projeto, para qualquer tipo de necessidade. Também a tipologia da habitação, era importante que representasse um modelo bastante comum no parque habitacional nacional das famílias portuguesas, e daí ter sido selecionada uma habitação de tipologia T3. Esta habitação está equipada com duas bombas de calor (ar-água) para aquecimento das águas sanitárias e outra para aquecimento central do ambiente interior, através de radiadores instalados nas divisões da habitação. Conta também com 4 painéis fotovoltaicos com capacidade máxima de produção de energia de 1080 kWh, não estando equipada com painéis solares para aquecimento de águas sanitárias. Figura 79 - Escala de classificação energética de edifícios de habitação. 3.2 – APLICAÇÃO DO REGULAMENTO DE DESEMPENHO ENERGÉTICO DOS EDIFÍCIOS DE HABITAÇÃO (REH) Como já foi referido anteriormente, o estudo seguiu a lmetodologia de cálculo definida na legislação (Decreto Lei n. 118/2013) e suas reformulações ao longo do tempo, para o Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE) em vigor no território nacional. Para a aplicação do REH segundo legislação nacional e introdução de dados, foi utilizada a ferramenta de cálculo disponibilizada pelo Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico para a Construção, Energia, Ambiente e Sustentabilidade ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 81 (ITeCons) para o efeito, versão V3.11 de 2 de maio de 2018, com base no cálculo das necessidades energéticas da moradia em estudo (Nic, Nvc e Ntc). Poderia ser utilizada outro tipo de ferramenta, mas optou-se por utilizar esta ferramenta, visto se encontrar atualmente, amplamente difundida na comunidade técnica e de forma gratuita. A introdução dos dados na ferramenta de cálculo será explicada nos pontos seguintes. 3.2.1 – GEOMETRIA DO MODELO BASE EM ESTUDO O modelo em estudo, incide sobre uma moradia unifamiliar de tipologia T3, com 2 pisos, situada em Santo Tirso, concelho do Porto, com 190 m2 de área útil e com construção iniciada em 2018. Esta moradia é constituída por 12 vãos envidraçados de dimensões distintas, e diferentes orientações. A arquitetura da moradia está representada nas Figuras 80 a 83: Figura 80 - Alçado principal Figura 81 - Alçado posterior ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 82 Figura 82 - Planta do piso térreo Figura 83 - Planta do piso 1 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 83 3.2.2 – IDENTIFICAÇÃO GEOGRÁFICA Como é necessário identificar o tipo de habitação em estudo, também será necessário identificar o local onde esta será implantada, para determinar do zonamento da mesma. A introdução dos dados foi feita segundo os valores obtidos através do google earth e google maps, representados na Tabela 8. Tabela 8 - Coordenadas da moradia em estudo. fonte: google earth e google maps Graus decimais Grau, minuto, segundo Latitude 41.324829 41° 19’ 29.4’’ N Longitude - 8.468651 8° 28’ 07.1’’ W Altitude 83 m acima do nível do mar 3.2.3 – ZONAMENTO CLIMÁTICO Depois de identificada a localização geográfica da moradia, foi possível determinar o zonamento climático da mesma (Figura 84). De acordo com o RCCTE, Portugal está dividido em 3 zonas climáticas de Inverno (I1, I2 e I3) e em 3 zonas climáticas de Verão (V1, V2 e V3), que definem a aplicação de requisitos mínimos de qualidade térmica da envolvente. Cada uma destas zonas climáticas agrupa vários conselhos do país com climas semelhantes. Para identificar as zonas climáticas de Santo Tirso, pode ser consultado o Despacho n. 15793-F/2013, onde estão publicados os parâmetros para o zonamento climático. Segundo a Nomenclatura das Unidades Territoriais para Fins Estatísticos (NUTS) de nível III, o município de Santo Tirso situa-se no Grande Porto. 3.2.3.1 - PARÂMETROS CLIMÁTICOS Os valores dos parâmetros climáticos 𝑋𝑋 associados a um determinado local, são obtidos a partir de valores de referência 𝑋𝑋𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 para cada NUTS III e depois ajustados com base na altitude desse local, z . As correções de altitude anteriormente referidas, são do tipo linear, com declive a , proporcionais à diferença entre a altitude do local e uma altitude de referência 𝑧𝑧𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 para a NUTS III, segundo a expressão 1: Figura 84 - Zonamento climático da moradia. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 84 X=Xref+a ( z-zref ) [meses ou °C] (1) *(a em km) CLASSIFICAÇÃO DO ZONAMENTO CLIMÁTICO DE INVERNO (ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO). As zonas climáticas de inverno são definidas a partir do número de graus-dias (GD) na base dos 18ºC, correspondente à estação de aquecimento, conforme a Tabela 9 e representadas na Figura 85. Tabela 9 - Critérios para a determinação da zona climática de Inverno fonte: Despacho n.º 15793-F/2013 Critério GD ≤ 1300 1300 < GD ≤ 1800 GD > 1800 Zona I1 I2 I3 Figura 85 - Zonas climáticas de Inverno no Continente (I1, I2 e I3) fonte: Despacho n.º 15793-F/2013 Utilizando a expressão (1), obtém-se os dados seguintes para a estação de aquecimento (inverno). Tabela 10 - Dados para classificação da zona climática de inverno. Duração da Estação de Aquecimento (M) Número de Graus-Dias (GD) Temperatura Exterior Média do Mês Mais Frio (θext,i) 6.178 meses 1234.4°C 9.977°C Então, recorrendo à Tabela 9, e através do GD, pode-se classificar a zona climática de inverno como, I1. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 91 TRANSFERÊNCIAS DE TEMPERATURA PELA ENVOLVENTE ENVIDRAÇADA Os vãos envidraçados apresentam uma grande influência nos ganhos térmicos dos edifícios. A sua composição (vidro mais caixilho) apresenta um comportamento distinto de uma envolvente opaca devido à maior capacidade de captar ganhos por radiação, sendo igualmente contabilizados os efeitos de condução e convecção. Estes ganhos são determinados através da contabilização de dois parâmetros: o fator solar (g) e o coeficiente de transmissão térmica (Ug). O primeiro representa a quantidade de radiação que atravessa o vidro, podendo contabilizar o efeito das proteções solares, enquanto o segundo representa o efeito das trocas de calor por convecção e condução, tendo em conta as resistências térmicas e as espessuras dos elementos (Figura 97) [56]. Figura 97 - Representação do fator solar (g). (fonte: ADENE) As radiações solares podem ser definidas como: • Radiação incidente: é a quantidade de energia proveniente pela incidência da radiação solar no vão envidraçado, podendo esta ser consultada, para as estações de aquecimento e arrefecimento, no Despacho n.º 15793-F/2013; • Radiação refletida: é a quantidade de energia refletida após a incidência da radiação solar no vão envidraçado, variando esta com o tipo de vidro, com a tonalidade e com respetivo grau de reflexão, isto é, um vidro refletante/colorido irá refletir uma maior quantidade de radiação em relação a um vidro incolor; • Radiação absorvida: é a quantidade de energia que o vão consegue absorver devido às suas características, em especial a sua massa e a existência de caixa-de-ar (vidro múltiplo); ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 92 • Radiação transmitida: é a quantidade de energia que efetivamente entra no espaço afeto ao vão envidraçado. As proteções solares influenciam a quantidade de energia para os vários tipos de radiação referidos, podendo, quando opacas e pelo exterior, constituir um bloqueio total à radiação solar, sendo a transmissão de energia apenas efetuada pelos fenómenos de condução e convecção [56]. 3.5.2.2.1 - PARÂMETROS DE CÁLCULO COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA (U) Para o cálculo do coeficiente de transmissão térmica do vão Uw, é necessário conhecer o coeficiente de transmissão dos elementos constituintes do vão envidraçado, ou seja, do vidro e da caixilharia. Segundo a norma ISO 10077-1, Uw pode ser calculado através da expressão (3): Uw= A f ×U f +A g ×U g +l g ×ψ g Af+Ag (3) Onde: Af – Área do caixilho [m2] Uf – Coeficiente de transmissão térmica do caixilho [W/(m2.°C)] Ag – Área do vidro [m2] Ug – Coeficiente de transmissão térmica do vidro [W/(m2.°C)] 𝑙𝑙𝑔𝑔 – Perímetro de ligação entre o caixilho e o vidro [m] ψg – Coeficiente de transmissão térmica linear relativo à ligação entre o caixilho e o vidro [W/(m.°C)] Figura 98 - Coeficiente de transmissão térmica de vãos envidraçados. fonte: ADENE: Guia SCE – Parâmetros de Cálculo versão 1 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 93 No presente caso, o coeficiente Ug do vidro é determinado no programa do fabricante Saint-Gobain, Calumen III v1.12, e difere para os variados tipos de envidraçados utilizados neste estudo. Já do fabricante da caixilharia é conhecido o valor do coeficiente de transmissão térmica do vão Uw=1.55 W/(m2.°C), para um vidro com Ug=1.0 W/(m2.°C) e ψg=0.035 W/(m.°C). Na Tabela 16, estão representadas as percentagens de vidro e caixilho de cada vão envidraçado. No total dos vãos envidraçados, é percetível que 77.52% da área é constituída por vidro e 22.48% constituída por caixilho, em média. Tabela 16 - Percentagem de vidro e caixilho por vão envidraçado. Vão Área Total (m 2 ) Área de Vidro (m 2 ) Área de Caixilho (m 2 ) % Vidro % Caixilho ∑ V1.0 10.11 7.23 2.88 71.48% 28.52% 100.00% V2.0 8.00 6.31 1.69 78.87% 21.13% 100.00% V4.0 4.51 3.54 0.97 78.53% 21.47% 100.00% V6.0 4.70 3.72 0.98 79.13% 20.87% 100.00% V1.1 6.03 4.97 1.05 82.52% 17.48% 100.00% V2.1 5.98 4.93 1.05 82.42% 17.58% 100.00% V3.1 6.34 5.27 1.07 83.16% 16.84% 100.00% V4.1 1.22 0.72 0.50 58.76% 41.24% 100.00% V5.1 3.86 2.90 0.95 75.26% 24.74% 100.00% V6.1 1.61 1.29 0.33 79.77% 20.23% 100.00% V7.1 1.74 1.38 0.36 79.53% 20.47% 100.00% V8.1 1.16 0.57 0.59 49.22% 50.78% 100.00% ∑ 55.24 42.82 12.42 77.52% 22.48% 100.00% Por simplificação, no presente estudo vão ser considerados todos os vãos envidraçados constituídos por 20% de caixilho e 80% por vidro, para simplificar os cálculos. Desta forma, e tomando de base 1 m2, constituído por 20% de caixilho e 80% de vidro, como já foi justificado, conseguimos determinar a equação geral, para determinar o coeficiente de transmissão térmica Uw, dos vãos envidraçados, em relação ao Ug dos diferentes vidros, como é demonstrado na Figura 99. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 94 Sabendo que a área do envidraçado é 80% de 1 m2 do total do vão, e: A quadrado =L×L [m] (4) Então da expressão (4) relativa à área de um quadrado, obtemos: 0.8 = l2 ↔ l = √0.8 ↔ l = 0.8944 m → lg = 4×0.8944 ↔ lg = 3.578 m Substituindo os dados conhecidos na expressão (3) vem: 1.55 = 0.2×Uf+0.8×1+3.578×0.035 0.2+0.8 ↔ Uf = 3.124 W/(m2.°C) Determinado o Uf, e sendo sempre constante a caixilharia, podemos deduzir a equação para determinar o Uw de cada tipo de envidraçado, visto no presente caso os coeficientes de transmissão térmica serem dependentes dos diferentes tipos de envidraçados em estudo. Voltando a usar a expressão (3) podemos concluir que: Uw = 0.2×3.124+0.8×U g +3.578×0.035 0.2+0.8 ↔ Uw = 0 . 8×Ug+0 . 75 [W/(m2.°C)] (5) Numa habitação, caso existam dispositivos de proteção ou oclusão noturna do vão envidraçado, considera-se que estas se encontram ativadas durante 12 horas (período noturno), definindo-se assim o coeficiente Un. A contabilização das 24 horas do dia é então subdividida considerando 12 horas sem proteções ativadas e 12 horas com as proteções ativadas, definindo-se o coeficiente de transmissão térmica dia e noite Uwdn, como a média entre os coeficientes de transmissão térmica da janela Uw e da janela com a proteção solar ativada no período noturno Un, resultando a expressão (6). Caixilho: 20% da Área Total Vidro: 80% da Área Total Figura 99 - Percentagem de caixilho e vidro por m 2 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 95 Uwdn = U w +U n 2 (6) O valor de Un é determinado considerando a resistência térmica que a proteção solar garante, conforme a expressão (7). Un = 1 1 Uw +∆R (7) Onde: Un - Coeficiente de transmissão térmica da janela com os dispositivos de proteção solar ativados [W/(m2.°C)]; ∆R - Resistência térmica adicional devido à proteção solar ativada [(m2.°C)/W] Segundo o Guia SCE, de perguntas e respostas da ADENE (versão de outubro 2018), a título de exemplo, poder-se-ão considerar os valores de Δ𝑅𝑅 constantes da Tabela 17, para diversos tipos de dispositivos de proteção solar. Tabela 17 - Valores para a resistência térmica adicional devido à proteção solar ativada, ∆ R. Tipo de proteção solar/ oclusão noturna Δ𝑅𝑅 [(m 2 .°C)/W] Persiana de réguas metálicas 0.09 Persiana de réguas em madeira ou plástico sem enchimento de espuma 0.12 Persiana de réguas de plástico preenchida com espuma 0.13 Portadas de madeira opacas 0.14 Nota: Δ𝑅𝑅 pretende contabilizar dois fatores: a resistência térmica da camada de ar que se forma, entre o dispositivo de proteção solar / oclusão noturna e a janela quando este é ativado e a alteração de resistência térmica do envidraçado interior devida à existência por si só do dispositivo de proteção solar / oclusão noturna. Neste quadro apresentam-se os valores de resistência térmica adicional, incluídos na norma ISO10077-1, para algumas tipologias de dispositivos de proteção solar/ oclusão noturna. Para este caso em estudo, será necessário calcular individualmente os coeficientes referidos em cima, visto a cada tipo de envidraçado, corresponder um diferente valor de Uw. Tais cálculos serão pormenorizados mais à frente. FATOR DE OBSTRUÇÃO (FS) O efeito da radiação solar incidente num vão envidraçado pode ser condicionado pela existência de obstruções solares, caracterizando-se para o efeito obstruções por elementos no horizonte, obstruções ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 96 por elementos horizontais e obstruções por elementos verticais. Essa obstrução pode ser causada por obstruções exteriores, como, outros edifícios, orografia ou vegetação na periferia do edifício em causa. Podem ser também obstruções criadas por elementos do próprio edifício, tais como palas, varandas e outros. O fator de obstrução, Fs, é então obtido pelo produto dos três fatores: Fs=Fh×Fo×Ff (8) Onde: Fh - Fator de sombreamento do horizonte por obstruções exteriores ao edifício ou por outros elementos do edifício; Fo - Fator de sombreamento por elementos horizontais sobrejacentes ao envidraçado, compreendendo palas e varandas; Ff - Fator de sombreamento por elementos verticais adjacentes ao envidraçado, compreendendo palas verticais, outros corpos ou partes de um edifício. Nota: Em nenhum caso o produto Xj×Fh×Fo×Ff deve ser inferior a 0.27; A determinação do fator de obstrução de superfícies opacas é opcional, devendo nos casos em que esta é considerada seguir uma abordagem igual à prevista para os vãos envidraçados. Nos casos em que a mesma não seja considerada, deverá ser utilizado um fator de obstrução igual a 1. FATOR DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS NO HORIZONTE O fator de sombreamento do horizonte, Fh, traduz o efeito do sombreamento provocado por obstruções longínquas exteriores ao edifício ou edifícios vizinhos dependendo do ângulo do horizonte, latitude, orientação, clima local e da duração da estação de aquecimento, tomando o valor 1 na estação de arrefecimento. Esta simplificação é devida à posição do sol no verão, não se considerando assim o efeito dos elementos do horizonte. O fator de sombreamento do horizonte é determinado recorrendo à Tabela 15 do Despacho n.º 15793-K/2013, variando o mesmo com a orientação do vão e com o ângulo do horizonte, determinandose o último, como o ângulo entre o plano horizontal e a reta que passa pelo centro do envidraçado e pelo ponto mais alto da maior obstrução existente entre dois planos verticais que fazem 60° para cada um dos lados da normal ao envidraçado, como exemplificado na Figura 100 e Figura 101. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 97 Figura 100 - Exemplo para definição do fator de sombreamento. (fonte: Guia SCE - parâmetros de cálculo) Figura 101 - Fator de sombreamento por elementos do horizonte ( Fh ) . (fonte: Guia SCE - parâmetros de cálculo) Caso não exista informação sobre a obstrução (distância e altura), o fator de sombreamento deverá ser determinado considerando um ângulo de 45° em ambiente urbano ou um ângulo de 20° no caso de edifícios isolados localizados fora das zonas urbanas. Para a estação de aquecimento, os valores dos fatores de correção de sombreamento para condições climáticas médias típicas, para as latitudes do Continente, da Região Autónoma da Madeira (RAM) da Região Autónoma dos Açores (RAA) e para os oito octantes principais bem como para o plano ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 98 horizontal, encontram-se previstos na Tabela 15 do Despacho n.º 15793-K/2013, representada na Tabela 18. Tabela 18 - Valores do fator de sombreamento do horizonte (Fh) na estação de aquecimento. (fonte: Tabela 15 do Despacho 15793-K/2013) Ângulo do Horizonte Portugal Continental e RAA Latitude de 39º H N NE/NO E/O SE/SO S 0º 1 1 1 1 1 1 10º 0.99 1 0.96 0.94 0.96 0.97 20º 0.95 1 0.96 0.84 0.88 0.90 30º 0.82 1 0.85 0.71 0.68 0.67 40º 0.67 1 0.81 0.61 0.52 0.50 45º 0.62 1 0.80 0.58 0.48 0.45 Para o fator de sombreamento do horizonte foi considerado que são desconhecidas as obstruções (distância e altura) em relação à moradia, que pela orientação do Despacho n.º 15793-K/2013, deve ser adotado o valor de 20º para ângulo do horizonte (edifício localizado fora da zona urbana). Na Tabela 19 são identificados os fatores de sombreamento do horizonte para cada vão envidraçado da moradia em estudo. Tabela 19 - Fatores de sombreamento do horizonte, Fh, relativos ao caso em estudo. Estação de Aquecimento Estação de Arrefecimento Vão Envidraçado Orientação Ângulo do horizonte Fator de sombreamento do horizonte (Fh) Fator de sombreamento do horizonte (Fh) V1.0 SO 20° 0.88 1 V2.0 NO 20° 0.96 1 V4.0 NE 20° 0.96 1 V6.0 SE 20° 0.88 1 V1.1 SO 20° 0.88 1 V2.1 NO 20° 0.96 1 V3.1 NO 20° 0.96 1 V4.1 NE 20° 0.96 1 V5.1 SE 20° 0.88 1 V6.1 NE 20° 0.96 1 V7.1 SE 20° 0.88 1 V8.1 NE 20° 0.96 1 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 99 FATOR DE SOMBREAMENTO POR ELEMENTOS HORIZONTAIS (FO) O sombreamento por elementos horizontais sobrejacentes aos vãos envidraçados, compreendendo palas, varandas e outros elementos de um edifício, depende do comprimento/ângulo da obstrução, da latitude, da exposição e do clima local. A determinação do ângulo de sombreamento, α, deve ser efetuada de acordo como demonstrado na Figura 102, recorrendo-se às Tabelas 16 e 17 do Despacho n.º 15793-K/2013, respetivamente para a estação de aquecimento e estação de arrefecimento, para obtenção do fator de sombreamento de elementos horizontais. Figura 102 - Fator de sombreamento por elementos horizontais, Fo Os ângulos de sombreamento por elementos horizontais, 𝛼𝛼, foram obtidos recorrendo à ferramenta de desenho AutoCad, para cada vão envidraçado individualmente (Anexo A.2), sendo depois consultada a Tabela 20, fazendo corresponder os fatores de sombreamento por elementos horizontais, Fo, aos ângulos de sombreamento dos vãos correspondentes, para a estação de aquecimento. Os valores de 𝛼𝛼 e respetivos fatores de sombreamento por elementos horizontais, Fo, estão referenciados na Tabela 21: Tabela 20 - Valores dos fatores de sombreamento de elementos horizontais, Fo , na estação de aquecimento. (fonte: Tabela 16 do Despacho n.º 15793-K/2013) Ângulo da Pala Horizontal Portugal Continental e RAA Latitude de 39º N NE/NO E/O SE/SO S 0º 1 1 1 1 1 30º 1 0.94 0.84 0.76 0.73 45º 1 0.90 0.74 0.63 0.59 60º 1 0.85 0.64 0.49 0.44 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 100 Tabela 21 - Fatores de sombreamento por elementos horizontais para a estação de aquecimento, Fo, do caso em estudo (continua). Estação de Aquecimento Vão Envidraçado Orientação Ângulo de Sombreamento por Elementos Horizontais (α) Fator de Sombreamento por Elementos Horizontais (Fo) V1.0 SO 50.6 0.63 V2.0 NO 40.1 0.94 V4.0 NE 12.4 1.00 V6.0 SE 29.8 0.76 V1.1 SO 12.4 1.00 V2.1 NO 40.1 0.94 V3.1 NO 40.1 0.94 V4.1 NE 12.4 1 V5.1 SE 49.5 0.63 V6.1 NE 90.0 0.85 V7.1 SE 29.8 0.76 V8.1 NE 90.0 0.85 Da mesma forma que foram consultados os fatores de sombreamento por elementos horizontais para a estação de aquecimento, também foram determinados os fatores de sombreamento por elementos horizontais para a estação de arrefecimento, mas consultando a Tabela 22, para a respetiva estação. Na Tabela 23, estão representados os valores dos fatores de sombreamento por elementos horizontais, para a época de arrefecimento, relativo a cada vão envidraçado. Tabela 22 - Valores dos fatores de sombreamento de elementos horizontais, Fo, na estação de arrefecimento. (fonte: Tabela 17 do Despacho 15793-K/2013) Ângulo da Pala Horizontal Portugal Continental e RAA Latitude de 39º N NE/NO E/O SE/SO S 0º 1 1 1 1 1 30º 0.98 0.86 0.75 0.68 0.63 45º 0.97 0.78 0.64 0.57 0.55 60º 0.94 0.70 0.55 0.50 0.52 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 107 O fator solar indica a percentagem de energia por radiação que efetivamente consegue entrar no espaço, contabilizando o efeito do vão envidraçado e dos sistemas de proteção solar, caso existam. O fator g⊥,vi é normalmente obtido por ensaio de acordo com a norma EN410 e fornecido pelo fabricante. Na ausência de informação do fabricante, o valor de g⊥,vi pode ser obtido por consulta da Tabela 12 do Despacho n.º 15793-K/2013 através das características do vidro. O Despacho n.º 15793-K/2013 define ainda, o fator solar global de um vão envidraçado gT, isto é, o fator solar para o conjunto da janela e de todas as proteções solares existentes ativadas, calculandose de acordo com as expressões existentes no número 6, do ponto 7, do despacho referido atrás, variando com o tipo de vidro (simples ou duplo), resultando nas expressões (10) e (11) : Vidro Simples: gT = g ⊥ ,vi×Π �g Tvc 0.85 � (10) Vidro Duplo: gT = g ⊥ ,vi×Π �g Tvc 0.75 � (11) Onde: gTvc - Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e um dispositivo de proteção solar, permanente, ou móvel totalmente ativado, para uma incidência solar normal à superfície do vidro conforme Tabela 31 (Despacho n.º 15793-K/2013); g⊥,vi - Fator solar do vidro para uma incidência solar normal à superfície do vidro, conforme informação do fabricante. Tabela 31 - Valores correntes do fator solar de vãos envidraçados com vidro corrente e dispositivos de proteção solar gTvc (tabela parcial). (fonte: Tabela 13 do Despacho n.º 15793-K/2013) Tipo de proteção g Tvc Vidro Simples Vidros Duplos Clara Média Escura Clara Média Escura Proteções exteriores Persiana de réguas metálicas ou plásticas 0.07 0.10 0.13 0.04 0.07 0.09 Estore veneziano de lâminas de madeira - 0.11 - - 0.08 - Estore veneziano de lâminas metálicas - 0.14 - - 0.09 - Lona Opaca 0.07 0.09 0.12 0.04 0.06 0.08 Lona pouco transparente 0.14 0.17 0.19 0.10 0.12 0.14 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 108 Note-se que nos produtórios das equações anteriores, deverão ser consideradas as proteções solares permanentes existentes, do exterior para o interior, até à primeira proteção solar opaca, inclusive. Caso exista uma proteção solar opaca exterior, o produtório deve ser efetuado até esta, sem ser afetado pelo fator solar do vidro g⊥,vi. Para verificação se uma proteção solar exterior é considerada opaca, poderá recorrer-se à Tabela 32, constantes na publicação da ADENE, das perguntas & respostas versão de outubro de 2018 (pergunta K31), do Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE) [57]. Tabela 32 - Tipos de proteção solar exterior. Proteção Solar Exterior Tipo de proteção Portada de madeira Opaca Persiana Réguas de madeira Opaca Réguas metálicas ou plásticas Estore veneziano ou portada de lâminas fixas Lâminas de madeira Não opaca Lâminas metálicas Estore Lona opaca Não opaca Lona pouco transparente Lona muito transparente No Despacho n.º 15793-K/2013 é também definido o fator solar, gTp, como o fator solar global do envidraçado com todos os dispositivos de proteção solar permanentes existentes. O cálculo deste fator é em tudo similar ao fator gT, com a particularidade de apenas considerar as proteções solares permanentes, ignorando as móveis. No âmbito do REH, encontram-se definidas duas estações, a de aquecimento e a de arrefecimento, variando a determinação do fator solar com as mesmas. ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Na estação de aquecimento, para maximizar os ganhos solares, considera-se que as proteções solares móveis nunca se encontram ativadas, existindo apenas a particularidade referente às proteções solares fixas ou permanentes, que pelo seu caráter permanente não podem ser ignoradas no cálculo. Assim, caso o edifício possua proteções solares permanentes, o fator solar de inverno toma o valor do fator solar global considerando todas as proteções solares permanentes (expressão 12). Caso estas não existam, o fator solar de inverno é igual ao fator solar do vidro (para uma radiação incidente perpendicularmente ao mesmo) multiplicado por 0.90, significando este valor a seletividade ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 109 angular, isto é, traduz a redução dos ganhos solares causada pela variação das propriedades do vidro com o ângulo de incidência da radiação solar direta, representado na expressão (13). Existência de proteções solares permanentes: gi = gTp (12) Inexistência de proteções solares permanentes: gi = 0 . 90×g ⊥ ,vi (13) ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO Na estação de arrefecimento considera-se que as proteções móveis se encontram parte do tempo 100% ativadas, variando essa parcela de acordo com a orientação e encontrando-se definida na Tabela 14 do Despacho n.º 15793-K/2013 sob a nomenclatura Fmv, parcialmente representada na Tabela 33, mais abaixo. O fator solar de verão é então determinado recorrendo à expressão (14): gv = Fmv×gT+ ( 1-Fmv ) ×gTp (14) Onde: Fmv – Fração de tempo em que os dispositivos de proteção solar móveis se encontram totalmente ativados; gT – Fração solar global do vão envidraçado com todos os dispositivos de proteção solar, permanentes ou móveis, totalmente ativados; gTp – Fator solar global do vão envidraçado com todos os dispositivos de proteção solar permanentes existentes. Tal como na estação de aquecimento, no caso de não existirem proteções solares, o fator solar é obtido pela multiplicação do fator solar do vidro pelo fator de seletividade angular, encontrando-se o último definido na Tabela 21 do Despacho n.º 15793-K/2013, variando este com a orientação e com o tipo de vidro. A expressão geral (14) apresenta 4 combinações possíveis, resultando nas expressões 15, 16, 17 e 18: Existência apenas de proteções solares permanentes: gv = gTp (15) Existência de proteções solares permanentes e móveis: gv = Fmv×gT+ ( 1-Fmv ) ×gTp (16) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 110 Existência apenas de proteções solares móveis: gv = Fmv×gT+ ( 1-Fmv ) ×Fw,v×g ⊥ ,vi (17) Ausência de proteções solares: gv = Fw,v×g ⊥ ,vi (18) Notas: 1. Na ausência de dispositivos de proteção solar fixos, gTp corresponde a Fw,v×g⊥,vi; 2. A fração de tempo em que os dispositivos móveis se encontram totalmente ativados na estação de arrefecimento, Fmv, em função da orientação do vão é obtida conforme a Tabela 33, considerando-se que, caso não existam dispositivos de proteção solar móveis, Fmv corresponde a 0. Para a estação de arrefecimento foi necessário determinar a fração de tempo em que os dispositivos móveis de proteção se encontram ativados, Fmv, segundo a orientação destes, caso existam. Consultando a Tabela 33, segundo o Despacho n.º 15793-K/2013, foi possível corresponder a cada vão envidraçado o respetivo valor de Fmv, representados na Tabela 34. Tabela 33 - Fração de tempo em que os dispositivos móveis se encontram ativados, Fmv . (fonte: Tabela 14 – Despacho n.º 15793-K/2013) Orientação do vão N NE/NO S SE/SO E/O H F mv 0 0.4 0.6 0.7 0.6 0.9 Tabela 34 - Valores da fração de tempo em que os dispositivos móveis se encontram ativados, Fmv , para a moradia em estudo. (continua) Estação de Arrefecimento Vão Envidraçado Orientação Existência de dispositivos de proteção solar móveis Fração de tempo em que os dispositivos móveis se encontram ativados (Fmv) V1.0 SO Sim 0.7 V2.0 NO Sim 0.4 V4.0 NE Sim 0.4 V6.0 SE Sim 0.7 ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 111 Tabela 34 - Valores da fração de tempo em que os dispositivos móveis se encontram ativados, Fmv , para a moradia em estudo. (continuação) Estação de Arrefecimento Vão Envidraçado Orientação Existência de dispositivos de proteção solar móveis Fração de tempo em que os dispositivos móveis se encontram ativados (Fmv) V1.1 SO Sim 0.7 V2.1 NO Sim 0.4 V3.1 NO Sim 0.4 V4.1 NE Não 0 V5.1 SE Sim 0.7 V6.1 NE Não 0 V7.1 SE Sim 0.7 V8.1 NE Não 0 3.3 – SOLUÇÕES DE ENVIDRAÇADOS PARA O CASO EM ESTUDO Para o caso de estudo, existem diferentes tipos de envidraçados, cada um com as respetivas características, e existem também, diferentes tipos de vãos, nomeadamente, com orientações e proteções solares exteriores que diferem entre cada vão, o que irá corresponder ao uso de diferentes expressões para o cálculo dos parâmetros dos diferentes vãos envidraçados. Por isto, os cálculos terão de ser individualizados para cada tipo de envidraçado, visto as características e parâmetros de cada um serem diferentes entre os tipos de envidraçados que foram escolhidos, como os respetivos vãos, também diferem entre si (orientações e dimensões). A composição e características dos diferentes envidraçados foram obtidas no programa Calumen III versão 1.12, do fabricante de vidros, Saint-Gobain. Com estes dados, foi possível introduzir os valores correspondentes a cada tipo de envidraçado na ferramenta de cálculo, de forma a determinar as necessidades energéticas para a moradia de cada um dos diferentes tipos de envidraçados. São demonstrados tais passos de seguida. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 112 3.3.1 – ENVIDRAÇADO TIPO 1 (BASE) – ENV1 O envidraçado do tipo 1 (ENV1) será o envidraçado base, considerado apenas para efeitos de comparação de valores com os outros 14 tipos de envidraçados, visto não ter solução térmica e fator solar (g) regulamentares, sendo o envidraçado mais simples de todos os selecionados para o presente estudo. De referir que este tipo de envidraçado tem o custo menor de todos os envidraçados, com um valor de 69.00€/m2 (sem IVA). Figura 108 - Características do Envidraçado do tipo 1 (ENV1). (fonte: programa Calumen III v1.12) ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 113 Para efeitos de ganhos térmicos é necessário calcular alguns parâmetros, para depois serem introduzidos na ferramenta de cálculo de forma a determinar as necessidades energéticas da moradia. Sendo conhecidas as características do envidraçado do tipo 1 (ENV1), representados na Figura 108, podem ser calculados os parâmetros necessários, segundo as normas do REH, como se verifica a seguir. COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA – ENV1 Dos parâmetros do envidraçado do tipo 1, sabe-se que o Ug tem o valor de 2.772 W/(m2.°C), então pode-se determinar o valor de Uw, recorrendo à equação (5): Uw = 0.8×2.772+0.75 ↔ Uw = 2.968 W/(m2.°C) Depois de saber o valor de Uw, e retirado o valor de ∆R da Tabela 17, já é possível calcular o valor de Un, através da expressão (7): Un = 1 1 2.968 +0.09 ↔ Un = 2.342 W/(m2.°C) Por fim, é possível determinar Uwdn, do envidraçado do tipo 1, fazendo a média dos 2 valores obtidos anteriormente, como indicado na equação (6): Uwdn = 2.968+2.342 2 ↔ Uwdn = 2.655 W/(m2.°C) ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO Para a estação de arrefecimento (verão), foram usados os dados seguintes: • Através do programa do fabricante, Calumen III, foi obtido o fator solar do ENV1, representado na Figura 108: g⊥,vi=0.7519; • Recorrendo à Tabela 31, observamos que para envidraçados com proteções solares exteriores com estores venezianos de lâminas metálicas: gTvc=0.09; Nos casos em que não existem proteções solares exteriores, gTvc=0; • Segundo a expressão (11), vem: - gT = g⊥,vi×Π�gTvc 0.75� ↔ gT = 0.7519×Π�0.09 0.75� ↔ gT = 0.0902; - Segundo a expressão (14) : gv = Fmv×gT+(1-Fmv)×gTp; - Visto não existirem proteções solares fixas permanentemente, vem: gTp= Fw,v×g⊥,vi. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 114 • Da Tabela 30, retira-se o valor de Fw,v, igual para todos os vãos envidraçados: Fw,v=0.85; • Da Tabela 34, retira-se 3 valores de Fmv, para diferentes orientações dos vãos envidraçados e a existência ou não de proteções solares exteriores, obtendo assim diferentes valores de gv. Na Tabela 35, estão representados os valores calculados dos parâmetros referidos anteriormente, para o envidraçado do tipo 1 (ENV1), na estação de arrefecimento. Tabela 35 - Parâmetros de calculo para todos os vãos, utilizando o Envidraçado do tipo 1, na estação de arrefecimento. Estação de Arrefecimento Vão Envidraçado Orientação Fator Solar fabricante (g⊥,vi) Proteções solares exteriores Fator Solar (gTvc) Fração de tempo (Fmv) Fator de correção da seletividade angular (Fw,v) Fator Solar Global (gT) Fator Solar Global (g Tp ) Fator Solar na estação de arrefecimento (gv) V1.0 SO 0.7519 sim 0.09 0.7 0.85 0.09 0.639 0.255 V2.0 NO sim 0.09 0.4 0.85 0.09 0.639 0.420 V4.0 NE sim 0.09 0.4 0.85 0.09 0.639 0.420 V6.0 SE sim 0.09 0.7 0.85 0.09 0.639 0.255 V1.1 SO sim 0.09 0.7 0.85 0.09 0.639 0.255 V2.1 NO sim 0.09 0.4 0.85 0.09 0.639 0.420 V3.1 NO sim 0.09 0.4 0.85 0.09 0.639 0.420 V4.1 NE não 0 0 0.85 0.75 0.639 0.639 V5.1 SE sim 0.09 0.7 0.85 0.09 0.639 0.255 V6.1 NE não 0 0 0.85 0.75 0.639 0.639 V7.1 SE sim 0.09 0.7 0.85 0.09 0.639 0.255 V8.1 NE não 0 0 0.85 0.75 0.639 0.639 ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Para a estação de aquecimento (inverno), foram usados os dados seguintes: 1. Para efeito de cálculo das necessidades de aquecimento considera-se que, de forma a maximizar o aproveitamento da radiação solar, os dispositivos de proteção solar móveis estão totalmente abertos; 2. Para o cálculo do fator solar na estação de aquecimento, segundo o Despacho n.º 15793K/2013, para vãos sem dispositivos de proteção solar permanente, será igual ao fator solar do vidro g⊥,vi, afetado do fator de seletividade angular Fw,i, segundo a equação (13). ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 115 Na Tabela 36, estão representados os valores calculados dos parâmetros referidos anteriormente, para o envidraçado do tipo 1 (ENV1), na estação de aquecimento. Tabela 36 - Parâmetros de cálculo para o Envidraçado do tipo 1 para a estação de aquecimento. Estação de Aquecimento Vão Envidraçado Orientação Fator Solar fabricante (g⊥,vi) Fator de correção da seletividade angular (Fw,i) Fator Solar na estação de aquecimento ( gi) V1.0 SO 0.7519 0.900 0.677 V2.0 NO 0.900 0.677 V4.0 NE 0.900 0.677 V6.0 SE 0.900 0.677 V1.1 SO 0.900 0.677 V2.1 NO 0.900 0.677 V3.1 NO 0.900 0.677 V4.1 NE 0.900 0.677 V5.1 SE 0.900 0.677 V6.1 NE 0.900 0.677 V7.1 SE 0.900 0.677 V8.1 NE 0.900 0.677 A determinação dos fatores solares para a estação de arrefecimento e aquecimento, são elementos necessários para o cálculo das necessidades energéticas para as respetivas estações. Na ferramenta de cálculo tais valores são obtidos automaticamente, sendo necessário a introdução do coeficiente de transmissão térmica do envidraçado Uwdn, fator solar do vidro do fabricante g⊥,vi, fator solar global do vão envidraçado com todos os dispositivos (permanentes e/ou móveis) de proteção solar totalmente ativados gT, fator solar global do vidro com todos os dispositivos de proteção solar permanentes existentes gTp e o valor da fração envidraçada Fg. Na Tabela 37 estão representados os valores introduzidos na ferramenta de cálculo para o envidraçado do tipo 1 (ENV1). Note-se que foram consideradas duas designações de envidraçados, pela diferença, de conter ou não proteções solares exteriores, sendo VE1 e VE2, envidraçados com e sem proteções respetivamente. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 116 Tabela 37 - Parâmetros introduzidos na ferramenta de cálculo relativo ao ENV1. Designação do tipo de solução Uwdn (W/m2.C) g⊥,vi g⊥,T FS Global g ⊥ ,Tp Classe da Caixilharia Tipo de Vidro Fg Uref (W/m2.C) Área (m2) Umáx (W/m2.C) VE1 2.66 0.75 0.09 0.64 4 Duplo 0.70 2.80 40.24 2.80 VE2 2.66 0.75 0.75 0.64 4 Duplo 0.70 2.80 2.58 2.80 Depois de introduzidos todos os dados relativos à moradia em estudo, é obtido o balanço energético final, com a obtenção das necessidades energéticas nominais anuais de energia resumidos na Tabela 38, para o envidraçado do tipo 1 (ENV1). Tabela 38 - Balanço energético do envidraçado do tipo 1 (ENV1). Tipo de Envidraçado Nic (𝒌𝒌𝑾𝑾𝒌𝒌/𝒎𝒎𝟐𝟐.𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂) Nvc (𝒌𝒌𝑾𝑾𝒌𝒌/𝒎𝒎𝟐𝟐.𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂) Ntc (𝒌𝒌𝑾𝑾𝒌𝒌/𝒎𝒎𝟐𝟐.𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂) Hext (𝑾𝑾/℃) Qsol,v EXT (𝒌𝒌𝑾𝑾𝒌𝒌) ENV1 26.44 6.24 27.69 118.69 2445.29 Onde: Nic – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento; Nvc – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento; Ntc – Necessidades nominais anuais globais de energia primária. 3.3.2 – OUTROS TIPOS DE ENVIDRAÇADOS Para os restantes tipos de envidraçados a metodologia utilizada foi a mesma, tendo apenas, sido atualizados individualmente, os valores dos parâmetros correspondentes a cada tipo de envidraçado diferente (ENV2 a ENV15). Como já foi referido, todos os parâmetros de cada tipo de envidraçado foram retirados do programa, Calumen III versão 1.12, do fabricante Saint-Gobain. Os cálculos efetuados em todos os outros tipos de envidraçados, utilizam o mesmo tipo de equações que foram utilizadas para os cálculos dos parâmetros do envidraçado do tipo 1, tendo sido remetidos para Anexo (A.5 e A.6) o cálculo dos parâmetros relativos aos restantes tipos de envidraçados, incluindo um relatório tipo retirado da ferramenta de cálculo, a título de exemplo (ENV5). ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 123 CAPÍTULO 4 : ANÁLISE DE RESULTADOS 4.1 – INDICADORES ENERGÉTICOS Neste capítulo serão feitas análises aos resultados obtidos, relacionados com o desempenho energético de cada um dos diferentes envidraçados. Pretende-se com isto, tentar perceber quais os parâmetros que mais influenciam no desempenho térmico dos envidraçados e desta forma definir, se possível, a melhor solução de envidraçado a colocar na moradia em estudo, relacionando os vários fatores representados na Tabela 45. Tabela 45 - Parâmetros energéticos de cada tipo de envidraçado. g Ug (W m2. ⁄ ℃) Te (%) Nic (𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌 /𝒎𝒎𝟐𝟐.𝒂𝒂𝒏𝒏𝒂𝒂) Nvc (𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌 /𝒎𝒎𝟐𝟐.𝒂𝒂𝒏𝒏𝒂𝒂) Ntc (𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌 𝑬𝑬𝑬𝑬 /𝒎𝒎𝟐𝟐.𝒂𝒂𝒏𝒏𝒂𝒂) Hext ( W ℃ ⁄ ) Qsol,v Ext (kWh) Preço/ m2 Preço Total ENV1 0.752 2.772 65.6 26.44 6.21 27.69 118.69 2445.29 69 € 2 954.68 € ENV2 0.604 1.112 52.0 18.12 7.91 23.93 65.68 2290.68 86 € 3 682.65 € ENV3 0.430 1.034 37.7 23.68 5.03 25.22 63.33 1629.89 92 € 3 939.58 € ENV4 0.375 1.341 30.9 27.16 4.11 26.64 72.53 1424.06 97 € 4 153.69 € ENV5 0.286 1.333 23.1 29.81 3.27 25.34 72.32 1085.30 97 € 4 153.69 € ENV6 0.487 1.112 39.9 22.59 5.59 24.96 65.68 1848.15 101 € 4 324.97 € ENV7 0.377 1.112 30.0 25.69 4.36 25.94 65.68 1428.78 101 € 4 324.97 € ENV8 0.278 1.111 21.3 28.64 3.39 24.64 65.64 1057.86 101 € 4 324.97 € ENV9 0.368 1.034 32.6 25.46 4.35 25.80 63.33 1397.05 104 € 4 453.44 € ENV10 0.337 1.034 29.2 26.36 4.08 26.14 63.33 1281.27 104 € 4 453.44 € ENV11 0.278 1.034 23.7 28.17 3.45 24.36 63.33 1053.58 104 € 4 453.44 € ENV12 0.228 1.112 18.7 32.21 2.82 26.76 65.68 866.19 104 € 4 453.44 € ENV13 0.328 1.034 29.2 26.64 3.94 26.21 63.33 1245.68 119 € 5 095.76 € ENV14 0.279 1.034 24.9 28.14 3.46 24.35 63.33 1057.86 119 € 5 095.76 € ENV15 0.209 1.034 17.9 30.33 2.83 25.65 63.33 794.58 119 € 5 095.76 € Observando a Tabela 45, sem recorrer às expressões de calculo, é notório que alguns parâmetros tem ligações entre si, como é o caso do fator solar (g) em relação à variável – ganhos térmicos associados à radiação solar incidente na envolvente exterior envidraçada, na estação de arrefecimento (Qsol,v) – como se pode observar no Gráfico 1, o Qsol,v é proporcional ao fator solar (g). ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 124 Sendo o fator solar (g), a quantidade de radiação que passa para o interior, é expectável que um maior fator solar, permita um maior ganho térmico associado à radiação solar, como mostra a relação destes dois parâmetros. Na época de aquecimento, será uma vantagem ter estes ganhos associados, mas não na época de arrefecimento, onde estes ganhos poderão ser indesejados, nomeadamente em fachadas orientadas a sul. Gráfico 1 - Relação de valores de Qsol,v com o Fator Solar g. Ainda é possível observar na Tabela 45, a relação diretamente proporcional, do coeficiente de transmissão térmica do vidro (Ug), com o indicador de aquecimento, o coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com o exterior (Hext). O Gráfico 2 representa esta relação: Gráfico 2 - Relação de valores de Hext com o coeficiente de transmissão térmica do vidro Ug. 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Fator Solar (g) Qsol,v (kWh) Qsol,v g 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0 20 40 60 80 100 120 140 Ug (W⁄m2. ℃ ) Hext (W/°C) Hext Ug ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 125 Gráfico 3 - Necessidades energéticas (Nic, Nvc e Ntc) e fator solar (g). Do Gráfico 3, pode-se observar a relação das necessidades energéticas com o fator solar (g). O fator solar (g) tem influência nos valores das necessidades nominais de energia útil, mas de formas opostas. De seguida serão pormenorizadas estas relações individualmente, para mais fácil perceção (Gráfico 4, Gráfico 5 e Gráfico 6). Gráfico 4 - Relação do fator solar (g) com as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Fator Solar (g) 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ / 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 - 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ ep/ 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 Ntc Nic Nvc g 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 5 10 15 20 25 30 35 Fator Solar (g) Nic ( 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ / 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 ) Nic g ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 126 Gráfico 5 - Relação do fator solar (g) com as necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc). Gráfico 6 - Relação entre o fator solar (g) e as necessidades nominais anuais globais de energia primária (Ntc). Da observação dos gráficos acima, pode-se constatar, que o fator solar (g) tem bastante influência nos valores das Nic e Nvc, mas de forma diferente, pois quando o valor de (g) desce, descem também as necessidades de arrefecimento – Nvc, onde ao invés, sobem as necessidades de aquecimento – Nic. Tal facto poderá ser explicado, pela razão de o fator solar (g) do vidro, funcionar como um “filtro” da radiação solar que passa para o interior da habitação. Quanto maior o valor do fator solar (g), maior será a percentagem de radiação que atravessa o vidro e, desta forma, maior o calor transferido para o interior, tal como acontece com Qsol,v, já referido 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Fator Solar (g) Nvc ( 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ / 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 ) Nvc g 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 Fator Solar (g) Ntc ( 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ ep/ 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 ) Ntc g ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 127 anteriormente. Esta passagem de calor será benéfica no inverno, pois ajuda a aquecer o ambiente interior, enquanto que no verão prejudica o arrefecimento do mesmo ambiente interior e por isso, desempenha papeis opostos nas diferentes estações. No entanto, esta relação não se verifica para as necessidades globais de energia – Ntc, onde os valores destas, não acompanham as descidas e subidas da mesma forma com o valor do fator solar (g), como facilmente verificado no Gráfico 6, pois também, existem outros parâmetros que influenciam no desempenho energético. Gráfico 7 - Relação da transmissão energética com o fator solar (g). Também pela observação do Gráfico 7 se verifica um acompanhamento da transmissão energética (Te) com o fator solar (g), pelas mesmas razões que já se referiram anteriormente. Em relação ao desempenho energético dos diferentes tipos de envidraçados, para as necessidades energéticas obtidas, consegue-se perceber que será sempre difícil definir um envidraçado ótimo para as duas estações, aquecimento e arrefecimento, podendo, no entanto, existir um equilíbrio entre estes. A observação do Gráfico 8, indica que, a existência de uma solução melhor para uma dada estação, implicará uma pior solução na estação oposta. A escolha do envidraçado ótimo, dependerá sempre dos objetivos ou preferências dos seus utilizadores relativamente à qualidade de conforto que desejam para cada uma das estações referidas. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Fator Solar (g) Transmissão térmica (Te) Te g ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 128 Gráfico 8 - Relação de valores das necessidades energéticas de cada tipo de envidraçado. Com o objetivo de tentar avaliar os custos relacionados com as necessidades energéticas de cada tipo de envidraçado para se perceber se o investimento num envidraçado com um custo mais elevado significaria uma melhoria, diretamente proporcional, de poupança energética anual numa mesma habitação, é facilmente visível pela observação do Gráfico 9. Ao comparar os custos de cada envidraçado com as necessidades nominais globais anuais de energia primária (Ntc), tal não acontece. À medida que se observa uma subida do custo por m2 dos envidraçados, os valores de Ntc vão oscilando aleatoriamente, significando isto, que a um aumento de custo do envidraçado, não implica um aumento na melhoria do desempenho energético, pelo menos, para o caso do presente estudo. Percebe-se também, que os envidraçados mais à esquerda (Gráfico 8), têm piores desempenhos energéticos globais, significando isto, que o envidraçado do tipo 15 (ENV15), será das piores soluções a adotar, pelo seu “rácio” de desempenho associado ao seu maior custo de todos os envidraçados. Gráfico 9 - Comparação do preço/m2 com as necessidades nominais globais anuais de energia primária, Ntc. 0 5 10 15 20 25 30 35 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ / 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 - 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ ep/ 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 Nic Nvc Ntc 24 25 25 26 26 27 27 28 28 €60 €70 €80 €90 €100 €110 €120 €130 Ntc ( 𝑘𝑘𝑊𝑊ℎ ep/ 𝑚𝑚 2. 𝑎𝑎𝑛𝑛𝑜𝑜 ) Preço/m2 Preço/m2 Ntc ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 129 Não sendo todos os dados energéticos da mesma ordem de grandeza, e para uma maior facilidade de comparação, foi necessário normalizar estes valores, transformando todas as variáveis, dentro da mesma ordem de grandeza (0 a 1), segundo a expressão (19). 𝑥𝑥𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 =𝑥𝑥 −𝑥𝑥𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑥𝑥𝑛𝑛á𝑥𝑥−𝑥𝑥𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 (19) Assim, na Tabela 46, estão representados os valores normalizados das variáveis em causa, onde, valores mais altos, significam melhores resultados para aquela variável em questão. Tabela 46 - Parâmetros energéticos de cada tipo de envidraçado normalizados. g Ug Te Nic Nvc Ntc Hext Qsol,v Ext Preço /m2 Preço Total ENV1 0.000 0.000 0.000 0.504 0.233 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 ENV2 0.272 0.955 0.285 1.000 0.000 0.886 0.958 0.094 0.660 0.660 ENV3 0.593 1.000 0.585 0.609 0.488 0.498 1.000 0.494 0.540 0.540 ENV4 0.694 0.823 0.727 0.357 0.675 0.117 0.834 0.619 0.440 0.440 ENV5 0.858 0.828 0.891 0.109 0.878 0.483 0.838 0.824 0.440 0.440 ENV6 0.488 0.955 0.539 0.727 0.344 0.618 0.958 0.362 0.360 0.360 ENV7 0.691 0.955 0.746 0.442 0.638 0.271 0.958 0.616 0.360 0.360 ENV8 0.872 0.956 0.929 0.172 0.865 0.625 0.958 0.841 0.360 0.360 ENV9 0.708 1.000 0.692 0.449 0.647 0.293 1.000 0.635 0.300 0.300 ENV10 0.763 1.000 0.763 0.365 0.721 0.183 1.000 0.705 0.300 0.300 ENV11 0.873 1.000 0.878 0.197 0.858 0.681 1.000 0.843 0.300 0.300 ENV12 0.965 0.955 0.983 0.026 0.972 0.293 0.958 0.957 0.300 0.300 ENV13 0.781 1.000 0.763 0.339 0.743 1.000 1.000 0.727 0.000 0.000 ENV14 0.872 1.000 0.853 0.201 0.856 0.688 1.000 0.841 0.000 0.000 ENV15 1.000 1.000 1.000 0.000 1.000 0.233 1.000 1.000 0.000 0.000 Com a tabela dos valores normalizados será possível fazer avaliações com uma leitura mais percetível do significado dos resultados. No Gráfico 10, numa análise preliminar, percebe-se que o envidraçado do tipo 13 (ENV13), tem o melhor desempenho relativo ao Ntc, mas, que em contrapartida, tem o custo mais elevado de todos os envidraçados. Será preciso analisar o período de retorno, para se perceber se a solução justificará o seu custo mais elevado. Por outro lado, o envidraçado do tipo 2 (ENV2), tem um custo bastante mais reduzido, e um desempenho um pouco abaixo do melhor de todos os envidraçados, pelo que à partida poderá ser uma boa solução a aplicar na moradia. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 130 A posições mais próximas do centro, implica piores resultados, ou seja, maiores Ntc (linha verde) e maiores custos por m2 (linha laranja). É facilmente visível que os ENV1, ENV4, ENV7, ENV9 e ENV15, são os com piores valores de Ntc, que no caso do ENV15 se agrava, pelo facto de também ter o pior valor em relação ao seu custo por m2. Gráfico 10 - Relação do preço dos envidraçados com as Ntc. Nos gráficos 11, 12, 13, 14 e 15 são comparados os tipos de envidraçados relativamente ao envidraçado do tipo 1 (ENV1), por grupos de custo, pretendendo avaliar as possíveis melhores soluções dentro do mesmo investimento, referenciando sempre o ENV1. O envidraçado do tipo 2 (ENV2) e do tipo 3 (ENV3) serão agrupados no mesmo grupo, apesar de terem custos diferentes (Gráfico 11). Gráfico 11 - Comparação de desempenho entre envidraçados com custo de 86 e 92 €/m 2. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 131 No Gráfico 12, verifica-se que o envidraçado do tipo 4 (ENV4) tem piores resultados em todos os parâmetros, exceto nas necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic), relativamente ao envidraçado do tipo 5 (ENV5). Como já referido, o ENV4 tem dos piores valores para as necessidades nominais anuais de energia primária (Ntc), pois neste ponto, encontra-se muito próximo do centro (valor normalizado de 0.117). Gráfico 12 - Comparação de desempenho entre envidraçados com custo de 97 €/m 2. Pelo Gráfico 13, é possível ver que o envidraçado do tipo 8 (ENV8) tem melhores resultados em todos os parâmetros, exceto nas Nic, relativamente aos envidraçados ENV7 e ENV6, sendo este último, o que apresenta melhor valor para as Nic. Para valores nominais (Ntc), o ENV8 e ENV6 têm valores iguais, melhor que o ENV7. Os valores de Nic e Nvc são diferenciados entre estes envidraçados. Gráfico 13 - Comparação de desempenho entre envidraçados com custo de 101 €/m 2. ANÁLISE PARAMÉTRICA DO DESEMPENHO DE ENVIDRAÇADOS EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS 132 Nos tipos de envidraçados representados no Gráfico 14, têm valores próximos nas necessidades para arrefecimento (Nvc), variando mais nas necessidades para aquecimento (Nic). Nas necessidades globais (Ntc), os ENV9, ENV10 e ENV12, têm valores muito próximos, com piores resultados, em relação ao ENV11, este com valor mais baixo de (Ntc), e por isso melhor resultado. Gráfico 14 - Comparação de desempenho entre envidraçados com custo de 104 €/m 2. No Gráfico 15, existe um equilíbrio relativo aos valores das necessidades de arrefecimento (Nvc), entre estes tipos de envidraçados. É notório, no entanto, quer nas necessidades de aquecimento (Nic), quer nas necessidades globais (Ntc), que os valores se encontram em diferentes níveis, sendo os piores resultados, pertencentes ao tipo de envidraçado 15 (ENV15), já referido numa análise anteriormente. Gráfico 15 - Comparação de desempenho entre envidraçados com custo de 119 €/m 2.