Calculos termicos

Embed Size (px)

Citation preview

1 Relatrio de progresso

AveiroDomusAssociao para o Desenvolvimento da Casa do Futuro

Sub Projecto de Isolamento Trmico 1 Relatrio de Progresso

Universidade de Aveiro

Coordenador: Joo Labrincha Aveiro Maro de 2006

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica

1 Relatrio de progresso

Este trabalho foi realizado no mbito de um contrato celebrado entre a AVEIRODOMUS e a Universidade de Aveiro, em 9 de Novembro de 2005

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica

1 Relatrio de progresso

Equipa ExecutivaJoo Labrincha (Universidade de Aveiro, Departamento de Engenharia Cermica e do Vidro) Antnio Samagaio (Universidade de Aveiro, Departamento de Ambiente e

Ordenamento) (Coordenador) Romeu Vicente (Universidade de Aveiro, Departamento de Engenharia Civil)

Equipa ConsultivaFrancisco Leito (Universidade de Aveiro) Juliett Vicente (Universidade de Aveiro) Susana Tiago (Universidade de Aveiro)

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica iii

1 Relatrio de progresso

SumrioO presente relatrio foi elaborado com o objectivo de rever o estado da arte em Trmica de edifcios, em particular na rea do isolamento trmico. A primeira parte do relatrio descreve os princpios bsicos da trmica e, em particular, da trmica aplicada a edifcios, enumera as exigncias regulamentares, apresenta o levantamento de solues existentes no mercado actual e de solues de vanguarda. As metodologias de trabalho so delineadas e as linhas mestras do trabalho so igualmente apresentadas. Por fim, realiza-se uma identificao preliminar de interligaes com os restantes sub projectos e proposto o planeamento das prximas fases de desenvolvimento do sub projecto de Trmica.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica iv

1 Relatrio de progresso

ndice1. Modos de transferncia de calor1.1. Generalidades. 1.2. Conduo 1.3. Conveco 1.4. Radiao 1.5. Evaporao, condensao e movimentos da humidade 1.6. Condutibilidade trmica 1 1 2 5 6 6 9 11 13 14 14 15 15 16 17 18 21 22

2. Propriedades higrotrmicas da envolvente exterior2.1. Resistncia trmica 2.2. Resistncia trmica superficial 2.3. Resistncia trmica de espaos de ar 2.4. Resistncia trmica total 2.5. Coeficiente global de transferncia de calor

3. Pontes trmicas3.1. Definio 3.2. Razes para a ocorrncia de pontes trmicas 3.3. Consequncias das pontes trmicas 3.4. Tipos de pontes trmicas

4. Exigncias regulamentares4.1. Definies relevantes para o clculo trmico 4.2. Condies interiores de referncia 4.3. Estrutura do RCCTE

5. Isolantes trmicos 6. Estado da Arte na rea de Conhecimento de Isolamento Trmico de edifcios6.1. Generalidades 6.2. Levantamento das solues existentes no mercado actual 6.2.1. Isolantes trmicos de origem natural 6.2.1.1. Fibra de Cco 6.2.1.2. Produtos de cortia 6.2.1.3. Fibras e partculas de madeira aglutinadas 6.2.1.4. Fibras celulsicas 6.2.2. Isolantes trmicos de origem sinttica 6.2.2.1. Poliestireno expandido 6.2.2.2. Espumas rgidas de poliuretano e de poli-isocianaturo 6.2.2.3. Outros isolamentos sintticos 6.2.3. Isolantes trmicos de origem mineral 6.2.3.1. L mineral 6.2.3.2. Grnulos de argila expandida 6.2.3.3. Beto celular autoclavado 6.3. Levantamento de solues de vanguarda existentes no mercado 6.3.1. Materiais de mudana de fase 6.3.2. Papel reciclado Isofloc 6.3.2.1. Composio 6.3.2.2. Informaes tcnicas 6.3.2.3. Caractersticas

24

25 29 30 30 31 32 33 34 34 36 37 39 39 40 41 42 42 43 44 44 45

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica v

1 Relatrio de progresso

7. Sntese de solues 8. Metodologias de trabalho 9. Linhas mestras do sub projecto de isolamento trmico 10. Identificao preliminar das interligaes com os restantes sub projectos e com os produtos em desenvolvimento pela equipa 11. Planeamento das prximas fases de desenvolvimento do sub projecto 12. Concluses Referncias

48 51 52

53 54 57

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica vi

1 Relatrio de progresso

1.- Modos de transferncia de calor1.1.- GeneralidadesA diferena de temperatura existente entre as superfcies interior e exterior da envolvente de uma edificao provoca uma transferncia de calor entre os ambientes, exterior e interior, que aquela envolvente separa. A transferncia de calor far-se- num sentido ou outro, consoante aquela diferena seja positiva ou negativa, e sempre da temperatura mais elevada para uma mais baixa. As trocas de calor realizam-se segundo trs modos fundamentais: conduo, conveco e radiao. Se no elemento ou espao considerado se verificar a ocorrncia de fenmenos de transferncia de massa (gua) podem, ainda, registar-se transferncias de calor por evaporao e por condensao do vapor de gua ou ainda, por escoamento lquido. Na envolvente de edifcios, a transferncia de calor, d-se em geral, sob a forma de uma combinao dos vrios modos referidos anteriormente, com predominncia de um ou de vrios deles, consoante as caractersticas fsicas e construtivas do elemento. Devido variao das condies de temperatura, da radiao solar e de outros parmetros climticos, e, ainda, das condies impostas aos locais interiores, o regime de transferncia de calor entre os ambientes exterior e interior e entre as superfcies dos elementos da envolvente essencialmente no-estacionrio, apresentando durante alguns perodos um carcter cclico. Em qualquer um dos casos, o estudo aprofundado destes fenmenos apresenta uma complexidade elevada. Em muitos aspectos prticos do estudo das solues e do desempenho trmico da envolvente e dos locais interiores e exteriores se mantm estveis durante alguns perodos suficientemente longos para se considerar que a transferncia de calor se efectue em regime permanente.

1.2 - ConduoA transmisso de calor por conduo atravs de um material d-se por transferncia entre molculas desse material, sem ocorrncia de deslocamentos moleculares. o modo de transferncia caracterstico da matria slida, embora tambm ocorra em lquidos e em gases, e entre diferentes estados (slido-gasoso, lquido-gasoso, etc). A conduo de calor em materiais slidos no porosos (sem vazios) , geralmente, superior que se verifica em fluidos (movimentos convectivos). Verifica-se experimentalmente, que o fluxo de calor atravs de uma placa proporcional rea da placa A, diferena de temperatura entre os meios (1) e (2) que ela separa e inversamente proporcional espessura da placa L.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica

1 Relatrio de progresso

Onde: - C o coeficiente de condutibilidade trmica do material da placa. Apresentam-se na tabela 1, os valores indicativos da condutibilidade trmica de alguns gases habitualmente presentes nos materiais de construo (em particular dos isolantes trmicos) e na gua, lquida e em forma de vapor, igualmente presente em maior ou menor grau naqueles materiais. Tabela 1- Condutibilidade trmica de alguns gases e de gua lquida e em vapor. Condutibilidade Trmica Fludo [W/m.C] Ar 0.026 CO2 0.016 CCI2F2 (R12) 0.010 CCI3F (R11) 0.008 rgon 0.017 SF6 0.013 Krypton 0.60 Vapor de gua 0.60

1.3 ConvecoA conveco natural ocorre nos fluidos (gases e lquidos), e traduz-se pelo movimento de massa desse fluido em resultado da aco combinada de diferena da temperatura no seu seio (que provocam variaes de densidade do fluido) e da fora da gravidade. Assim, a conveco natural depender, do valor da diferena de temperatura existente entre massas do fluido (tanto maior quanto maior a diferena) e da posio relativa dessas massas.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 2

1 Relatrio de progresso

Se as massas localizadas nas zonas superiores estiverem a temperaturas mais elevadas no se registaro movimentos convectivos, pois a massa mais densa j est na zona inferior (a aco da gravidade impede que uma massa de fluido menos densa a empurre para cima e a substitua). O estabelecimento da diferena de presso no seio do fluido provoca ou acentua a ocorrncia de movimentos de conveco. No interior dos materiais de construo e nos isolantes trmicos, em particular, a transmisso de calor por conveco no relevante, em virtude de as respectivas caractersticas de porosidade e de permeabilidade ao ar no favorecerem aquele fenmeno. Os fenmenos convectivos (naturais ou forados) tm alguma importncia apenas nos materiais com uma significativa porosidade aberta, designadamente produtos de fibras minerais de massa volmica muito baixa e materiais soltos com elevada permeabilidade ao ar (grnulos ou fibras). Todavia, a conveco natural e forada adquirem uma importncia significativa, em conjunto com a transferncia de calor por radiao, nas trocas trmicas que ocorrem, quer nas superfcies de separao entre os elementos de construo e os ambientes exterior ou interior, quer atravs de camadas de ar (espaos de ar) integrados no interior dos elementos de construo.

Exemplos ilustrativos: 1) No vero, deve-se introduzir o ar frio nas salas pela parte superior, para que, devido sua maior densidade, ele desa, provocando a circulao de ar, enquanto que no Inverno, o ar quente deve ser introduzido pela parte inferior da sala.

2) beira-mar, a areia, tendo calor especfico sensvel muito menor do que o da gua, aquece mais rapidamente do que a gua durante o dia e arrefece mais rapidamente durante a noite.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 3

1 Relatrio de progresso

Durante o dia: O ar prximo da areia fica mais quente do que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da gua para a terra. o vento que, durante o dia, sopra do mar para a terra.

Durante a noite: O ar prximo da superfcie da gua arrefece menos. Com isto ele fica mais quente do que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da terra para a gua. o vento que, durante a noite, sopra da terra para o mar.

Nos frigorficos, o congelador sempre colocado na parte superior, para que o ar arrefea na sua presena e desa, dando lugar ao ar mais quente que sobe. As prateleiras so feitas em grades (e no inteirias) para permitir a conveco do ar dentro do frigorfico.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 4

1 Relatrio de progresso

1.4 RadiaoTodas as matrias (slidas, lquidas e gasosas) emitem calor por radiao, cuja intensidade depende da temperatura absoluta e caractersticas emissivas. A radiao trmica emitida no necessita de um suporte fsico para se transmitir (pode, portanto, transmitir-se no vcuo), mas pode ser parcial ou totalmente absorvida, reflectida ou transmitida pelos elementos sobre os quais incide. Uma parte da radiao incidente nas superfcies dos materiais slidos opacos absorvida, provocando uma subida da sua temperatura, e a restante radiao reflectida especular ou difusamente.

Nos materiais transparentes, como o vidro ou os fluidos, uma parte significativa da radiao pode atravess-los sem alterao do comprimento de onda (quando se trata, por exemplo, da radiao solar). A restante radiao , quer parcialmente reflectida pela superfcie de incidncia quer absorvida no interior do material. Os materiais semi-transparentes, tais como os vidros fumados e alguns materiais porosos (fibras minerais e materiais celulares de massa volmica aparente muito baixa) apresentam um comportamento intermdio entre os materiais opacos e os transparentes. Uma parte da radiao incidente atravessa o material aps sofrer mltiplas reflexes interiores, ou mesmo, numa reduzida percentagem, sem sofrer qualquer reflexo. Outra parte da radiao, absorvida pela matriz slida do material, sendo posteriormente transmitida por conduo, conveco e por radiao.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 5

1 Relatrio de progresso

Exemplo ilustrativo: Os corpos negros so bons absorventes enquanto que os corpos claros so bons reflectores de calor.

1.5 Evaporao, condensao e movimentos da humidadeA presena de humidade no interior dos elementos de construo, incluindo as camadas isolantes trmicas, responsvel pelo aumento das trocas de calor por conduo, em consequncia da condutibilidade trmica elevada que ela apresenta (vide tabela 1). Alm desse facto, a ocorrncia de fenmenos de transferncia de massa (gua nos estados de vapor ou lquido) e de fenmenos de evaporao e condensao tambm responsvel pela transferncia de calor atravs desses elementos. Estes elementos so provocados por gradientes de temperatura ou de presso de vapor, e por escoamentos lquidos por capilaridade ou por gravidade e a transferncia de calor resultante assume diversas formas, designadamente: - Transferncia de calor associada migrao de humidade atravs do isolante trmico, sob a forma de movimentos de massas de vapor ou de gua lquida; - Cedncia ou absoro de calor latente na sequncia de fenmenos de mudana de fase (evaporao e condensao), quer no interior dos poros ou dos espaos de ar dos isolantes, quer em reas localizadas da camada isolante, na sequncia dos movimentos de migrao da humidade.

1.6 Condutibilidade trmicaGeralmente nas situaes correntes encontradas nos elementos, as trocas trmicas realizam-se pela combinao de dois ou mais modos de transferncia de calor. Em termos prticos, para os materiais de isolamento trmico e outros materiais de construo termicamente homogneos, habitual definir uma condutibilidade trmica aparente.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 6

1 Relatrio de progresso

Este parmetro caracteriza as propriedades trmicas desses materiais, independentemente da sua espessura, engloba a influncia das vrias componentes atrs referidas, e admite que as trocas de calor devidas a cada uma delas sejam proporcionais aos gradientes trmicos estabelecidos, o que, em particular para as trocas de calor devidas presena e migrao de humidade, no totalmente exacto. Quando se trata de materiais, de produtos ou de elementos termicamente heterogneos, designadamente tijolos e alvenaria e as paredes com eles executadas, pavimentos incluindo elementos de diferente constituio (pavimentos pr-fabricados de vigotas e blocos de cofragem perdida, por exemplo), no correcto utilizar o conceito de condutibilidade trmica. Nestas situaes deve recorrer-se a parmetros que caracterizam as propriedades trmicas do material, produto ou elemento, com caractersticas dimensionais bem definidas, nomeadamente a sua espessura. Os parmetros utilizados so a condutncia trmica ou, mais frequentemente, o seu inverso, ou seja, a resistncia trmica.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 7

1 Relatrio de progresso

2.- Propriedades higrotrmicas da envolvente exteriorOs elementos construtivos que tm maior influncia no desempenho trmico de uma habitao so os da envolvente, nomeadamente em termos de ganhos e perdas. A envolvente o somatrio das componentes fronteira: coberturas, fachadas, envidraados, empenas e pavimentos. Estas componentes intervm a dois nveis: 1- Geomtrico: para um mesmo volume, a forma determina superfcies diferentes de contacto com o exterior. O quociente entre a rea de superfcie exterior e o Volume, designa-se por Factor de forma, que mnimo no caso duma esfera e tende a ser mais elevado nos casos das envolventes muito recortadas:

Se V Onde : Ff V Volume m

(eq. 1)

S e rea da sup erfcie exterior m 2

[ ]3

[ ]

2- Transferncia de calor: na medida em que seja mais ou menos permevel aos fluxos de calor ou de ar. Em termos trmicos e visuais, podem distinguir-se dois tipos de componentes tpicos de uma envolvente: - Elementos Opacos: nestes, contam-se em geral as coberturas, os pavimentos e os panos de fachada opaca (parede corrente mais zonas de singularidade ou de pontes trmicas, tais como: pilares, vigas, caixas de estores, etc). Estes elementos podem contribuir para o controlo das perdas e/ou ganhos, segundo o seu grau de isolamento trmico, e para a inrcia trmica conforme a sua massa; caso contenham isolantes leves e de acordo com a sua localizao. - Elementos translcidos e transparentes: estes tm um comportamento essencial nos edifcios por permitirem uma srie de funes: visibilidade e contacto com o exterior, iluminao natural e ganhos solares. Em termos trmicos, h envidraados que constituem apenas perdas trmicas no Inverno, por exemplo quando orientados a Norte, enquanto os mesmos orientados a Sul podem ter um balano energtico positivo nos ciclos do dia, da semana ou da estao. A rea de elementos transparentes e translcidos pode, porm, ser ponderada tendo em conta os seguintes factores: a) Iluminao natural, geralmente mais favorvel para envidraados verticais orientados a Norte; b) Ganhos solares teis, essenciais no Inverno; c) Perda trmicas (Inverno); d) Ganhos solares perniciosos (Vero).

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 8

1 Relatrio de progresso

2.1.- Resistncia TrmicaA quantidade de calor transferida atravs de um painel, limitado por duas superfcies num plano paralelo, de rea unitria, directamente proporcional diferena de temperatura entre as superfcies opostas e condutibilidade e inversamente proporcional espessura:

q = ( f1 f 2 ) Onde :

(eq.2)

=

d

a condutncia

Como valor recproco : q= f1 f 2 f f2 = 1 d R (eq.3)

Onde : q fluxo de calor por unidadede sup erfcie W / m 2 d espessura das camadas[m]

[

]

condutibilidade trmica [W / C.m]

R Re sistncia trmica m 2 . C / W f1 , f 2 temperatura da sup erfcie 1 e 2, respectivamente [ C ]O valor da resistncia de elementos ligados em srie aditivo, como tal, para um elemento composto por vrias camadas:

[

]

R = Rj = j =1

n

dj j =1 j

n

(eq.4)

Onde : n nmero de camadas d espessura do material

condutibilidade trmica [W / C.m]

A resistncia trmica define as propriedades de isolamento trmico de um elemento construtivo, medida em m2.C/W. Alguns valores de resistncias trmicas de elementos de construo homogneos comuns, presentes na envolvente exterior dos edifcios so indicados na tabela 2. So

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 9

1 Relatrio de progresso

indicadas vrias espessuras, ou as espessuras mais comuns, para se poder fazer uma anlise comparativa mais rpida e eficiente. Tabela 2 Resistncias trmicas para espessuras comuns de alguns materiais de construo homogneos sem contabilizar as resistncias trmicas superficiais. Espessura Resistncia trmica Material (mm) [m2.C/W] 10 0.33 Espuma rgida de Poliuretano 20 0.67 50 1.67 10 0.28 Poliestireno expandido extrudido 20 0.57 50 1.43 10 0.25 L de Vidro 20 0.50 50 1.25 10 0.25 Poliestireno espandido moldado 20 0.50 50 1.25 10 0.23 Fibra de Cco 20 0.45 50 1.14 10 0.22 L de Rocha 20 0.44 50 1.11 10 0.22 20 0.44 Aglomerado negro de cortia 50 1.11 10 0.20 Materiais granulares leves ou fibras soltas 20 0.40 50 1.00 10 0.17 20 0.34 Aglomerado de fibras de madeira leve 50 0.86 10 0.08 Aglomerado de partculas de madeira prensadas 20 0.16 50 0.42 10 0.07 Contraplacado 20 0.15 50 0.38 10 0.07 Carvalho, freixo, faia, pinho, casquinha, cedro, abeto, 20 0.13 choupo 50 0.33 10 0.06 Aglomerado de partculas de madeira extrudidas 20 0.12 50 0.31 10 0.05 Aglomerado de fibras de madeira denso 20 0.10 50 0.25 10 0.04 Viroc 13 0.06 20 0.09

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 10

1 Relatrio de progresso

Madeira de massa volmica elevada Estuque tradicional, placas de estafe, gesso cartonado Estuque projectado Argamassa de inertes correntes Beto de inertes correntes - normal

10 20 50 10 13 20 10 20 50 10 20 50 10 20 50

0.03 0.07 0.17 0.03 0.04 0.06 0.02 0.04 0.10 0.008 0.017 0.043 0.006 0.011 0.028

2.2 Resistncia Trmica SuperficialSem uma determinada diferena de temperatura no possvel a existncia de fluxo de calor. Como tal, o fluxo de calor (q), entre o ar e a superfcie vai ser directamente proporcional diferena de temperatura entre o ar e a superfcie, com o coeficiente de conveco (h).

q = h (t ar t s ) Onde :

(eq.5)

h coeficiente de conveco W / m 2 . C tar Temperatura ambiente do ar [ C ] ts temperatura da sup erfcie [ C ]

[

]

O coeficiente de conveco depende dos seguintes factores: da posio da superfcie, em relao direco do fluxo de calor, da geometria da superfcie e da velocidade do ar. A velocidade do ar pode ser natural (devida diferena de temperatura) ou forada (devida ao vento). Na tabela que se segue, so apresentados os valores tpicos dos coeficientes de conveco. Tabela 3 Valores tpicos do coeficiente de conveco [Torvi 2001] Processo Gases Conveco natural Lquidos Gases Conveco forada Lquidos Conveco com mudana de Evaporao ou condensao estado

h [W/m2.K] 2 25 50 100 25 250 50 20000 2500 - 100000

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 11

1 Relatrio de progresso

O valor recproco a chamada resistncia trmica superficial interior e exterior (respectivamente Rsi e Rse). De acordo com critrios estabelecidos em documentao normativa francesa e correntemente utilizados em Portugal, preconiza-se em tais casos a adopo dos valores da tabela que se segue, para as resistncias trmicas superficiais exterior e interior [Pina dos Santos, 1990]: Tabela 4 Resistncias trmicas superficiais [Pina dos Santos, 1990] Resistncia trmica superficial Sentido do fluxo de calor Rs [m2.C/W] Exterior [Re=1/he] Interior [Ri=1/hi] Horizontal 0.04 0.12 Ascendente 0.04 0.10 Vertical Descendente 0.04 0.17 Nas solues em que um dos parmetros do elemento de construo contacta com um local no aquecido ou em que existem disposies construtivas que limitem as trocas de calor por conveco e radiao com o ambiente exterior, razovel utilizar valores da resistncia trmica superficial exterior [Re=1/he] superiores ao indicado na tabela anterior. Para pavimentos em contacto com um local no aquecido ou sobre um espao de ar ventilado e lajes de esteira em contacto com um desvo ventilado ou um espao de ar fortemente ventilado, as resistncias trmicas exterior e interior consideradas so iguais: - Fluxo ascendente: Re = 0.10 m2.C/W; - Fluxo descendente: Re = Ri = 0.17 m2.C/W.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 12

1 Relatrio de progresso

2.3 Resistncia trmica de espaos de arNum espao de ar, ocorre um processo de transferncia de calor combinado. Existe um fluxo de calor por conduo entre as superfcies limites (fig. 1a), por radiao (fig. 1b) e por conveco (fig. 1c). A intensidade da troca de calor por radiao entre as superfcies limites opostas no espao de ar depende da temperatura e da emissividade das superfcies. Desta forma, a intensidade da troca de calor por radiao pode ser atenuada pela colocao de revestimentos superficiais selectivos, ainda que no seja uma soluo comum. A transmisso de calor no espao de ar no ventilado ser proporcional espessura, ou seja, se esta reduzida ou se a estratificao do ar prevenir o movimento de ar intensivo, o efeito de isolamento do ar estacionrio prevalece, pelo que a conduo o fenmeno preponderante.

O efeito combinado da conduo, radiao e conveco acima referidos pode ser caracterizado pela resistncia trmica equivalente de espaos de ar no ventilados, dada em funo dos parmetros anteriormente mencionados. Em diversos estudos, os valores considerados tm como base o Regulamento das Caractersticas de Comportamento Trmico dos Edifcios (RCCTE), sendo apresentados na seguinte tabela. Tabela 5- Resistncias trmicas equivalentes de espaos de ar no ventilados Espessura Resistncia Sentido do fluxo de calor do espao trmica de ar (mm) [m2.C/W] 10 0.14 Horizontal 20 0.16 50 a 100 0.17 10 0.13 Ascendente 20 0.14 50 a 100 0.14 Vertical 10 0.15 Descendente 20 0.18 50 a 100 0.21 Figura 1- Os diversos fenmenos de transmisso de calor que ocorrem em espaos de ar em fachada: a) conduo; b) radiao; c) conveco.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 13

1 Relatrio de progresso

2.4 Resistncia trmica totalA resistncia trmica total, Rt, de um elemento plano composto de camadas homogneas de elementos perpendiculares direco do fluxo de calor pode calcularse atravs da seguinte expresso:

Rt = Ri + R j + Re m 2 . C / W

[

]

(eq.6)

Onde : Rsi Re sistncia trmica sup erficial int erior ;

R1 , R2 ,..., Rn somatrio das reistncias trmicas de cada camada de parede,

incluindo as l min as de ar R se resistncia trmica sup erficial exterior.

2.5 Coeficiente global de transferncia de calorO coeficiente de transferncia de calor (k) constitui o inverso da Resistncia trmica de um elemento, sendo dado pela seguinte expresso:

K=

1 R

[W / m . C ]2

(eq.7)

Este coeficiente define as perdas de calor atravs de um elemento construtivo, por unidade de diferena de temperatura entre o interior e o exterior e por unidade de rea.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 14

1 Relatrio de progresso

3. Pontes trmicas3.1 DefinioDe acordo com a norma EN ISO 10211-1 pode definir-se ponte trmica como uma parte da envolvente do edifcio onde a resistncia trmica, de outro modo uniforme, significativamente alterada. As pontes trmicas so zonas com resistncia trmica inferior da restante envolvente do edifcio, conduzindo a perdas de calor mais elevadas do que na zona corrente da envolvente, devido a vrios factores, tais como: - existncia de zonas com elementos estruturais (topos de lajes, vigas e pilares); - a diferena entre reas internas e externas, como ocorre em ligaes entre paredes e pavimentos e paredes e tectos; - existncia de materiais com condutibilidade trmica diferente na envolvente do edifcio; - existncia de zonas onde o isolamento interrompido; - a uma mudana na espessura dos elementos construtivos; - a outras situaes com problemas nas ligaes entre os diferentes elementos de construo.

3.2 Razes para a ocorrncia de pontes trmicasAs pontes trmicas surgem normalmente quando, por questes construtivas, um material ou materiais com baixo isolamento trmico, normalmente os elementos estruturais, interrompem um material ou materiais com uma maior capacidade de isolamento trmico. Este fenmeno d-se essencialmente, em construes convencionais, nas zonas de contacto entre a estrutura e as paredes sem isolamento contnuo. Os problemas associados com as pontes trmicas agravaram-se aps a introduo de isolamentos nas caixas-de-ar das seces de parede e pela dificuldade construtiva de se realizarem isolamentos contnuos, bem como pela diminuio de estanquicidade ao ar e isolamentos dos sistemas de caixilharias e caixas de estores. O aumento do nvel de isolamento trmico nas zonas correntes de parede deveu-se necessidade de reduzir o consumo de energia em edifcios, reduo do risco de ocorrncia de condensaes e crescimento de fungos e bolores e ao aumento do nvel de conforto trmico no interior das habitaes, durante o Inverno e o Vero. Verificouse, no entanto, que em edifcios onde foi colocado o isolamento na caixa-de-ar, a ocorrncia de condensaes e o crescimento de fungos e bolores no diminuiu, tendo mesmo, em alguns casos, aumentado. Os principais motivos que podem explicar esta situao so o facto de, com algumas tcnicas construtivas e em alguns pontos concretos, se favorecer o aparecimento de pontes trmicas, como nos exemplos representados na figura 2 e de no ser dada ateno s exigncias de ventilao dos edifcios.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 15

1 Relatrio de progresso

Figura 2 Exemplos de situaes de pontes trmicas mais comuns em fachadas de edifcios portugueses convencionais. Na ltima dcada a maioria dos projectistas e de todos os agentes imobilirios, tornouse mais ciente da influncia adversa das pontes trmicas, conhecendo os princpios bsicos para as evitar, pelo menos em projecto. No entanto, continuam a construir-se edifcios com grande nmero de pontes trmicas, muitas vezes no s por m concepo dos projectos, mas por m execuo da obra. Sendo muito mais difcil a eliminao da ponte trmica uma vez o edifcio concludo, a estratgia dever ser a de fiscalizar a obra cuidadosamente, evitando os defeitos.

3.3 Consequncias das pontes trmicasAs principais consequncias da ocorrncia de pontes trmicas so: - Incremento das perdas trmicas em zonas pontuais, que se tornam mais significativas com o aumento do nvel de isolamento em seco corrente; - Agravamento das condensaes superficiais; - Degradao dos revestimentos interiores (rebocos e tintas); - Fissuraes provocadas pela heterogeneidade das temperaturas superficiais interiores nas junes de materiais diferentes (alvenarias/pilares e vigas) pelas diversas solicitaes trmicas, higromtricas e mecnicas, o que favorece as infiltraes de gua que incrementam ainda mais as pontes trmicas existentes, ou criam ainda mais descontinuidades; - A sujidade adere mais facilmente s superfcies frias (o que resulta em faces interiores das paredes exteriores com sujidades nos locais das pontes trmicas); - Potenciam o desenvolvimento de fungos e bolores e diminuem assim a qualidade do ar interior.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 16

1 Relatrio de progresso

Os problemas de condensao no ocorrem exclusivamente nas superfcies internas mais frias. Podem tambm ocorrer dentro dos materiais de construo, deteriorandoos e reduzindo a sua resistncia trmica. Se a temperatura dos materiais de construo atingir o ponto de orvalho do ar do compartimento, antes de ser parado por uma barreira, ocorrero condensaes. Este fenmeno designado por condensao intersticial, sendo causado pela migrao da humidade do ar interior do compartimento para o exterior. So observados com muita frequncia erros conceptuais em edifcios novos, mas estes so mais problemticos em projectos de reabilitao. Em reabilitao de edifcios verifica-se que muitas pontes trmicas permanecem ou so criadas e potenciadas quando se pretende aumentar a resistncia trmica das paredes, devendo por isso ser tida especial ateno ao seu tratamento, de modo a evitar ou reduzir o seu efeito nefasto, utilizando para tal solues de isolamento adequadas, com tratamento dos pontos singulares. Alm disso, quer em edifcios novos, quer em edifcios reabilitados, a no considerao de forma adequada do efeito das pontes trmicas pode reduzir o desempenho trmico dos edifcios, sendo muitas vezes prefervel no incrementar tanto o isolamento, quando no se consegue o tratamento equivalente em todos os pontos singulares. Isto apesar da influncia das pontes trmicas no ser muito significativa nas perdas globais do edifcio, cerca de 5%. Os problemas construtivos que advm do no tratamento das pontes trmicas pode pr em causa a justificao do investimento no prprio isolamento das zonas correntes da envolvente, j que se pode tornar mesmo adverso, gerando custos futuros de manuteno superiores aos custos da construo.

3.4 Tipos de Pontes TrmicasAs pontes trmicas mais comuns so as pontes trmicas bidimensionais, designadas por lineares, que ocorrem na ligao de dois ou mais elementos do edifcio (por exemplo, uma janela numa parede), ou nos locais onde a composio estrutural de um elemento do edifcio alterada (por exemplo, um pilar numa parede). Isto resulta numa mudana do fluxo de calor e da temperatura da superfcie na face interna do elemento. Alm das pontes trmicas lineares, existem tambm as pontes trmicas tridimensionais, que ocorrem quando uma parede com isolamento perfurada por um elemento com condutibilidade trmica mais elevada (ponte trmica pontual) ou ocorrem em extremidades tridimensionais (cantos). Se existem pontes trmicas lineares ou pontuais importantes ou se estas no puderem ser evitadas, na fase de projecto ou aps a construo ou reabilitao do edifcio, necessrio ter em considerao as consequncias da existncia de pontes trmicas: - Realizando uma avaliao das perdas de calor extra ao calcular cargas trmicas, necessidades energticas e nveis de isolamento dos edifcios; - Fazendo uma avaliao do risco de ocorrncia de condensao e do crescimento de fungos e bolores devido temperatura superficial mais baixa na face interna da zona onde ocorre a ponte trmica.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 17

1 Relatrio de progresso

4. Exigncias RegulamentaresA regulamentao existente em vigor, no que respeita s condies trmicas apresentada no RCCTE, aprovado pelo Dec. Lei n 80/2006 de 4 de Abril, que revoga o Dec. Lei n 40/90 de 6 de Fevereiro. Este regulamento estabelece as regras a observar no projecto de todos os edifcios de habitao e dos edifcios de servios sem sistemas de climatizao centralizados de modo que as exigncias de conforto trmico, seja ele de aquecimento ou de arrefecimento, possam vir a ser satisfeitas sem dispndio excessivo de energia e de modo que sejam minimizadas as situaes patolgicas nos elementos de construo provocadas pela ocorrncia de condensaes superficiais ou internas, com potencial impacte negativo na durabilidade dos elementos de construo e na qualidade do ar interior.

4.1. Definies relevantes para o clculo trmicoNo mbito do RCCTE, podem apresentar-se as seguintes definies: Amplitude trmica diria (Vero) - valor mdio das diferenas registadas entre as temperaturas mxima e mnima dirias no ms mais quente. rea de cobertura - rea, medida pelo interior, dos elementos opacos da envolvente, horizontais ou com inclinao inferior a 60, que separam superiormente o espao til do exterior ou de espaos no teis adjacentes. rea de paredes - rea, medida pelo interior, dos elementos opacos da envolvente, verticais ou com inclinao superior a 60, que separam o espao til do exterior, de outros edifcios, ou de espaos no teis adjacentes. rea de pavimento - rea, medida pelo interior, dos elementos da envolvente que separam inferiormente o espao til do exterior ou de espaos no teis adjacentes. rea de vos envidraados - rea, medida pelo interior, das zonas no opacas da envolvente de um edifcio (ou fraco autnoma), incluindo os respectivos caixilhos. rea til de pavimento - soma das reas, medidas em planta pelo permetro interior das paredes, de todos os compartimentos de uma fraco autnoma de um edifcio, incluindo vestbulos, circulaes internas, instalaes sanitrias, arrumos interiores e outros compartimentos de funo similar e armrios nas paredes. Coeficiente de transmisso trmica de um elemento da envolvente - quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfcie de rea unitria desse elemento da envolvente por unidade de diferena de temperatura entre os ambientes que ele separa; Coeficiente de transmisso trmica mdio dia-noite de um vo envidraado mdia dos coeficientes de transmisso trmica de um vo envidraado com a proteco aberta (posio tpica durante o dia) e fechada (posio tpica durante a noite) e que se toma como o valor de base para o clculo das perdas trmicas pelos vos envidraados de uma fraco autnoma de um edifcio em que haja ocupao

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 18

1 Relatrio de progresso

nocturna importante, por exemplo, habitaes, estabelecimentos hoteleiros e similares, zonas de internamento de hospitais, etc. Condutibilidade trmica - propriedade trmica tpica de um material homogneo que igual quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma camada de espessura e de rea unitrias desse material por unidade de diferena de temperatura entre as suas duas faces. Corpo de um edifcio - parte de um edifcio que tem uma identidade prpria significativa, e que comunica com o resto do edifcio atravs de ligaes restritas. Energia final - energia disponibilizada aos utilizadores sob diferentes formas (electricidade, gs natural, propano ou butano, biomassa, etc.) e expressa em unidades com significado comercial (kWh, m3, kg, . . .). Energia primria - recurso energtico que se encontra disponvel na natureza (petrleo, gs natural, energia hdrica, energia elica, biomassa, solar). Exprime-se, normalmente, em termos da massa equivalente de petrleo (quilograma equivalente de petrleo kgep ou tonelada equivalente de petrleo tep). H formas de energia primria (gs natural, lenha, sol) que tambm podem ser disponibilizadas directamente aos utilizadores, coincidindo nesses casos com a energia final. Energia renovvel - energia proveniente do Sol, utilizada sob a forma de luz, de energia trmica ou de electricidade fotovoltaica, da biomassa, do vento, da geotermia ou das ondas e mars. Energia til, de aquecimento ou de arrefecimento energia/calor fornecida ou retirada de um espao interior. , portanto, independente da forma de energia final (electricidade, gs, Sol, lenha, etc.). Envolvente exterior - conjunto dos elementos do edifcio ou da fraco autnoma que estabelecem a fronteira entre o espao interior e o ambiente exterior. Envolvente interior - fronteira que separa a fraco autnoma de ambientes normalmente no climatizados (espaos anexos no teis), tais como garagens ou armazns, bem como de outras fraces autnomas adjacentes em edifcios vizinhos. Espao no til - conjunto dos locais fechados, fortemente ventilados ou no, que no se encontram englobados na definio de rea til de pavimento e que no se destinam ocupao humana em termos permanentes e, portanto, em regra, no so climatizados. Incluem-se aqui armazns, garagens, stos e caves no habitados, circulaes comuns a outras fraces autnomas do mesmo edifcio, etc. Consideramse ainda como espaos no teis as lojas no climatizadas com porta aberta ao pblico. Espao til - espao correspondente rea til de pavimento. Estao convencional de aquecimento - perodo do ano com incio no primeiro decendio posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a temperatura mdia diria inferior a 15C e com termo no ltimo decendio anterior a 31 de Maio em que a referida temperatura ainda inferior a 15C. Estao convencional de arrefecimento - conjunto dos quatro meses de Vero (Junho, Julho, Agosto e Setembro) em que maior a probabilidade de ocorrncia de

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 19

1 Relatrio de progresso

temperaturas exteriores elevadas que possam exigir arrefecimento ambiente em edifcios com pequenas cargas internas. Factor de forma - quociente entre o somatrio das reas da envolvente exterior (Aext) e interior (Aint) do edifcio ou fraco autnoma com exigncias trmicas e o respectivo volume interior (V) correspondente, conforme a frmula seguinte: FF = [Aext + R * (s Aint)*i ] / V em que, s definido no anexo IV do RCCTE. Factor de utilizao dos ganhos trmicos - fraco dos ganhos solares captados e dos ganhos internos que contribuem de forma til para o aquecimento ambiente durante a estao de aquecimento. Factor solar de um vo envidraado - quociente entre a energia solar transmitida para o interior atravs de um vo envidraado com o respectivo dispositivo de proteco e a energia da radiao solar que nele incide. Factor solar de um vidro - quociente entre a energia solar transmitida atravs do vidro para o interior e a energia solar nele incidente. Graus-dias de aquecimento (base 20C) - nmero que caracteriza a severidade de um clima durante a estao de aquecimento e que igual ao somatrio das diferenas positivas registadas entre uma dada temperatura de base (20C) e a temperatura do ar exterior durante a estao de aquecimento. As diferenas so calculadas com base nos valores horrios da temperatura do ar (termmetro seco). Isolante trmico - material de condutibilidade trmica inferior a 0,065 W/m.C, ou cuja resistncia trmica superior a 0,30 m2.C/W. Marquises - varandas adjacentes a cozinhas ou outros espaos equivalentes que dispem de vos envidraados exteriores. As marquises no so consideradas espaos teis no mbito da aplicao do RCCTE Necessidades nominais de energia til de aquecimento (Nic) - parmetro que exprime a quantidade de energia til necessria para manter em permanncia um edifcio ou uma fraco autnoma a uma temperatura interior de referncia durante a estao de aquecimento. Necessidades nominais de energia til de arrefecimento (Nvc) - parmetro que exprime a quantidade de energia til necessria para manter em permanncia um edifcio ou uma fraco autnoma a uma temperatura interior de referncia durante a estao de arrefecimento. (eq.8)

Necessidades nominais de energia til para produo de guas quentes sanitrias (Nac) - parmetro que exprime a quantidade de energia til necessria para aquecer o consumo mdio anual de referncia de guas quentes sanitrias a uma temperatura de 60C. Necessidades nominais globais de energia primria (Ntc) - parmetro que exprime a quantidade de energia primria correspondente soma ponderada das

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 20

1 Relatrio de progresso

necessidades nominais de aquecimento (Nic), de arrefecimento (Nvc) e de preparao de guas quentes sanitrias (Nac), tendo em considerao os sistemas adoptados ou, na ausncia da sua definio, sistemas convencionais de referncia, e os padres correntes de utilizao desses sistemas. P-direito - altura mdia, medida pelo interior, entre o pavimento e o tecto de uma fraco autnoma de um edifcio. Pequenos edifcios - so todos os edifcios de servios com rea til inferior ao limite que os define como grandes edifcios no RSECE, aprovado pelo Decreto-Lei n.o 79/2006, de 4 de Abril; Permetro enterrado - comprimento linear, medido em planta, do contorno exterior de um pavimento ou de uma parede em contacto com o solo. Ponte trmica plana - heterogeneidade inserida em zona corrente da envolvente, como pode ser o caso de certos pilares e tales de viga. Resistncia trmica de um elemento de construo - inverso da quantidade de calor por unidade de tempo e por unidade de rea que atravessa o elemento de construo por unidade de diferena de temperatura entre as suas duas faces. Resistncia trmica total - inverso do coeficiente de transmisso trmica. Solrios (estufas, jardins de Inverno) - espaos fechados adjacentes a espaos teis de uma fraco autnoma, dispondo de uma rea envidraada em contacto com o ambiente exterior e habitualmente destinados captao de ganhos solares. Os solrios (estufas, jardins de Inverno) no so considerados espaos teis no mbito da aplicao do RCCTE. Temperaturas exteriores de projecto - temperatura exterior que no ultrapassada inferiormente, em mdia, durante mais do que 2,5% do perodo correspondente estao de aquecimento, ou excedida, em mdia, durante mais do que 2,5% do perodo correspondente estao de arrefecimento, sendo portanto as temperaturas convencionadas para o dimensionamento corrente de sistemas de climatizao. Volume til interior - o volume do espao fechado definido pelo produto da rea til de pavimento pelo p-direito til.

4.2 Condies interiores de refernciaSegundo o artigo 14 do presente regulamento, as condies ambientes de conforto interior de referncia exigidas so uma temperatura do ar de 20 C para a estao de aquecimento e uma temperatura do ar de 25 C e 50% de humidade relativa para a estao de arrefecimento.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 21

1 Relatrio de progresso

4.3 Estrutura do RCCTEO Regulamento das Caractersticas de Comportamento Trmico dos Edifcios est estruturado em cinco captulos e nove anexos, os quais se passam a descrever: Captulo I Objecto e mbito de aplicao Artigo 1 - Objecto Artigo 2 - mbito de aplicao

Captulo II Definies, ndices e parmetros de caracterizao Artigo 3 - Definies Artigo 4 - ndices e parmetros de caracterizao

Captulo III Requisitos Energticos Artigo 5 - Limitao das necessidades nominais de energia til para aquecimento Artigo 6 - Limitao das necessidades nominais de energia til para arrefecimento Artigo 7 - Limitao das necessidades nominais de energia til para produo de gua quente sanitria Artigo 8 - Limitao das necessidades nominais globais de energia primria de um edifcio Artigo 9 - Requisitos mnimos de qualidade trmica dos edifcios Artigo 10 - Requisitos de qualidade trmica e ambiental de referncia para os edifcios de habitao unifamiliar Artigo 11 - Mtodos normalizados de clculo

Captulo IV Licenciamento Artigo 12 - Licenciamento ou autorizao Artigo 13 - Responsabilidade pelo projecto e pela execuo

Captulo V Disposies finais e transitrias Artigo 14 - Condies interiores de referncia Artigo 15 - Valores limites das necessidades nominais de energia til para aquecimento, para arrefecimento e para preparao de guas quentes sanitrias Artigo 16 - Valores dos requisitos mnimos e de referncia das propriedades trmicas da envolvente Artigo 17 - Valores limites para aplicao do regulamento Artigo 18 - Converso de energia til para energia primria

Anexo I Espaos com requisitos de conforto trmico Anexo II Definies Anexo III Zonamento climtico

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 22

1 Relatrio de progresso

Anexo IV Mtodo de clculo das necessidades de aquecimento Anexo V Mtodo de clculo das necessidades de arrefecimento Anexo VI Mtodo de clculo das necessidades de energia para preparao da gua quente sanitria Anexo VII Quantificao dos parmetros trmicos Anexo VIII Fichas para licenciamento ou autorizao Anexo IX Requisitos mnimos de qualidade trmica para a envolvente dos edifcios Chama-se particular ateno para os captulos II, III, V e para os anexos III, IV, V, VII, IX, uma vez que so os mais relevantes, no sentido de verificar e salvaguardar a satisfao das condies de conforto trmico, sem necessidades excessivas de energia, quer no Inverno quer no Vero e de modo a minimizar os efeitos patolgicos na construo derivados das condensaes superficiais e no interior dos elementos da envolvente.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 23

1 Relatrio de progresso

5 Isolantes trmicosUm isolante trmico um produto em que a relao, resistncia trmica/espessura significativamente superior que pode ser obtida com os materiais de construo correntes, como por exemplo: o beto, a pedra, o vidro e o material cermico. Das consideraes apresentadas anteriormente, conclui-se facilmente que um bom isolante trmico deve apresentar uma percentagem de matria slida (mais condutora) to baixa quanto possvel (elevada porosidade). Os materiais de isolamento, normalmente necessrios numa construo convencional e essenciais numa construo leve (utilizados no ncleo de painis sandwich ou nas caixas-de-ar) so porosos ou celulares, o que significa que uma grande parte do volume do material consiste em bolhas de ar ou gs. [Davies 2001]. Assim, os melhores resultados sero obtidos com um material celular opaco (porosidade fechada), com clulas de dimenses reduzidas (reduo dos fenmenos de conveco de radiao), preenchidas com um gs de baixa condutibilidade trmica. A presena de humidade, em particular, sob a forma lquida, de evitar pois como foi referido anteriormente, provoca um aumento das trocas trmicas (por conduo e eventualmente por condensao, evaporao, difuso de vapor e escoamento lquido). Na prtica, os critrios tcnico-econmicos traduzidos pela relao custo/resistncia trmica (aps aplicao) permitem a produo e utilizao de uma grande variedade de produtos, quer celulares, quer fibrosos, apresentados sob a forma de placas, mantas, ou de materiais soltos (grnulos e fibras) com massas volmicas diversificadas. Alguns problemas a nvel tecnolgico tm sido colocados aos fabricantes de alguns materiais, em consequncia da necessidade de proceder substituio de produtos prejudiciais para o ambiente, designadamente os gases de baixa condutibilidade trmica empregues no fabrico de alguns polmeros celulares, ou de se evitarem problemas de qualidade dos ambientes interiores provocados quer durante o fabrico, quer durante ou aps aplicao de alguns isolantes.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 24

1 Relatrio de progresso

6 Estado de arte na rea do conhecimento de Isolamento trmico de edifcios6.1 GeneralidadesA necessidade do isolamento trmico dos edifcios tem vindo a aumentar desde h muito no sentido de melhorar o conforto trmico e a eficincia energtica dos edifcios. Para atingir os novos requisitos, os materiais usados no isolamento tm que melhorar as suas propriedades. Esta necessidade notria, uma vez que os requisitos esto cada vez mais restritos, no s em termos de propriedades trmicas, como tambm, em relao qualidade do ambiente interior do edifcio e ao impacto ambiental. A qualidade de um material de isolamento depende da sua adaptabilidade ao tipo de construo e tradies nacionais, regionais ou at locais. Neste sentido, materiais muito usados em certas regies, podem no ter qualquer aplicao noutras, apesar de cientificamente qualquer material poder ser substitudo por outro. Comea-se pela apresentao de uma classificao geral, quanto origem e forma de obteno, dos principais materiais com utilizao no isolamento trmico de edifcios e, em seguida, descrevem-se as caractersticas mais importantes desses materiais. No nosso Pas, o campo de utilizao dos isolantes trmicos de edifcios abrange as coberturas, as paredes simples e duplas, os pavimentos sobre espaos e sobre espaos interiores no aquecidos. Alm da referncia aos materiais de isolamento trmico correntes, salienta-se, ainda, a utilizao de grnulos leves, como inertes de betes de argamassas, com o objectivo de lhes conferirem caractersticas de massa e trmicas mais favorveis, designadamente, maior leveza e resistncia trmica. Em Portugal, estes produtos, utilizados em solues de revestimento (de parede e de tectos) e de enchimento (camadas de forma), e ainda no fabrico de elementos de construo (blocos de alvenaria e aligeiramento de pavimentos), podem oferecer um contributo interessante para o isolamento trmico do elemento da envolvente em que se integram. Os materiais isolantes, so caracterizados por apresentarem densidades inferiores a 150 kg/m3 e uma condutibilidade trmica abaixo dos 0.05 W/mC, como se pode observar na tabela 6. Um aspecto particularmente importante ser o de encontrar um compromisso entre isolamento trmico e acstico. Nas solues de parede actuais, raramente se consegue este compromisso, uma vez que os projectos de isolamento trmico e acstico so muito incipientes e apresentam muitas vezes incompatibilidades com as solues construtivas implementadas. Mesmo quando a compatibilizao entre as duas especialidades bem resolvida na fase de projecto, a direco e fiscalizao de obra em grande parte das vezes pouco eficaz, o que sucede especialmente em edifcios de habitao. A tabela 7 apresenta o coeficiente de transmisso trmica, peso especfico e custos energtico e econmico para 5 cm de espessura de diversos tipos de materiais de isolamento. Analisando os valores, no se pode concluir de imediato qual o material mais favorvel. Por exemplo, a fibra de vidro de baixa densidade apresenta limitaes decorrentes da potencial perigosidade no manuseamento. O seu uso no

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 25

1 Relatrio de progresso

recomendvel em caixas-de-ar de paredes parcialmente preenchidas, em geral requer-se a sua fixao a um suporte rgido, o que altera custos e incrementa a vulnerabilidade a alteraes de condutibilidade por influncia da humidade, ao contrrio das espumas polimricas e da cortia que tm clulas fechadas.

Tabela 6 Densidade e Condutibilidade trmica de diversos materiais de isolamento trmico. Condutibilidade Densidade Material Trmica 3 [Kg/m ] [W/m.C] Aglomerado negro de cortia 100 - 150 0.039 Espuma elastomrica 60 0.034 Tipo I 30 50 0.042 Tipo II 51 70 0.040 L de rocha Tipo III 71 90 0.038 Tipo IV 91 120 0.038 Tipo V 121 - 150 0.038 Tipo I 10 180 0.044 Tipo II 19 30 0.037 Tipo III 31 45 0.034 L de Vidro Tipo IV 46 65 0.033 Tipo V 66 90 0.033 Tipo VI 91 0.036 Perlite expandida 130 0.047 Tipo I 10 0.057 Tipo II 12 0.044 Poliestireno expandido (EPS) Tipo III 15 0.037 Tipo IV 20 0.034 Tipo V 25 0.033 Poliestireno expandido extrudido (XPS) 33 0.033 Polietileno reticulado 30 0.038 Tipo I 32 0.023 Tipo II 35 0.023 Poliuretano, espuma de (moldado) Tipo III 40 0.023 Tipo IV 80 0.040 Poliuretano, espuma de Tipo I 35 0.023 (projectado) Tipo II 40 0.023 Vermiculite expandida 120 0.035 Vidro celular 160 0.044 A temperatura mxima de utilizao dos isolamentos no est normalizada, mas o critrio que se utiliza na Europa segue os valores apresentados na tabela 8.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 26

1 Relatrio de progresso

Tabela 7 Propriedades especficas, para 5 cm, de materiais de isolamento. Coeficiente de Peso Energia Isolante transferncia de especfico incorporada Espessura = 5 cm calor (K) [W/m2C] [Kg/m2] [KWh/m2] 20-35 Kg/m3 0.00225 1.4 22 L de Rocha 0.00200 5.4 86 35-180 Kg/m3 3 8-12 Kg/m 0.00225 0.5 9 L de Vidro 0.00200 2.3 41 12-80 Kg/m3 Aglomerado negro de cortia 0.00225 6.3 25 Poliestireno expandido (EPS) 0.00200 1.3 140 Poliestireno exp. extrudido (XPS) 0.00175 1.6 163 Espuma de poliuretano 0.00150 1.8 123 Fibra de cco 0.00220 5.8 29

Custo econmico [/m2] 2.60 3.65 2.20 3.40 7.70 5.50 7.30 5.50 7.50

Tabela 8 - Temperatura mxima de utilizao, para alguns isolamentos. Temperatura mxima de Tipo de isolante utilizao [C] Espuma de poliuretano 100 Com resina 250 L de vidro Sem resina 500 L de Rocha At 1750 Poliestireno expandido 70 Poliestireno expandido extrudido 85 Fonte: Isover Analisando as tabelas acima apresentadas, observa-se que os materiais mais utilizados em isolamento trmico pertencem a trs grupos distintos: espumas plsticas, fibras inorgnicas e fibras orgnicas. Os isolantes trmicos normalmente utilizados em edifcios podem apresentar-se nas seguintes formas: - Placas rgidas, semi-rgidas e flexveis; - Mantas rgidas, semi-rgidas e flexveis; - Rolos de mantas semi-rgidas ou flexveis ou formados pela associao (por colagem) de tiras de placas rgidas a um suporte flexvel; - Grnulos soltos, eventualmente estabilizados com um ligante, durante ou aps a respectiva aplicao; - Fibras soltas, eventualmente estabilizadas com um ligante, durante ou aps a respectiva aplicao; - Ndulos, flocos ou rama de fibras, eventualmente estabilizados com um ligante, durante ou aps a respectiva aplicao; - Camadas isolantes realizadas em obra.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 27

1 Relatrio de progresso

As dimenses faciais de fabrico e de comercializao podem ser muito diversificadas, variando de algumas dezenas de centmetros at algumas dezenas de metros (mantas e rolos). Os materiais granulares e as fibras soltas apresentam normalmente dimenses nominais reduzidas, no ultrapassando, em geral 20 a 30 mm. As espessuras nominais das placas e das mantas variam entre cerca de 20 mm at mais de uma dezena de centmetros. Embora no nosso Pas no seja habitual a realizao de camadas isolantes com espessuras necessrias podem ser realizadas pela sobreposio de vrias placas ou mantas. A forma de aplicao dos isolantes depende das suas caractersticas fsicas (coeso, rigidez e resistncia mecnica) e da aplicao especfica a que se destinam. As principais formas de aplicao so as seguintes: - Colocao sem ligao directa ao suporte (por exemplo, mantas isolantes aplicadas sobre esteiras de desvo de coberturas inclinadas; placas de isolantes em sistemas de cobertura invertida em terraos; isolantes granulares ou fibrosos soltos, simplesmente vazados sobre ou para dentro do local de aplicao); - Colocao com fixao mecnica ao suporte (exemplos: placas de isolantes preenchendo parcialmente o espao de ar de paredes duplas; isolantes funcionando como cofragem perdida de lajes moldadas); - Colocao com fixao por colagem (exemplos: isolantes colados ao paramento exterior de paredes e posteriormente protegidos por um revestimento executado em obra); - Isolantes sob a forma de blocos para execuo de alvenaria, ou de elementos de cofragem isolante para moldagem de elementos de beto (exemplo: blocos de betes leve; elementos de cofragem isolante para execuo de paredes de beto moldado em obra); - Colocao de isolantes por projeco, por insuflao ou por moldagem (exemplo: espumas de PUR projectadas sobre um revestimento de cobertura; fibras ou grnulos leves ou minerais aglutinados com um ligante e projectadas num tecto; fibras ou grnulos soltos insuflados para o interior de um espao e ar de uma parede ou de um pavimento com vazios; camada de beto leve moldada em obra).

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 28

1 Relatrio de progresso

6.2 Levantamento das solues existentesOs diversos materiais com utilizao no isolamento trmico de edifcios classificam-se, quanto sua origem e forma de obteno, nos seguintes grupos:

a) Materiais orgnicosa.1) materiais naturais - Cortia natural; - Cortia expandida (aglomerado negro de cortia); - Partculas de madeira; - Fibras de madeira; - Fibras de celulose (papel, carto); - Fibras vegetais diversas. a.2) Materiais sintticos - Poliestireno expandido; - Espumas rgidas de poliuretano e de poli-isocianurato; - Espumas de areia-formaldedo; - Polietileno expandido; - Espumas elastomricas; - Espuma rgida de cloreto de polivinilo; - Espuma rgida fenlica; - Fibras sintticas.

b) Materiais Inorgnicosb.1) Materiais naturais no transformados - Escrias vulcnicas; - Pedra-pomes; -Tufos vulcnicos;

b.2) Materiais naturais transformados - Fibras minerais (de vidro, de rocha e de escrias); - Argila expandida; - Beto celular autoclavado; - Vermiculite expandida; - Perlite expandida;

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 29

1 Relatrio de progresso

- Vidro celular; - Xisto expandido; - Ardsia expandida.

c) Produtos mistos- Grnulos de perlite expandida associados a fibras celulsicas e minerais aglutinados com betume; - Fibras e partculas de madeira aglutinadas com cimento; - Grnulos de cortia envolvidos em argamassa de cimento; - Grnulos de argila expandida envolvidos em betume; - Betes e argamassas de inertes leves.

6.2.1 Isolantes trmicos de origem natural6.2.1.1 - Fibra de Cco Oriunda da ndia e Sri Lanka, a fibra de cco comeou a ser introduzida na Europa aps a chegada dos portugueses ndia. A fibra de cco, pode ser utilizada como isolamento trmico e acstico, onde apresenta uma elevada eficcia, especialmente combinada com o aglomerado de cortia expandida.

Figura 3 Fibra de cco. A utilizao desta matria-prima natural e renovvel, existente no mundo em grandes quantidades, traz inmeras vantagens, face ao aproveitamento de um material que se viria a perder, e que transformado sem prejuzo do ambiente, colocando a fibra de cco na gama de produtos ecolgicos.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 30

1 Relatrio de progresso

Vantagens: - Ecolgico e facilmente reciclvel; - Rgido e duro, devido aos componentes: celulose e lehinha; - Verstil, devido sua resistncia, durabilidade e resilincia; - Reduz substancialmente os nveis sonoros, quer de impacto, quer areos. Desvantagens: - Difcil corte das mantas, uma vez que as fibras so muito duras e causam forte desgaste das lminas de corte e brocas convencionais; - A sua colocao requer cuidados especiais, visto que no contm encaixes; - combustvel. A fibra de cco em conjugao com o aglomerado de cortia expandido um produto de isolamento completo, particularmente no caso de isolamento acstico, devido absoro das baixas frequncias, onde apresenta excelentes resultados, dificilmente alcanados por outros materiais de isolamento.

6.2.1.2 Produtos de Cortia A cortia um produto natural que constitui o revestimento do tronco e dos ramos do sobreiro (quercus suber, L.). A estrutura celular da cortia constituda por diminutas clulas prismticas fechadas, que encerram no seu interior uma mistura de ar e de azoto. As paredes das clulas, com cerca de 1 m de espessura, so constitudas por diversas substncias, nomeadamente suberina, lenhina, celulose e ceras naturais.

Figura 4 Placas de aglomerado de cortia expandida. O aglomerado de cortia expandido resulta da aglutinao de granulados compactados e ligados sem utilizao de quaisquer produtos qumicos, apenas com a sua prpria resina, sob o efeito de presso e temperatura. Apresenta-se em forma de placas e granulados e as suas aplicaes mais comuns so:

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 31

1 Relatrio de progresso

- Isolamento trmico e acstico de telhados e stos; - Isolamento de tubagens de transporte de lquidos com elevadas temperaturas positivas ou negativas; - Isolamento trmico e acstico de paredes interiores e exteriores; - Isolamento sonoro de lajes transmisso de sons de percusso; - Isolamento anti-vibratrio (mquinas industriais). Vantagens: - Longa durabilidade; - Imputrescvel; - Resistente compresso; - Elevada estabilidade dimensional; - Produto 100% reciclvel; - Produto renovvel e fortemente implantado em Portugal. Desvantagens: - As placas no tm encaixes, o que pode trazer problemas de pontes trmicas e acsticas na sua colocao, quando no preenche totalmente a caixa-de-ar; - relativamente pesado em comparao com os outros materiais de isolamento; - combustvel, gerando monxido e dixido de carbono, o que o torna menos indicado para alguns tipos de utilizaes.

6.2.1.3 Fibras e partculas de madeira aglutinadas (WF e WW) As placas de fibras linho-celulsicas(*) so fabricadas com base em partculas de madeira submetidas a um processo inicial de fibragem mecnica sob a aco de vapor. Em seguida, aps mistura com gua e, eventualmente, ligantes e aditivos, as fibras so sujeitas a um processo industrial de transformao que lhes d a forma final (placas rgidas ou semi-rgidas). A massa volmica deste tipo de produtos da ordem de 200 Kg/m3 e a condutibilidade trmica da ordem de 0.050 W/mC. A absoro de gua e o comportamento ao fogo dos produtos no aditivados, no muito satisfatria, obrigando sua proteco face aco daqueles agentes. _____________________________ Desconhece-se a utilizao em Portugal, deste tipo de produtos no isolamento trmico de edifcios.

(*)

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 32

1 Relatrio de progresso

As placas de fibras de madeira mineralizadas e aglomeradas (WW), so obtidas pela mistura de fibras de madeira seleccionadas com um ligante hidrulico, em geral cimento, magnesite ou uma mistura de cimento e de cal. Aps a preparao e mineralizao das fibras, procede-se sua mistura com o ligante, moldagem e compresso at espessura final pretendida. Em alguns pases, estas placas so conhecidas pelas designaes l de madeira (wood wood) ou de beto de fibras de madeira (bton de fibres de bois). As placas de WW so aplicadas no isolamento trmico de edifcios, designadamente em solues de isolamento pelo interior e pelo exterior e, ainda desempenhando a funo de cofragem perdida isolante (em pavimentos e outros elementos de beto moldado). Com o objectivo de apresentar solues mais competitivas do ponto de vista do isolamento trmico (e mantendo as vantagens da WW), diversos fabricantes oferecem solues de painis compostos, constitudos por placas de WW (associadas por colagem) a placas de poliestireno expandido moldado (EPS), de l mineral (MW) ou de outros isolantes trmicos.

6.2.1.4 Fibras celulsicas As fibras celulsicas correntemente utilizadas em vrios pases (*) no isolamento trmico de edifcios, so obtidas a partir da reciclagem de produtos celulsicos, em especial papel de jornal no vendido ou usado. O processo de fabrico das fibras consiste na triturao do papel, com o objectivo de transform-lo em partculas fibrosas de pequenas dimenses. Durante este processo, so adicionados produtos destinados a melhorar o comportamento das fibras face s aces do fogo e, eventualmente, dos agentes biolgicos (fungos, insectos, ) (**). A soluo mais comum de aplicao dos aditivos, sob a forma de p, uniformemente disperso no seio das fibras. Embora existam processos mais eficazes de aplicao destes aditivos, por exemplo por via hmida, os resultados obtidos com o processo menos dispendioso de pulverizao a seco tm sido considerados satisfatrios. Deste modo, os riscos de ignio e de propagao da chama, alis bem conhecidos na matria-prima (papel de jornal), so reduzidos de forma sensvel, embora no sejam totalmente eliminados. A elevada higroscopicidade que as fibras celulsicas apresentam outro aspecto menos favorvel deste material de isolamento trmico. Em situaes correntes de aplicao, o teor da gua de equilbrio pode atingir valores da ordem de 10 a 15%, em percentagem ponderal. O elevado teor em gua, alm das consequncias evidentes sobre a resistncia trmica de uma camada isolante realizada com fibras celulsicas, repercute-se ainda na durabilidade dos aditivos de ignifugao e na prpria espessura da camada.__________________________ (*) Em Portugal, j se comea a utilizar este tipo de isolamento trmico ex. Empresa Biohabitat. Os aditivos ignfugos habitualmente borato de sdio e sulfatos de alumnio e de amnio constituem uma proteco eficaz contra a aco dos agentes biolgicos.(**)

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 33

1 Relatrio de progresso

Nos Estados Unidos da Amrica, Reino unido e Pases Nrdicos, as fibras celulsicas conhecem uma grande divulgao na reabilitao trmica de desvos no-acessveis de coberturas inclinadas, constituindo em conjunto com as fibras minerais a soluo mais utilizada. Quanto aplicao, esta pode ser feita manual ou mecanicamente, por insuflao pneumtica com equipamentos apropriados. A massa volmica das fibras aplicadas manualmente da ordem de 50 a 70 Kg/m3, enquanto que as camadas aplicadas por meios mecnicos apresentam massas volmicas in situ da ordem de 30 a 50 kg/m3. Nas aplicaes em coberturas, as fibras so aplicadas soltas, com eventual projeco de um ligante orgnico na superfcie da camada. Esta soluo aconselhada em coberturas muito ventiladas, em que existe o risco de deslocao das fibras por aco de correntes de ar. Em aplicaes mais recentes, as fibras celulsicas esto a ser utilizadas no preenchimento de espaos de ar de paredes duplas.

6.2.2 Isolantes trmicos de origem sinttica6.2.2.1 Poliestireno expandido (EPS e XPS) O poliestireno um termoplstico, o que significa que se molda atravs de calor e que teoricamente poder ser novamente sintetizado e portanto um material reciclvel. No entanto, este s se pode reciclar se for puro e no tiver outros componentes aditivados, o que s acontece, geralmente, no caso do Poliestireno expandido. O Poliestireno expandido (EPS), vulgarmente conhecido por esferovite, produzido a partir do estireno expansvel, obtido pela polimerizao do estireno com incorporao dos agentes de expanso (em geral um pentano) e de nucleao e, eventualmente, de produtos especficos destinados a melhorar as caractersticas de comportamento ao fogo do poliestireno expandido. Os grnulos de poliestireno expansvel, com massa volmica aparente da ordem de 1000 Kg/m3, so submetidos a um processo inicial de pr-expanso por aco de vapor de gua a temperatura elevada (prxima de 90 C). Nesta fase obtm-se grnulos com um volume cerca de 50 a 80 vezes ao inicial e, consequentemente, massa volmica bastante baixa. Aps a pr-expanso, os grnulos so armazenados em silos permeveis ao ar, fabricados com rede metlica ou com material txtil, passando por uma fase de estabilizao em que perdem o vapor de gua adquirido na pr-expanso e parte do pentano (agente de expanso) ainda retido no seu interior. Nesta fase, os grnulos apresentam uma forma esfrica, com superfcie lisa e estrutura interna constituda por inmeras clulas polidricas fechadas, com paredes extremamente finas. A percentagem de material slido ocupa apenas 1 a 2% do volume total do grnulo, sendo a fase gasosa composta por ar e por uma pequena percentagem de pentano. A massa volmica aparente pode descer a valores da ordem de 10 a 15 kg/m3, ou inferiores, se se proceder a uma segunda pr-expanso dos

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 34

1 Relatrio de progresso

grnulos. O dimetro dos grnulos varia em funo da massa volmica aparente, estando compreendido entre cerca de 1 a 8 mm.

Figura 5 Placa de EPS, cedida pela Isopor. Aps a estabilizao, os grnulos so utilizados na moldagem de blocos de grandes dimenses, e de diversos elementos para a indstria da construo, nomeadamente blocos de cofragem para aligeiramento de pavimentos, blocos e outros componentes para paredes, solues de isolamento trmico de caixas de estores, e placas moldadas para isolamento trmico. Em diversos pases, com relevo para o Reino Unido, os grnulos de poliestireno expandido obtidos na fase de pr-expanso tm sido utilizados em numerosas intervenes de isolamento trmico de paredes duplas de edifcios novos ou em uso. O Poliestireno extrudido (XPS) tem a vantagem de ser mais uniforme do que o EPS, uma vez que as suas clulas so de menor dimenso. Por isso apresenta superfcies mais compactas e uniformes, tendo uma maior resistncia mecnica e durabilidade. No processo de fabrico do XPS, os gros de poliestireno so fundidos e o gs agente expansor misturado no poliestireno fundido. A espuma obtida aps o arrefecimento da mistura expandida. Tal como no caso do EPS, o gs utilizado o dixido de carbono (CO2) ou o hidroclorofluorometano (HCFC22).

Figura 6- Placas de Floormate. [The Dow Chemical Company]

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 35

1 Relatrio de progresso

6.2.2.2 Espumas rgidas de poliuretano (PUR) e de poli-isocianaturo (PIR) So polmeros termoestveis, o que significa que s podem ser sintetizados uma vez e no podero ser reciclados, uma vez que as ligaes moleculares so muito fortes e no podero ser desfeitas sem consequncias irreversveis. So obtidas pela mistura controlada de componentes lquidos de natureza qumica semelhante, embora os produtos acabados se diferenciem em algumas das suas propriedades. Estas espumas rgidas apresentam uma estrutura celular predominantemente fechada, formada por clulas polidricas preenchidas com um gs de expanso de peso molecular elevado tradicionalmente o triclorofluormetano (R11) que lhes confere uma condutibilidade trmica bastante reduzida. A difuso progressiva deste gs para o exterior, o qual em parte substituda por ar no interior das clulas do poliuretano, provoca o aumento progressivo da condutibilidade trmica deste material, fenmeno designado por envelhecimento. Os componentes bsicos dos poliuretanos podem tambm ser injectados e expandidos directamente no interior de elementos de construo, em fbrica ou em obra, ou ainda ser projectados at se atingir a espessura final pretendida sobre a superfcie a isolar termicamente. O aproveitamento de desperdcios da indstria de espumas rgidas de poliuretano conduziu, em alguns pases, nomeadamente no Reino Unido, comercializao de grnulos deste produto para o isolamento trmico de espaos de ar de paredes duplas. No entanto, de acordo com a informao disponvel, a sua utilizao para este fim foi abandonada na sequncia de um estudo realizado naquele pas sob o comportamento ao fogo deste e de outros produtos de isolamento trmico de paredes duplas.

Figura 7 Placa de poliuretano rgido, [Politech].

Vantagens: - Baixa condutibilidade trmica; - Adeso automtica, durante a produo in situ, maior parte das superfcies de elementos construtivos; - Reduo de custos de transporte.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 36

1 Relatrio de progresso

Desvantagens: - Elevado custo ambiental; - Libertao de CO2 em obra, que inviabiliza a sua colocao em obras j fechadas.

Por sua vez, as espumas de polisocianurato (PIR) diferem da espuma de PUR apenas na percentagem em que os componentes primrios, poliol e isocianato so misturados. Estas espumas so utilizadas apenas pela sua superior estabilidade trmica e reaco ao fogo, uma vez que se formam cadeias mais estveis. Por isso, a produo do PIR torna-se mais cara.

6.2.2.3 Outros isolamentos trmicos de origem sinttica Embora em quantidades menos significativas, outros materiais celulares sintticos de origem orgnica so utilizados em diversos pases no isolamento trmico de edifcios. Referem-se a seguir alguns desses produtos. a) Espuma de ureia-formaldedo (UF) As resinas de ureia-formaldedo so obtidas por poli-condensao da ureia com uma soluo aquosa de formol. A produo de espumas de ureia-formaldedo obtida pela mistura de uma soluo aquosa de resina com um agente de expanso aquoso (tensioactivo) e um agente promotor da polimerizao (e solidificao) da espuma. Aps endurecimento, as espumas apresentam uma estrutura celular parcialmente aberta, uma massa volmica muito baixa na ordem dos 9 a 12 kg/m3 e so muito friveis. Por esta razo, as solues de isolamento trmico de paredes e de desvos no habitados que utilizam este produto consistem no fabrico in situ da espuma de UF com equipamento especializado. Este equipamento faz a mistura dos componentes com ar comprimido e injecta a espuma de UF no espao intermdio da parede dupla ou sobre a esteira do desvo. A preparao da espuma de UF utiliza grandes quantidades de gua que deve evaporar aps aplicao. Nos ltimos anos registaram-se algumas situaes de desconforto e de irritao (olhos e vias respiratrias) em utentes de habitaes cujas paredes duplas tinham sido isoladas termicamente com espuma de UF. A causa daquelas ocorrncias foi justificada pela libertao de vapor de formaldedo das espumas, fenmeno caracterstico do processo de cura do produto e, eventualmente, tambm por condies de temperatura e humidade adversas.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 37

1 Relatrio de progresso

b) Espuma rgida fenlica (PF) So os materiais menos comuns no isolamento em construo, sendo a sua principal utilizao em painis sandwich. Trata-se de um polmero termoestvel, feito a partir de uma resina de formaldedo fenlico lquida que misturada com um solvente voltil leve, como agente expansor e um endurecedor. Com o calor, a mistura expande e torna-se rgida.

Vantagens: - Boa resistncia ao fogo, com uma combusto lenta e uma baixa emisso de fumos.

Desvantagens: - Difcil produo, logo, elevado preo; - Durante o seu fabrico, produz-se acumulao de gua, que se liberta com caractersticas cidas, podendo trazer graves problemas de corroso;

As espumas rgidas fenlicas so resinas obtidas por poli condensao, em meio bsico, de fenis com aldedos ou cetonas, com introduo de um agente de expanso, em geral o triclorofluormetano (R11), o qual dever ser progressivamente substitudo por outros produtos menos agressivos para a camada de ozono. Alm da baixa condutibilidade trmica conferida pelo R11, o comportamento ao fogo destas espumas tambm considerado bastante favorvel porque a sua combusto produz-se com dificuldade, em consequncia do elevado nmero de ligaes cruzadas que caracteriza a respectiva estrutura. A combusto do material , ainda, acompanhada pela libertao de quantidades pouco significativas de produtos volteis inflamveis, de fumos opacos e de gases de toxicidade elevada. Embora as espumas rgidas fenlicas no representem uma percentagem significativa dos produtos de isolamento trmico de edifcios, o aproveitamento de desperdcios da sua produo conduziu disponibilizao de grnulos utilizados no isolamento trmico de espaos de ar de paredes duplas. de salientar que a utilizao de espumas de resinas fenlicas ainda no foi suficientemente testada e os produtos ainda no esto desenvolvidos, pelo que ainda so pouco utilizadas e conhecidas. c) Espumas rgidas de cloreto de polivinilo (PVC) A espuma rgida de cloreto de polivinilo (PVC) obtida por um processo de expanso da pasta em fuso de PVC, por via fsica atravs da injeco de um gs inerte, ou por via qumica pela decomposio de um agente de expanso introduzido na matriaprima.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 38

1 Relatrio de progresso

Com uma estrutura celular predominantemente fechada e massa volmica compreendida entre 25 e 90 kg/m3, este material apresenta baixa condutibilidade trmica e absoro de gua lquida e em vapor. As caractersticas de comportamento ao fogo do PVC mantm-se nos produtos fabricados com base no polmero, razo pela qual as placas de espuma rgida obtm a classificao de materiais no inflamveis. A combusto das placas , no entanto, acompanhada pela emisso de fumos negros e abundantes, com a produo de dixido de carbono e gs clordrico. O aproveitamento de desperdcios da indstria de produo de placas e de blocos de espuma rgida de PVC deu origem em alguns pases, nomeadamente em Frana, comercializao de grnulos e de aparas deste material para isolamento trmico de edifcios. A aplicao de grnulos feita por insuflao com equipamento apropriado, atravs de pequenos orifcios praticados nos panos interior e exterior da parede dupla, ou ainda pela parte superior da caixa-de-ar, se esta for aberta e acessvel a partir do desvo da cobertura. A condutibilidade trmica dos grnulos de espuma rgida de PVC aplicados nas condies referidas aproximadamente 0.045 W/mC.

6.2.3 Isolantes trmicos de origem mineral6.2.3.1 L Mineral (MW) a) Fibra de vidro: fabricada em alto-forno a partir de slica e sdio, aglomerados por resinas sintticas, desenvolvidas especificamente para melhorar o isolamento trmico e acstico do edifcio. A fibra de vidro na construo apresenta-se maioritariamente como material de isolamento em forma de l de vidro. Vantagens: - Boas propriedades trmicas; - Incombustvel e imputrescvel; - Material de isolamento com menor energia incorporada; - Boa relao entre isolamento trmico e acstico. Desvantagens: - No indicada para caixas-de-ar verticalmente preenchidas, visto que se apresenta em forma de manta e no apresenta rigidez. - Manuseamento perigoso e nocivo para as vias respiratrias;

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 39

1 Relatrio de progresso

b) L de Rocha: elaborada a partir de rochas baslticas. Feltros leves e flexveis em l de rocha basltica, com caractersticas trmicas podem ser revestidos numa das suas faces com uma folha de alumnio impermevel, proporcionando uma barreira contra a condensao superficial e a penetrao de humidade no interior do isolante. Vantagens: - Recupera a espessura original, aps a retirada da fora que causou a deformao; - repelente gua na forma lquida devido aos aditivos adicionados ao produto. Tem, tal como a l de vidro, a vantagem de servir ao mesmo tempo de isolamento trmico e acstico, no apresentando contudo a desvantagem do manuseamento perigoso.

6.2.3.2 Grnulos de argila expandida (LWA) Os grnulos de argila expandida so obtidos pela expanso a alta temperatura (na ordem de 1200 C) de certos tipos de argilas, que possuem a propriedade de aumentarem de volume na sequncia da produo de gs monxido e dixido de carbono, anidridos sulfuroso e sulfrico, consoante os minerais constituintes no interior da massa do material em fuso. A argila submetida a uma preparao prvia, sendo triturada e misturada com diversos aditivos, que contribuem para melhorar as condies de expanso. No sistema de produo mais difundido, a argila humidificada, granulada e em seguida seca, antes de ser introduzida nos fornos rotativos onde se produz a expanso. Dependendo do processo de fabrico, a forma dos grnulos obtidos pode ser arredondada e regular ou, embora menos comum, angulosa e irregular em consequncia de uma operao de britagem a que se submetem as partculas expandidas de maiores dimenses. A condutibilidade trmica dos grnulos aplicados, em camada, sem qualquer ligante, depende da respectiva classe granulomtrica e do teor de gua. Num material seco e de granulometria intermdia possvel obter valores na ordem dos 0.08 a 0.10 W/mC. Com o acrscimo do teor de gua ou com a introduo de ligantes, estes valores so necessariamente mais elevados. A aplicao mais significativa dos grnulos de argila como inerte leve na preparao de betes isolantes e estruturais. Esses betes tm grande emprego na confeco de elementos pr-fabricados, designadamente blocos para alvenaria, pavimentos e painis de enchimento. Os betes deste tipo, aplicados in situ, destinam-se realizao de camadas leves, bem como as camadas de forma de coberturas em terrao, ou execuo de diversos elementos construtivos, eventualmente com funes estruturais.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 40

1 Relatrio de progresso

No isolamento trmico de edifcios, a argila expandida aplicada solta, principalmente em camadas horizontais. 6.2.3.3 Beto celular autoclavado (AAC) O beto celular autoclavado um beto microcelular obtido pela mistura de um inerte, constitudo por areias siliciosas, cinzas volantes ou escrias de alto forno, e um ligante, normalmente cal, cimento ou uma mistura dos dois. A estrutura microcelular conseguida pela produo de pequenas bolhas gasosas no seio da pasta de beto, imediatamente aps a assadura dos constituintes, mediante processos fsicos ou qumicos. O processo mais corrente consiste na introduo de p de alumnio, finamente modo, que reage quimicamente com a pasta alcalina do ligante, libertando hidrognio. A cura deste beto celular feita em autoclave, com o objectivo de se atingirem melhores nveis de resistncia mecnica e de retraco de secagem. A estrutura microcelular do beto responsvel pela leveza e condutibilidade trmica razoavelmente baixa que o caracterizam, ocupando a fase gasosa uma percentagem no inferior a 50% do volume total, nos betes mais densos. Estes betes apresentam massas volmicas secas na gama de 300 a 1000 kg/m3 e so utilizados no fabrico de blocos para alvenaria e para cofragem perdida de pavimentos pr-fabricados, de placas com ou sem armadura para paredes e pavimentos, e ainda de outros elementos pr-fabricados (painis, lintis, etc). A condutibilidade trmica do beto seco varia na razo inversa da massa volmica correspondente, apresentando valores na gama de 0.9 a 0.16 W/mC, para massas volmicas secas compreendidas entre 400 e 600 kg/m3. Com o aumento do teor de gua, estes valores so naturalmente agravados, na razo de cerca de 4% por cada 1% (m/m) de teor de gua. Um dos aproveitamentos que tem sido dado aos desperdcios originados na produo de blocos de beto celular autoclavado, consiste na utilizao dos grnulos obtidos por triturao na realizao de enchimentos leves. Nos casos em que se pretende uma maior estabilidade do enchimento, ou alguma resistncia mecnica, os grnulos so usados como inertes leves na preparao de betes cavernosos ou de betes leves de massa volmica moderada. A massa volmica e a condutibilidade trmica relativamente baixas do beto celular autoclavado, justificam o interesse do estudo da viabilidade de uso de grnulos deste produto na realizao de camadas termicamente isolantes, em situaes em que, na ausncia de outros factores condicionantes, a resistncia trmica pretendida seja compatvel com as correspondentes espessura e peso.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 41

1 Relatrio de progresso

6.3. Levantamento de solues de vanguarda existentes no mercadoO Mundo inteiro vive hoje um novo desafio: continuar o seu desenvolvimento e atender s necessidades do Homem moderno sem, contudo, degradar o meio ambiente em que vivemos. Tal desafio pode ser resumido por duas palavras: desenvolvimento sustentvel.

6.3.1. Materiais de mudana de faseOs materiais de mudana de fase, designados por PCM (Phase Change Material), utilizados no isolamento trmico, so produtos que possuem a capacidade de mudar entre o estado slido e lquido e vice-versa, num determinado intervalo de temperaturas, associando-se a esta mudana de fase uma grande mudana energtica, conseguindo-se assim, anular as oscilaes de temperatura do referido objecto. Por definio, materiais de mudana de fase so substncias como sais inorgnicos, misturas eutticas e compostos inorgnicos que podem armazenar energia trmica. Aquecidos, tornam-se lquidos e com a propriedade de armazenar energia atravs do calor latente trmico e quando arrefecidas, solidificam e assim, libertam calor. Existem trs classes de PCM disponveis: orgnicos, hidratos de sais e sais fundidos. A parafina o nico orgnico que est a ser usado em larga escala. Alguns sais hidratados foram usados em aplicaes de alta temperatura. [ISMAIL 1998]. Na tabela 9 so apresentados alguns exemplos de PCM utilizados actualmente. Tabela 9 Exemplos de materiais de mudana de fase. [ISMAIL 1998]. Tipos de materiais de mudana de fase Orgnicos Hidratos de sais Sais fundidos - Cloreto de clcio hexa- - Mistura de nitrato de sal. - Parafina hidratado - Glices de polietileno - Polietileno de ligao - Brometo de clcio hexahidratado cruzada - Nitrato de magnsio hexa-hidratado As propriedades requeridas pelos PCMs so: - Temperatura de fuso cerca dos 25 C; - Baixo custo do material; - No txicos, corrosivos ou higroscpicos.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 42

1 Relatrio de progresso

6.3.2. Papel reciclado IsoflocO Isofloc um material de isolamento trmico, base de celulose (91%) e sais de boro (9%), semelhante ao algodo e l, que pode ser injectado, insuflado ou projectado em paredes, pavimentos, tectos e coberturas. Para alm de bom isolante, o seu sistema de aplicao sob presso permite obter um calafetamento eficaz de todos os espaos onde aplicado. Os aditivos deste produto, sais de boro, conferem ao Isofloc caractersticas ignfugas e fungicidas, que afastam bichos e roedores, e evitam a prpria decomposio do produto. Tem a capacidade de absorver e regular a humidade no interior das habitaes, proporcionando um ambiente agradvel. Ensaios independentes definiram este produto como sendo especialmente ecolgico. O Isofloc licenciado pelo Instituto Alemo para a Tcnica de Construo e inofensivo sade pelo Ministrio da Sade Alemo. 6.3.2.1. Composio - 91% Papel de Jornal Na composio do Isofloc, 91% da matria-prima papel de jornal, nomeadamente sobras de tipografia, reciclado, o que no prejudica o meio ambiente. Visto que s se pode utilizar papel em estado limpo, existe um controlo rigoroso de qualidade desta matria-prima antes da sua transformao. - 9% Borato (5% Borato de Sdio; 4% cido Brico) O sal brico um mineral natural. Jazigos deste material existem na Califrnia, na Turquia, na Argentina e na Rssia. A maior quantidade do sal brico existe no sal marinho. Os sais bricos oferecem a necessria proteco contra o fogo, impedem o envelhecimento do papel, e protegem-no de fungos e parasitas. 6.3.2.2. Informaes tcnicas - Condutibilidade Trmica: 0,040 W/mK para 35-60 kg/m3, quando insuflado ou injectado; 0,040 W/mK para 50 kg/m3, projectado.

- Calor especifico: 2200 J/kgK. - Comportamento ao Fogo: Classe M1 (vlido para gamas de espessuras de 50mm a 200mm, e massa volmica de 50Kg - 70kg/m3; ensaio CSTB); VKF 5 (200). 3 (dificilmente inflamvel, pouco fumo). Certificado Suo de Conformidade s Normas.

___________________________________________________________________ Casa do Futuro Sub-Projecto de Trmica 43

1 Relatrio de progresso

- Densidade de insuflao ou injeco: 30-70/m3. - Coeficiente de resistncia difuso do vapor: 1-2. - Humidade Normal: 8-10% para humidade relativa do ar de 50%; e 16-18% para humidade do ar de 80%. - Gastos de Energia Fabrico: 6 kwh/m3. - Gasto Total de Energia: 64 kwh/m3 (fabrico, transporte, proteco ao incndio, acondicionamento