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Inovação na construção. Utilização de sistemas de promoção de
edficiência de edifícios.
Frederico Silva Baptista
Dissertação para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil
Mestrado Integrado em Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. Albano Luís Rebelo da Silva das Neves e Sousa Orientador: Profª Inês dos Santos Flores Barbosa Colen
Vogal: Prof. José Dinis Silvestre
Outubro 2014
II
III
AGRADECIMENTOS
À minha família e amigos chegados pelo apoio e motivação dados ao longo da elaboração desta dissertação.
À minha orientadora científica, a Professora Inês Flores-Colen pela total disponibilidade para me acompanhar e
ajudar em todas as etapas da elaboração deste trabalho.
Ao Professor Paulo Carreira e à sua equipa da MIT Portugal, pela disponibilidade e cooperação na elaboração do
caso de estudo do Instituto Superior Técnico.
Ao Professor José Silvestre pela disponibilidade em promover contactos com empresas de construção de
soluções modulares e pré-fabricadas.
À Doutora Laura Alenei pela disponibilidade e cooperação na elaboração do caso de estudo do edifício Solar XXI.
Ao Engenheiro Luís Cardoso pela disponibilidade e cooperação na elaboração do caso de estudo do Hospital de
Cascais.
IV
V
RESUMO
O gasto de energia em edifícios corresponde a cerca de 60% do total de energia gasto pelos países da União
Europeia, o que se justifica pela baixa qualidade do parque edificado europeu, contribui para um fraco
desempenho dos edifícios em termos de eficiência energética e não garante níveis aceitáveis de conforto
interior. Além disso, denota-se, no processo construtivo de edifícios, pouca apetência para a reciclagem e
reutilização de materiais, o que leva a uma produção de grandes quantidades de resíduos e baixa
sustentabilidade no processo.
O objetivo desta dissertação foca-se na identificação e análise de soluções, materiais e métodos construtivos que
promovem a eficiência energética, a redução do consumo energético e a redução de produção de resíduos na
construção e exploração de edifícios. Definindo uma estratégia de inovação compreensiva, pretende-se
generalizar a utilização destas soluções no mercado com sucesso. Denominada de eficiência inteligente, esta
proposta descreve o processo de implementação de métodos construtivos baseados na flexibilização da
distribuição de instalações técnicas em edifícios, na pré-fabricação e na construção modular e a utilização de
painéis de isolamento em vácuo, materiais de mudança de fase, chaminés solares, iluminação hibrida, fachadas
ativas e sistemas de sensores e atuadores. Tendo em vista as metas traçadas pela Agenda 2020 para o setor da
construção civil europeu é proposta uma integração faseada destas soluções em edifícios com crescente
complexidade, desempenho e necessidade de investimento.
Para a análise do real desempenho destas tecnologias foram escolhidos 4 edifícios já construídos que utilizam
este tipo de soluções inovadoras. Recorrendo a um edifício hospitalar, um edifício de escritórios, um edifício
universitário e um edifício modelo, foram analisadas várias soluções com a integração de painéis de isolamento
em vácuo, ou VIP, materiais de mudança de fase, ou PCM, ventilação natural, iluminação natural, fachadas
activas, e sistemas de informação e automação inteligentes.
Após a aplicação simulada da proposta de eficiência inteligente num edifício modelo de 8 andares com 1000 m2
de área de implantação, foi possível quantificar os potenciais benefícios da integração destas tecnologias quando
aplicadas a edifícios correntes e avaliar o desempenho das várias soluções propostas.
Com esta simulação, concluiu-se que é possível melhorar os métodos construtivos utilizados atualmente e obter
uma pequena redução da produção de resíduos apenas com a introdução de um sistema padronizado de
distribuição de serviços, que pode aumentar com a introdução dos princípios da construção modular e pré-
fabricação. Estes métodos construtivos são dispendiosos mas tornam-se atrativos pela utilização racional de
matérias-primas, capacidade de reciclagem e prazos de execução mais curtos. Concluiu-se também que a
integração das restantes soluções consegue promover um aumento da eficiência energética de edifícios e uma
diminuição do consumo energético significativas que permitem alcançar os objectivos definidos pela Agenda
2020.
Palavras-chave: eficiência energética, consumo energético, métodos construtivos, agenda 2020, sistemas
inteligentes, isolamento térmico.
VI
VII
ABSTRACT
The energy consumption in buildings accounts for about 60 % of the total energy spent by countries of the
European Union, which, combined with the low quality of the European building stock , contributies to poor
performance of buildings in terms of energy efficiency and does not guarantee acceptable levels of interior
comfort . Furthermore, little effort is made for the recycling and re-usage of materials in the construction of
buildings, which leads to the production of large quantities of waste and unsustainable processes.
This dissertation focuses on the analysis of low power, lean and energy efficient solutions used in the
construction of buildings. By defining a comprehensive innovation strategy, it aims for a successful
implementation and diffusion of these solutions in the construction sector. A smart efficiency concept is
proposed, that describes the process of implementation of construction methods based on the spatial
flexibilization of services inside buildings, pre fabrication of structures, modular construction, and the utilization
of vacuum insulation panels, phase change materials, solar chimneys, hybrid lighting, active facades and sensor
and actuator systems. Contemplating the goals set by the 2020 agenda for the European construction industry,
a phased integration of these solutions is proposed with growing complexity, performance and overall cost
In order to analyze the real performance of these technologies, four existing buildings were used as case studies.
Focusing on a hospital building, an office building, an university building and a prototype building, several
solutions were analyzed with the integration of VIPs, PCMs, natural ventilation, natural daylighting, active
façades, and intelligent information and automation systems.
By simulating the application of the proposed solutions in an 8-storey building with 1000 m2 gross area, it was
possible to quantify the potential benefits of integrating these technologies in conventional buildings and
evaluate their performance.
With this simulation, it was concluded that it is possible to improve current construction methods and obtain a
small reduction of waste production with the introduction of standardized flexible services systems which can
improve with the introduction of prefabrication and modular construction principles. These solutions are costly,
but attractive due to the ability to recycle most of the waste materials, allow for a rational use of resources and
reduce execution times. It was also concluded that the integration of the remaining solutions can significantly
increase energy efficiency in buildings and decrease their energy consumption allowing to reah the goals set by
the 2020 Agenda.
Keywords: energy efficiency, energy consumption, construction methods, 2020 Agenda, intelligent systems,
thermal insulation.
VIII
IX
ÍNDICE
Agradecimentos ........................................................................................................................................ III
Resumo ...................................................................................................................................................... V
Abstract .................................................................................................................................................... VII
Índice de tabelas ..................................................................................................................................... XIII
Índice de Figuras ...................................................................................................................................... XV
1. Introdução ...................................................................................................................................................... 1
Objetivos da dissertação........................................................................................................................ 1
Estrutura da dissertação ........................................................................................................................ 2
2. Inovação ......................................................................................................................................................... 3
Considerações gerais ............................................................................................................................. 3
Dimensão científica ............................................................................................................................... 3
Dimensão económica ............................................................................................................................ 3
Teoria da Inovação ................................................................................................................................ 4
2.4.1 Natureza da Inovação........................................................................................................................ 4
2.4.2 Modelos de classificação da inovação............................................................................................... 5
2.4.3 Modelo Chandy e Tellis ..................................................................................................................... 5
Sector da Construção............................................................................................................................. 6
2.5.1 O sector da construção no contexto Europeu................................................................................. 10
2.5.2 O sector da construção em Portugal ............................................................................................... 13
Inovação na construção ....................................................................................................................... 16
2.6.1 História da inovação na Construção ................................................................................................ 16
2.6.2 Modelos de inovação na Construção .............................................................................................. 19
2.6.2.1 Inovação incremental ............................................................................................................. 20
2.6.2.2 Inovação modular ................................................................................................................... 21
2.6.2.3 Inovação arquitectónica ......................................................................................................... 21
2.6.2.4 Inovação de sistema ............................................................................................................... 22
2 .6.2.5 Inovação radical ...................................................................................................................... 23
Estratégias de Inovação ....................................................................................................................... 24
2.7.1 Difusão de Inovação ........................................................................................................................ 24
2.7.2 Oportunidades e barreiras à inovação na construção .................................................................... 26
X
3.7.2.1 Barreiras à inovação na construção........................................................................................ 26
3.7.2.2 oportunidades de inovação na construção ............................................................................ 27
2.7.3 Investimento na Inovação ............................................................................................................... 30
2.7.3.1 incentivo e estratégias de apoio à inovação .......................................................................... 32
Considerações Finais............................................................................................................................ 34
3. Eficiência inteligente .................................................................................................................................... 37
Considerações gerais ........................................................................................................................... 37
Objetivo ............................................................................................................................................... 37
Metodologia proposta ......................................................................................................................... 38
Seleção de tecnologias ........................................................................................................................ 39
Foco da metodologia ........................................................................................................................... 40
Métodos construtivos .......................................................................................................................... 40
3.6.1 Sistemas de distribuição integrados................................................................................................ 42
3.6.2 Núcleos de serviços centrais ........................................................................................................... 44
3.6.3 Pré-fabricação ................................................................................................................................. 45
3.6.4 Construção modular ........................................................................................................................ 47
Eficiência energética ............................................................................................................................ 48
3.7.1 Isolamento térmico ......................................................................................................................... 48
3.7.1.1 Painéis de isolamento em vácuo (Vaccum insulated pannels) ............................................... 49
3.7.1.2 Materiais de mudança de estado (Phase change materials).................................................. 50
3.7.1.3 Janela electrocrómica e de cristais líquidos (Janelas inteligentes)......................................... 52
3.7.2 Ventilação natural ........................................................................................................................... 53
3.7.2.1 Chaminé Solar......................................................................................................................... 56
3.7.2.2 Ventilação noturna ................................................................................................................. 57
3.7.2.3 Estratégia de ventilação natural ............................................................................................. 57
3.7.3 Sistemas óticos de iluminação natural ............................................................................................ 58
3.7.3.1 Colectores de luz .................................................................................................................... 59
3.7.3.2 Distribuidores de luz ............................................................................................................... 62
3.7.3.3 Emissores de luz ..................................................................................................................... 63
3.7.3.4 luzes LED ................................................................................................................................. 63
3.7.4 Sistemas dinâmicos de eficiência energética .................................................................................. 64
3.7.4.1 Fachada activa ABE ................................................................................................................. 65
3.7.4.2 Fachada Adaptável CAS .......................................................................................................... 67
XI
3.7.4.3 Varanda dinâmica Bloomframe .............................................................................................. 68
Sistemas de informação....................................................................................................................... 69
3.8.1 Sistemas de monitorização e otimização de consumo ................................................................... 70
3.8.1 Sensores e interfaces ...................................................................................................................... 73
3.8.2 Sistemas de automação de edifícios (BAS)...................................................................................... 76
Conclusões do capítulo ........................................................................................................................ 78
4. Casos de estudo............................................................................................................................................ 81
Introdução ........................................................................................................................................... 81
Instituto Superior técnico – Polo taguspark ........................................................................................ 81
4.2.1 Contadores Inteligentes .................................................................................................................. 83
4.2.2 Biblioteca central ............................................................................................................................ 84
4.2.3 Anfiteatro 4 ..................................................................................................................................... 84
4.2.4 Sala de computadores ..................................................................................................................... 85
4.2.5 Núcleo 14 ........................................................................................................................................ 86
4.2.6 Laboratório de energia .................................................................................................................... 86
4.2.7 Resultados ....................................................................................................................................... 87
Hospital de Cascais .............................................................................................................................. 88
4.3.1 Piso técnico ..................................................................................................................................... 89
4.3.2 Medidas passivas e ativas de eficiência energética ........................................................................ 90
4.3.3 Sistema de gestão de manutenção ................................................................................................. 91
4.3.4 Sistema de gestão de consumos energéticos ................................................................................. 93
4.3.5 Resultados ....................................................................................................................................... 93
Edifício Solar XXI .................................................................................................................................. 96
4.4.1 Ventilação natural ........................................................................................................................... 97
4.4.2 Sistema de arrefecimento passivo por tubos enterrados. .............................................................. 99
4.4.3 Iluminação natural ........................................................................................................................ 100
4.4.4 Resultados ..................................................................................................................................... 101
SurPlus Home..................................................................................................................................... 103
4.5.1 PCM ............................................................................................................................................... 104
4.5.2 Painéis de Isolamento em vácuo VIP............................................................................................. 105
XII
4.5.3 Sistema sombreamento e iluminação natural .............................................................................. 106
4.5.4 Resultados ..................................................................................................................................... 107
Conclusões do capítulo ...................................................................................................................... 108
5. Propostas de integração ............................................................................................................................. 111
Introdução ......................................................................................................................................... 111
Proposta de integração...................................................................................................................... 111
Edifício modelo .................................................................................................................................. 112
5.3.1 Edifício construção corrente ......................................................................................................... 113
Critérios de avaliação......................................................................................................................... 113
5.4.1 Ponderações .................................................................................................................................. 115
Integração ligeira ............................................................................................................................... 115
5.5.1 Execução da proposta ................................................................................................................... 117
Integração Moderada ........................................................................................................................ 118
5.6.1 Execução da proposta ................................................................................................................... 120
Integração total ................................................................................................................................. 121
5.7.1 Execução da proposta ................................................................................................................... 123
Conclusões do capítulo ...................................................................................................................... 123
6. Conclusão e desenvolvimentos futuros ..................................................................................................... 125
Conclusões gerais .............................................................................................................................. 125
Conclusões específicas....................................................................................................................... 126
Desenvolvimentos futuros................................................................................................................. 128
Referências bibliográficas ................................................................................................................................... 129
Referências de internet.......................................................................................................................... 134
Anexos .......................................................................................................................................................................i
XIII
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 - Classificação da inovação quanto à Natureza ..................................................................................... 5
Tabela 2.2 - Fontes e conhecimentos dos modelos de Inovação na construção. ................................................. 24
Tabela 2.3 – Resumo de barreiras à inovação....................................................................................................... 27
Tabela 3.1 – Resumo das tecnologias selecionadas .............................................................................................. 39
Tabela 3.2 - Resumo das principais características dos métodos construtivos analisados................................... 42
Tabela 3.3 – Características gerais dos isolamentos térmicos opacos e transparentes ....................................... 48
Tabela 3.4 – Características gerais dos sistemas de ventilação natural ................................................................ 54
Tabela 3.5 – Características gerais dos sistemas de iluminação natural............................................................... 59
Tabela 3.6 – Características gerais de Sistemas dinâmicos de eficiência energética ............................................ 65
Tabela 3.7 – Características gerais dos sistemas de informação .......................................................................... 70
Tabela 4.1 – Resumo dos casos de estudo analisados e soluções e tecnologias aplicadas. ................................. 81
Tabela 4.2 – Descrição dos equipamentos instalados nas áreas de teste ............................................................ 82
Tabela 4.3 – Análise de percentagem de poupança energética anual estimada para as áreas de teste e o respetivo
período de retorno do investimento .................................................................................................................... 87
Tabela 4.4 – Necessidades de conforto interiores dos serviços no 3º piso .......................................................... 89
Tabela 4.5 – Controlo de consumo elétrico utilizando os contadores inteligentes .............................................. 94
Tabela 4.6 – Características técnicas da placa de PCM utilizada ........................................................................ 104
Tabela 4.7 – Características técnicas do painel de isolamento em vácuo utilizado ............................................ 105
Tabela 4.8 – Resumo dos resultados dos edifícios analisados nos casos de estudo ........................................... 109
Tabela 5.1 – Proposta de integração................................................................................................................... 112
Tabela 5.2 – Características da construção corrente .......................................................................................... 112
Tabela 5.3 – Requisitos de conforto interior considerados ................................................................................ 113
Tabela 5.4 – Características do edifício em construção corrente. ...................................................................... 113
Tabela 5.5 – Critérios de avaliação de tecnologias de acordo com a área de atuação ....................................... 114
Tabela 5.6 – Ranking e ponderações afetas a cada solução para consideração da eficiência energética e redução
de consumos global............................................................................................................................................. 115
Tabela 5.7 - Avaliação dos sistemas construtivos propostos .............................................................................. 116
Tabela 5.8 – Avaliação dos isolamentos térmicos propostos ............................................................................. 116
Tabela 5.9 – Avaliação de sistemas de ventilação natural propostos ................................................................. 117
Tabela 5.10 - Avaliação dos contadores inteligentes propostos ......................................................................... 117
Tabela 5.11 – Avaliação do sistema construtivo proposto ................................................................................. 118
Tabela 5.12 – Avaliação dos sistemas de iluminação propostos......................................................................... 119
Tabela 5.13 – Avaliação dos sistemas de sensores e interfaces propostos ........................................................ 120
Tabela 5.14 – Avaliação dos sistemas construtivos propostos ........................................................................... 122
Tabela 5.15 – Avaliação dos sistemas compostos de eficiência energética propostos ...................................... 122
Tabela 5.16 - Avaliação do sistema de automação de edifícios propostos ......................................................... 122
Tabela 5.17 – Avaliação das propostas de sistemas construtivos ....................................................................... 124
XIV
Tabela 5.18 - Avaliação das propostas de eficiência energética e sistemas de informação ............................... 124
XV
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Modelo Chandy e Tellis (1998) ............................................................................................................. 5
Figura 2.2 – Agentes Chave tipos de interações no sector da construção .............................................................. 9
Figura 2.3 - Evolução da atividade do sector da construção por grau de desenvolvimento de um país .............. 10
Figura 2.4- Evolução das taxas de crescimento do sector da construção na União Europeia a 28 países e Portugal
.............................................................................................................................................................................. 11
Figura 2.5 – Peso dos vários segmentos da atividade na União Europeia a 27 países ......................................... 11
Figura 2.6 - Variação na produção de edifícios residenciais na Europa ............................................................... 12
Figura 2.7 - Variação na produção de edifícios não residenciais na Europa ........................................................ 12
Figura 2.8 - Evolução temporal dos segmentos construção nova e reparação e reabilitação .............................. 13
Figura 2.9 – Peso dos vários segmentos da atividade na União Europeia a 27 países.......................................... 14
Figura 2.10 - Variação na produção de edifícios não residenciais em Portugal .................................................... 15
Figura 2.11 - Variação na produção de edifícios residenciais em Portugal ........................................................... 16
Figura 2.12 - Cronologia das principais inovações do sector da construção......................................................... 17
Figura 2.13 - Escala de modelos de Inovação na Construção ............................................................................... 20
Figura 2.14 – Exemplo de redes de segurança “anti-queda” ................................................................................ 20
Figura 2.15 - Exemplo de um equipamento amarrador de varões de aço ............................................................ 21
Figura 2.16 - Exemplo de Betão auto-compactável ............................................................................................. 22
Figura 2.17 - Exemplos de uma fábrica de betão pré-fabricado e elementos de betão pré-fabricados............... 22
Figura 2.18 - Exemplos de utilização de aço estrutural e de ligações metálicas ................................................... 23
Figura 2.19 - Ciclo de investimento e retorno na inovação .................................................................................. 31
Figura 3.1 – Âmbito e hierarquização das tecnologias selecionadas .................................................................... 38
Figura 3.2 – Importância das pequenas e médias empresas (PMEs) no processo de inovação na construção .... 40
Figura 3.3 – Diferenciação entre as várias camadas do edifício de acordo com o tempo de vida útil dos elementos
.............................................................................................................................................................................. 41
Figura 3.4 – Processo de execução de um pavimento Matura e os seus vários componentes ............................ 44
Figura 3.5 – Sugestão de alteração da matriz patenteada por uma matriz semelhante de espuma de vidro...... 44
Figura 3.6 – Exemplo da localização e funcionamento de um núcleo de serviços central ................................... 45
Figura 3.7 – Comparação entre os resíduos produzidos na execução de elementos de betão pré-fabricados e
betonados in-situ .................................................................................................................................................. 46
Figura 3.8 – Etapas de execução e montagem da construção modular de edifícios ............................................ 48
Figura 3.9 – Uma placa de VIP finalizada (esquerda) e sua constituição (direita) ................................................ 50
Figura 3.10 – Paredes divisórias com tijolos preenchidos com PCM (esquerda), placa de gesso composta por 60%
PCMs (centro) e escritório com elementos de sombreamento compostas por PCM na fachada (direita) .......... 51
Figura 3.11 – PCM nano encapsulado (esquerda), tijolos com PCM macro encapsulado (centro) e parede leve com
PCM micro encapsulado no isolamento interior (direita) ..................................................................................... 51
Figura 3.12 – Sequência de alteração de estado de vidros electrocrómicos ........................................................ 52
Figura 3.13 – Funcionamento de janelas electrocrómicas no estado ativo e desativo ........................................ 53
XVI
Figura 3.14 – Funcionamento das janelas de criais líquidos (PDLC) no estado ativo e desativo .......................... 53
Figura 3.15 – Representação dos fenomenos de Ventilação de um só lado e Ventilação cruzada (esquerda),
Ventilação com base em efeito de chaminé (centro) e de coletores de vento, ou windcatchers. (direita) ......... 55
Figura 3.16 – Janela com um atuador motorizado (esquerda) e abertura junto a janela para ventilação da fachada
.............................................................................................................................................................................. 55
Figura 3.17 – Grelha de ventilação de parede (esquerda) e grelha de ventilação de fachada com sistema de
filtragem (direita) .................................................................................................................................................. 56
Figura 3.18 – Chaminés solares instaladas em edifícios (esquerda e centro) e funcionamento da chaminé solar
(direita).................................................................................................................................................................. 56
Figura 3.19 – Funcionamento das paredes Trombe solares e coberturas solares ................................................ 57
Figura 3.20 – Exemplos de duas estratégias muito eficazes de ventilação natural de edifícios ........................... 58
Figura 3.21 – instalação de uma calha parabólica (esquerda) e de uma lente linear Fresnel (direita) ................ 60
Figura 3.22 - Funcionamento de parabólica ótica (esquerda) e sua instalação num edifício (direita) ................. 60
Figura 3.23 - Funcionamento do sistema de micro prismas eletromecânicos (esquerda) e fotografia da sua
pequena estrutura (direita)................................................................................................................................... 61
Figura 3.24 – Uma divisão interior de um edifício antes da instalação dos microprismas nas janelas (esquerda) e
depois da sua instalação (direita) ......................................................................................................................... 61
Figura 3.25 – Tubo de luz de aplicação residencial (esquerda), de aplicação comercial (centro) e seu
funcionamento (direita) ........................................................................................................................................ 62
Figura 3.26 – Formato de um feixe de fibras óticas em forma de cabo (esquerda) e conetor entre fibras óticas
plásticas e de vidro (direita) .................................................................................................................................. 63
Figura 3.27 – Tipos de difusores disponíveis: difusor prismático, difusor Fresnel, difusor de penetração e lâmpada
difusora (da esquerda para a direita).................................................................................................................... 63
Figura 3.28 – Exemplos de lâmpadas LED ............................................................................................................ 64
Figura 3.29 – Fachada ativa opaca e seus componentes (esquerda) e fachada ativa transparente e seus
componentes (direita)........................................................................................................................................... 66
Figura 3.30 – Esquema e componentes da fachada adaptável (esquerda) e secção de um protótipo (direita) ... 67
Figura 3.31 – Varanda dinâmica BloomFrame com elementos em vidro (esquerda) e Varanda dinâmica Fakro
(direita).................................................................................................................................................................. 69
Figura 3.32 – Componentes do sistema Redy ....................................................................................................... 72
Figura 3.33 – Componente do sistema Waterbeep .............................................................................................. 72
Figura 3.34 – Dados de consumo de água antes da instalação do contador inteligente (esquerda) e depois da sua
instalação (direita) ................................................................................................................................................ 73
Figura 3.35 – Sensor BME 280 para smartphones e tablets.................................................................................. 74
Figura 3.36 – Termóstato inteligente Ecobee (esquerda) e Nest (direita) ............................................................ 75
Figura 3.37 – Valores de temperatura e humidade relativa recolhidos pela rede de sensores sem fios (esquerda)
e sua arquitetura (direita) ..................................................................................................................................... 75
Figura 3.38 – Nódulo modular com vários sensores (esquerda) e gateway de dados (direita) ............................ 76
XVII
Figura 3.39 – Atuadores em janelas e envidraçados lineares (esquerda) e de corrente (direita) ........................ 77
Figura 3.40 – Atuadores em ventilação natural aplicados a grelhas de ventilação (esquerda e centro) e atuadores
de condutas de ventilação (direita) ...................................................................................................................... 78
Figura 3.41 – Atuadores em elementos de sombreamento horizontais (esquerda e centro) e verticais (direita) 78
Figura 4.1 – Edifício Instituto Superior técnico, polo Tagus Park .......................................................................... 82
Figura 4.2 – Contadores de eletricidade inteligentes (esquerda) e controladores de correntes instalados nas várias
áreas de teste (direita) .......................................................................................................................................... 83
Figura 4.3 – Consumo elétrico horário medido no intervalo de 15 dias na biblioteca (esquerda) e no anfiteatro 4
(direita).................................................................................................................................................................. 83
Figura 4.4 – Descrição dos vários cenários de iluminação interior e interface de controlo. ................................ 84
Figura 4.5 – Interface de controlo de iluminação e sistema AVAC (baixo) e sensor de ocupação (cima)............. 85
Figura 4.6 – Interface de controlo com vários cenários de iluminação (esquerda), sistema de sombreamento com
atuador (centro) e multisensor de luminosidade e ocupação (direita). ............................................................... 85
Figura 4.7 – Equipamentos ligados a tomadas inteligentes (esquerda) e módulo de controlo e monitorização das
tomadas inteligentes............................................................................................................................................. 85
Figura 4.8 – Núcleo 14 sede do MIT (esquerda), interface de controlo do sistema AVAC (centro) e sensores de
movimento de controlo de iluminação nos corredores (direita). ......................................................................... 86
Figura 4.9 – Edifício Hospital de Cascais ............................................................................................................... 89
Figura 4.10 – Tubagens e condutas de ventilação (esquerda), unidades de tratamento de ar (UTA’s) e filtros
associados (centro) e palas de sombreamento na fachada sul (direita) ............................................................... 90
Figura 4.11 – Sistema de gestão de manutenção (esquerda), PALMs (centro) e sistema de identificação e
localização de equipamentos ................................................................................................................................ 91
Figura 4.12 - Sistema de manutenção preventiva (esquerda) e corretiva (direita) e intervenções de manutenção
preventiva num dos sistemas AVAC (centro) ........................................................................................................ 92
Figura 4.13 – Número de Horas de manutenção corretiva vezes homem por especialidade no ano de 2012 .... 92
Figura 4.14 - Consumo de eletricidade total do edifício entre 2011 e 2014 ........................................................ 93
Figura 4.15 – Consumo de eletricidade em 2013 repartido por tipo de utilização ............................................... 95
Figura 4.16 – Indicador de Produção dos Hospitais do grupo 3 [Kgep/m2] .......................................................... 96
Figura 4.17 - Indicador de dimensão dos Hospitais do grupo 3 [Kgep/doente padrão] ....................................... 96
Figura 4.18 – Edifício solar XXI. ............................................................................................................................. 97
Figura 4.19 – Execução da estrutura e isolamentos do edifício Solar XXI ............................................................. 97
Figura 4.20 – Entrada e saída de ar existentes atras da fachada com sistema de sombreamento e painéis
fotovoltaicos ......................................................................................................................................................... 98
Figura 4.21 – Funcionamento do sistema de ventilação natural de fachada no verão (esquerda) e na primavera e
inverno (direita) .................................................................................................................................................... 99
Figura 4.22 – Funcionamento do sistema de arrefecimento de tubos enterrados............................................... 99
Figura 4.23 – Execução do sistema de tubos enterrados (esquerda), entrada de ar do sistema (centro) e
ventoinhas de ventilação assistida nas várias salas (direita) .............................................................................. 100
XVIII
Figura 4.24 – Poço central e superfícies translucidas nas portas (esquerda), claraboia de iluminação e ventilação
natural (centro) e estratégia de iluminação natural no verão (direita cima) e no inverno (direita baixo) ......... 100
Figura 4.25 – Dados de temperaturas interiores e exteriores e incidência solar nos meses frios (esquerda) e Dados
de temperaturas interiores e exteriores e incidência solar nos meses quentes (direita)................................... 101
Figura 4.26 – Concentração de CO2 no interior do edifício medida em 2 dias ................................................... 102
Figura 4.27 – O edifício SurPlus Home na Alemanha (esquerda) e planta do edifício (direita) .......................... 103
Figura 4.28 – Localização dos módulos de PCM (esquerda) e sistema de ventilação com integração de módulos
de PCM (direita) .................................................................................................................................................. 105
Figura 4.29 – Localização e execução dos painéis VIP na fachada este (esquerda) e na pormenor na cobertura
(direita)................................................................................................................................................................ 105
Figura 4.30 – Núcleo do painel VIP (esquerda), Painel VIP integrado na fachada (centro) e execução da fachada
oeste com painéis de isolamento em vácuo (direita) ......................................................................................... 106
Figura 4.31 – Localização do sistema de palas de sombreamento e de estores integrados nas janelas (esquerda),
pormenor de estores integrados nas janelas (centro) e funcionamento do sistema de palas de sombreamento
(direita)................................................................................................................................................................ 106
Figura 4.32 – Dados de medidores de temperatura nas várias salas do edifício numa semana quente de Outubro
em 2009 .............................................................................................................................................................. 107
Figura 5.1 – Estrutura da proposta de integração e as suas fases ...................................................................... 111
XIX
1
1. INTRODUÇÃO
A inovação na construção é um processo cíclico e tende a tornar-se uma aposta crescente no setor da construção
civil que procura modernizar-se e atingir melhores padrões de qualidade e eficiência, aliados a uma procura
incremental de sustentabilidade económica, social e ambiental através do recurso às tecnologias mais
avançadas.
O sector é caracterizado por ter uma grande capacidade de inovação quando enfrenta novos paradigmas. O
passado recente demonstra que quando confrontado com um novo problema, seja funcional, económico ou
social, os agentes do setor sabem encontrar soluções inovadoras que mudam não só a forma como se constrói
como também afetam os setores transversais à construção civil. No passado estes paradigmas focavam-se na
necessidade de construir edifícios em massa de forma rápida e barata, com estruturas mais seguras e complexas
e melhores condições de conforto.
Numa altura em que é promovida a independência energética dos vários estados da União europeia e são
definidas metas para o setor da construção civil para 2020, procura-se uma forma de melhorar a qualidade da
construção de edifícios que terá de ser impulsionada por uma nova vaga de inovação. Os edifícios nacionais
apresentam consumos energéticos na ordem dos 62% do total nacional, associados a sistemas de "aquecimento,
ventilação e ar condicionado, ou AVAC, e iluminação e produções elevadas de resíduos, motivados por um
deficiente planeamento da sua construção e pela falta de legislação que promova a eficiência energética.
Com esta dissertação pretende-se mostrar o valor acrescentado que estas soluções trazem para os edifícios e os
seus ocupantes e motivar o setor publico e privado da construção civil a dar os primeiros passos rumo a uma
europa com infraestruturas mais eficientes, sustentáveis e inteligentes. Apresentando soluções de materiais de
isolamento térmico inovadores, sistemas de ventilação e iluminação natural e tecnologias de informação,
pretende-se melhorar a eficiência energética e o consumo de energia em edifícios. Para promover uma redução
da produção de resíduos pretendem-se introduzir novos e melhorados sistemas de execução de edifícios que
minimizem o desperdício de matéria-prima e possibilitem uma alta taxa de reutilização e reciclagem dos
materiais construtivos.
OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO Nesta dissertação pretendem-se cumprir os seguintes objetivos:
Identificar, caracterizar e analisar tecnologias e soluções inovadoras com vista à melhoria da eficiência
energética, redução de consumo de energia e de produção de resíduos na construção de edifícios.
Analisar casos de estudo, na forma de edifícios construídos, onde estas soluções e tecnologias tenham
sido implementadas, procurando identificar as principais vantagens e desvantagens, bem como o real
desempenho destas soluções.
2
Propor uma metodologia de seleção e integração destas tecnologias e soluções inovadoras em edifícios
em três propostas com diferentes graus de integração e complexidade.
Realizar um estudo comparativo da metodologia proposta analisando o desempenho das três propostas
quando aplicadas num edifício modelo.
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO Para o desenvolvimento desta dissertação optou-se por dividir o trabalho em 5 capítulos.
No primeiro capítulo faz-se a introdução da temática de estudo e apresentam-se os objetivos e a estrutura da
dissertação.
No segundo capítulo define-se o enquadramento geral do tema em estudo, fazendo uma caracterização das
várias teorias, estratégias e modelos da inovação que podem ser aplicados à construção civil. Após uma análise
do setor da construção civil nacional e comunitário, relacionam-se os modelos estudados com a história da
inovação na construção civil. Finalmente, identificam-se os paradigmas atuais do setor da construção e traçam-
se objetivos para uma nova fase de inovação.
No terceiro capítulo é apresentada uma proposta de inovação. Nesta proposta são identificadas soluções
construtivas e inovações tecnológicas que permitam impulsionar a inovação na construção de edifícios com vista
ao cumprimento dos objetivos propostos. Esta proposta tenta implementar uma metodologia que garanta uma
melhoria gradual da construção de edifícios.
No quarto capítulo faz-se o estudo de edifícios onde estas soluções e tecnologias tenham sido implementadas,
procurando identificar as principais vantagens e desvantagens, bem como o real desempenho destas soluções.
No quinto capítulo é feita uma avaliação da aplicabilidade das soluções propostas. Utilizando um edifício modelo
de 8 pisos é analisado o impacto económico e tecnológico que a implementação destas três propostas pode ter
na construção de edifícios e são identificadas as melhores soluções a aplicar.
Finalmente, nos anexos são identificadas e caracterizadas as tecnologias e soluções inovadoras que foram alvo
de estudo, mas não foram incluídas nas três propostas de integração do edifício modelo.
3
2. INOVAÇÃO
CONSIDERAÇÕES GERAIS A inovação é um processo que exige conhecimento, criatividade, persistência e concentração. É a capacidade de
imaginar o que não existe, de criar e adotar a novidade, de questionar a rotina e de escrutinar hábitos (Costa,
2013). O processo inovador traduz-se na conjugação de uma base de conhecimento por forma a encontrar novas
soluções, otimizando os resultados do esforço de investigação e desenvolvimento e valorizando os processos
cumulativos de aprendizagem que lhe são inerentes.
Para uma correta definição do conceito de inovação é necessário compreender as suas duas dimensões:
científica e económica.
Neste capítulo discute-se como estas duas grandezas se complementam e como estão estruturadas, fazendo a
ponte para o sector da construção onde se pretende descrever como o processo de inovação de desenvolve e as
suas principais características.
DIMENSÃO CIENTÍFICA Na sua dimensão científica a inovação é definida como um processo que integrando os conhecimentos científicos
e tecnológicos próprios e alheios e capacidades pessoais conduz ao desenvolvimento e adoção ou
comercialização de produtos, processos, métodos de gestão e condições laborais, novos ou melhorados,
contribuindo para a satisfação de todos os participantes (Dantas, 2001).
Nesta perspetiva, a inovação traduz-se num fenómeno sistémico orientado para um resultado, mas com uma
componente multidimensional e coletiva, no qual participam um número crescente de parceiros com objetivos
comuns. A componente multidimensional da inovação engloba: a ciência, a tecnologia e as pessoas. Estes três
atores cruciais são interdependentes, beneficiando desta parceria. O ator humano beneficia da tecnologia para
progredir na ciência e, por consequência, produzir tecnologia mais avançada e útil à investigação futura.
A inovação tem então de ser pensada como um processo. O processo de inovação depende de vários atores, e
abrange não apenas os aspetos técnicos e económicos, mas também os aspetos sociais, culturais e
organizacionais que, em última análise, contribuem para a criação de um produto inovador
DIMENSÃO ECONÓMICA No contexto económico, a inovação apresenta-se como um essencial fator de competitividade muito
dependente do processo de renovação das pessoas, das empresas e das instituições, sendo portanto
indissociável de gestão, economia e mercado.
Existem várias definições desenvolvidas com o objetivo de explicarem o conceito inovação, e como resultado o
termo ganhou grande ambiguidade (Garcia e Calantone, 2002).
4
Tendo como base as três principais correntes de análise e interpretação do conceito de inovação, destacam-se
os pontos defendidos por Lundvall (1922), pela OCDE (1997) e por Freeman (1989). O primeiro autor afirma que
a inovação resulta de processos de aprendizagem, procura e exploração, que resultam em novos produtos,
técnicas, formas de organização e mudanças institucionais e de mercado. A OCDE vai mais longe ao definir a
inovação na sua vertente tecnológica e em duas classes: inovação de produto como a implementação de um
produto com as características de desempenho melhoradas; e inovação de processo como a implementação de
uma nova ou significativa melhoria da produção ou da entrega. Finalmente Freeman adota uma abordagem mais
ampla definindo a inovação como o uso de uma alteração não trivial e um melhoramento num processo, produto
ou sistema que é novo para a instituição que desenvolveu a alteração.
Numa análise genérica e abrangente definir-se-á a inovação como a transformação de uma ideia num produto
ou serviço comercializáveis, resultantes de um processo de fabrico, novo ou melhorado, ou de vários processos
de aprendizagem e exploração. Este conceito está intimamente ligado com as áreas de gestão, economia e
componente técnica e permite estruturar os vários tipos de inovação com base na sua natureza e classe.
TEORIA DA INOVAÇÃO A teoria da inovação sugere várias abordagens na definição do processo inovador. Estas abordagens surgem com
base em modelos teóricos de caracterização da inovação com base na sua natureza e classe, apresentando-se os
modelos de Henderson e Clark e de Chandy e Tellis.
2.4.1 NATUREZA DA INOVAÇÃO A classificação da inovação quanto à sua natureza é um tema com maior convergência sendo a definição
defendida por Afuah (1998) aceite atualmente. O autor divide o conceito em três grandes tipologias:
Inovação tecnológica: é o conhecimento de componentes, ligações entre componentes, métodos,
processos e técnicas que se tornam num produto ou serviço. Este tipo de inovação pode resultar num
produto, processo ou serviço que também são passiveis de subprocessos denominados Inovações de
produto ou serviço: traduz-se na criação de produtos ou serviços visando a satisfação das necessidades
de mercado; e inovação de processo: traduz-se na introdução de novos elementos em operações de
organizações nomeadamente input de materiais, especificações de tarefas, mecanismos de fluxos de
informação e trabalho, e equipamento usado para produzir um produto ou fazer um serviço.
Inovação de mercado: é a incorporação de conhecimentos novos nos canais de distribuição, nos
produtos, aplicações, como também as expectativas dos clientes, preferências, necessidades, e desejos
traduzindo-se no melhoramento das componentes do marketing-mix, que são, o produto, preço, a
promoção e o local (Kotler et al., 1993).
Inovação administrativa: é a envolvente que abrange inovações pertencentes à estrutura organizacional
e a processos administrativos relacionando-se com estratégias, estruturas e sistemas adotados bem
como pessoas na organização.
5
As três naturezas da Inovação defendidas por Afuah em 1998 podem ser examinadas a um nivel inferior,
percebendo-se que tipo de inovação específica abrangem. Tal é percetivel na Tabela 2.1 onde cada tipologia tem
afetos vários tipos de inovação.
Tabela 2.1 - Classificação da inovação quanto à Natureza
Tecnológica Mercado Administrativa
Produto Produto Estratégia
Processo Preço Estrutura
Serviço Local Sistemas
Promoção Pessoas
2.4.2 MODELOS DE CLASSIFICAÇÃO DA INOVAÇÃO A classificação da inovação é baseada em modelos que distribuem a natureza e a classe da inovação em
diferentes níveis. Estes modelos desenvolvidos por Henderson e Clark (1990) e Chandy e Tellis (1998) são os mais
consensuais na literatura consultada e simultaneamente complementares. O primeiro modelo adota uma
abordagem direta ao produto definindo as dimensões necessárias para criar um produto inovador com sucesso,
enquanto o segundo foca-se nas dimensões relacionadas com o mercado onde esse produto inovador poderá
ter sucesso.
2.4.3 MODELO CHANDY E TELLIS
Figura 2.1 - Modelo Chandy e Tellis (1998)
Na Figura 2.1 é possível sintetizar o modelo defendido por Chandy e Tellis relacionando as duas principais
grandezas defendidas pelos autores, com os tipos de inovação que definem.
Este modelo sugere que existem duas grandezas comuns à definição de Inovação: Tecnologia e mercado. A
grandeza tecnológica determina até que ponto a tecnologia inerente a um novo produto é nova ou diferente das
Requisitos de
Mercado
6
já existentes e a grandeza comercial determina até que ponto um novo produto cumpre ou excede os requisitos
fundamentais definidos pelo mercado para o seu propósito (Chandy et al., 1998).
Estas duas grandezas permitem agrupar os tipos de inovações em quatro grandes grupos:
Inovação incremental, onde a novidade da tecnologia é baixa e o cumprimento das necessidades e
requisitos de mercado é baixa;
Inovação de mercado, onde existe uma baixa novidade da tecnologia e os requisitos e necessidades
do mercado são excedidos largamente;
Inovação tecnológica, onde a novidade da tecnologia é alta e há um baixo e baixo cumprimento das
necessidades e requisitos do mercado;
Inovação radical, onde são combinadas a alta novidade tecnológica e a são excedidos os requisitos
e necessidades do mercado.
SECTOR DA CONSTRUÇÃO Para ser possível uma correta análise da inovação no sector da construção torna-se necessário primeiro
caracterizar o sector construtivo global. Embora o sector construtivo seja caracterizado de acordo com as
especificidades da área geográfica e económica onde está inserido é possível delinear um modelo comum com
base nas características únicas do sector.
A indústria da Construção encontra-se presente em todos os países do mundo, revelando características típicas
de uma atividade marcadamente regional. A construção e, mais precisamente, a construção residencial, revela,
particularidades regionais próprias quer nos produtos quer nos processos construtivos (Chandy e Tellis, 1998).
No entanto, a nível global, esta característica regional tende a esbater-se. São três os fatores principais que vêm
determinando a globalização dos mercados da construção: o grau de complexidade quer do projeto quer do
processo construtivo; o volume financeiro necessário para uma correta execução e a capacidade de
internacionalização revelada pelas grandes empresas mundiais (Gann, 1994).
Para uma correta definição do sector da construção é necessário limitar a análise a três grandes grupos:
Segmentos de Produtos, Especificidades da atividade económica, agentes-chave e interações.
Segundo a análise estatística de numerosos mercados mundiais onde existe uma forte presença do sector
construtivo definem-se os seguintes segmentos de produtos:
Construção de Edifícios Residenciais e não Residenciais
Reabilitação, Manutenção e Reparação
Construção e Engenharia Civil
Este sector apresenta uma cadeia de valor muito extensa, recorrendo a uma ampla rede de inputs,
proporcionando o aparecimento de externalidades positivas às restantes atividades e gerando efeitos
multiplicadores significativos a montante e a jusante (Nunes, 2001).
7
É uma atividade económica com especificidades próprias, caracterizada por uma grande diversidade: de clientes,
com uma procura que vai do Estado ou das Autarquias ao particular que pretende autoconstruir, das grandes
empresas multinacionais aos pequenos promotores tradicionais; de projetos, onde cada obra apresenta,
geralmente, características diferentes, o que dificulta o desenvolvimento de produtos e processos de fabrico
normalizados; de produtos, que cobrem tanto a habitação tradicional como obras mais complexas, por exemplo,
estradas, edifícios inteligentes ou barragens; de operações produtivas, onde o produto final resulta da interação
entre várias especialidades com graus diferenciados de exigência e tecnologia; de tecnologias, em resultado da
intervenção numa empreitada de diversas especialidades e da coexistência de tecnologias de produção novas
com as antigas; de unidades produtivas, em que empresas com grandes meios e capacidades e tecnologicamente
evoluídas laboram a par de empresas com um aproveitamento limitado das tecnologias disponíveis e com
utilização abundante do fator mão-de-obra (Afonso, et al., 1982; Schartinger, 2010).
Esta atividade económica apresenta especificidades próprias definidas essencialmente por: (Manso, 1993)
Clientes, com uma procura que vai do Estado ou das Autarquias ao particular, que pretende
autoconstruir
Grandes empresas multinacionais, e pequenos promotores tradicionais
Projetos, onde cada obra apresenta, geralmente, características diferentes, o que dificulta o
desenvolvimento de produtos e processos de fabrico normalizados
Produtos, que cobrem tanto a habitação tradicional como obras mais complexas, por exemplo, estradas,
edifícios inteligentes ou barragens
Operações produtivas, onde o produto final resulta da interação entre várias especialidades com graus
diferenciados de exigência e tecnologia
Tecnologias, em resultado da intervenção numa empreitada de diversas especialidades e da
coexistência de tecnologias de produção novas com as antigas
Unidades produtivas, em que empresas com grandes meios e capacidades e tecnologicamente
evoluídas laboram a par de empresas com um aproveitamento limitado das tecnologias disponíveis e
com utilização abundante do fator mão-de-obra.
Na estrutura empresarial do sector construtivo predominam em número as pequenas e médias empresas com
pouco grau de especialização que recorrem com frequência a subempreitadas. No entanto são as grandes
empresas com caracter multinacional que dominam o sector em termos de faturação anual e de número de
obras executadas (da Cruz, 2007).
O sector Construtivo é bastante complexo, envolvendo numerosos agentes e interações no desenvolvimento e
produção de novos produtos. Este sector abrange desde o design dos edifícios e infraestruturas (serviços de
engenharia e arquitetura), à fabricação de produtos e equipamentos necessários à sua execução, até às
operações de manutenção e reparação dos mesmos (Seaden e Manseau, 2001).
8
Assim importa definir os agentes chave do sector e a forma como as interações se procedem. Os agentes deste
sector estão organizados através da sua posição na Supply Chain. Desta forma tornam-se mais claras as
interações existentes entre cada agente e de que forma contribuem para a produção de um produto finalizado
(InCI, 2012).
Os agentes referidos são:
Fornecedores de materiais de construção, que fornecem os materiais básicos para a construção,
nomeadamente o cimento, madeira e tijolo e aço;
Fabricantes de Maquinaria, que fornecem o equipamento pesado usado na construção, nomeadamente
bulldozers, guindaram, gruas;
Fabricantes de produtos/componentes de construção, que fornecem os subsistemas (produtos
complexos), nomeadamente sistemas de ar-condicionado, elevadores, sistemas de calor, janelas;
Sub-montadores, instaladores e especialistas, que trazem em simultâneo material e componentes para
criarem os tais subsistemas;
Organizadores e montadores, que iniciam novos projetos e coordenam a montagem global;
Operadores de construção e manutenção, que gerem os serviços de propriedade e manutenção;
Agentes e entidades de conhecimento/informação, nomeadamente cientistas, arquitetos, designers,
engenheiros, avaliadores, serviços de informação, associações profissionais, educadores;
Prestadores de bens e serviços complementares, tais como transporte, distribuição, limpeza,
demolição;
Atores institucionais, que providenciam as condições necessárias do ambiente de trabalho,
nomeadamente instituições financeiras, regulamentos gerais de trabalho, infraestruturas de
comunicação.
Seaden e Manseau apresentam uma sistematização lógica que sintetiza estes processos na Figura 2.2 onde são
visíveis os fluxos de informação e de bens e serviços entre as várias entidades, bem como a supply-chain que
define as interações presente em todas as fases do processo construtivo.
A procura dirigida a este sector depende diretamente do grau de desenvolvimento da economia, da conjuntura
económica e do montante das despesas públicas, ou seja, mais do que, em qualquer outro sector de atividade,
a sua evolução depende do montante e das fases de investimentos em outros sectores (Seaden e Manseau,
2001).
Assim, nos países menos desenvolvidos o peso da construção na atividade económica é baixo e cresce com o
desenvolvimento da economia. Por outro lado, nos países recentemente industrializados, a parcela afeta à
construção atinge os valores mais elevados e tende a decrescer com o aumento do desenvolvimento do país.
Quando os países atingem a industrialização avançada, o peso da construção na atividade económica entra em
declínio, o qual se acentua à medida que avança o grau de desenvolvimento. Esta evolução pode ser observada
na Figura 2.3.
9
Integração de produtos de construção
Reciclagem de produtos de construção
Figura 2.2 – Agentes Chave tipos de interações no sector da construção (Manseau, 1998)
Este tipo de atividade designa-se como pró-cíclica, ou seja, caracterizada por expansões mais marcadas que a
economia global em fases positivas do ciclo e recessões mais profundas em períodos negativos, podendo assim
a sua dinâmica ser utilizada como indicador de uma economia, ou um dos seus barómetros.
No contexto atual, os três principais mercados da indústria da construção são, por ordem decrescente: o Japão,
a União Europeia e os Estados Unidos da América. A importância da construção no PIB destes mercados ronda,
respetivamente, 18%, 10% e 11% (PIC, 1997). Tendo em conta que esta é uma indústria fortemente dependente
da procura induzida pelos poderes públicos e pelo investimento estes são valores muito próximos. Destaque-se
o abrandamento do crescimento nos EUA, uma queda do PIB no Japão e um crescimento mais moderado na
União Europeia com evoluções muito distintas nos estados membros. As economias emergentes também
desaceleraram, apesar dos países asiáticos continuarem com um elevado dinamismo influenciando
negativamente o sector.
Materiais de construção e equipamento
Componentes do edifício e
submontagens
Montagem de instalações e
desenvolvimento
Manutenção de funcionamento da
instalação e gestão
Condições de enquadramento:
Infraestruturas físicas e de comunicação
Instituições financeiras
Regulamentos de negócio e trabalho
Bens e serviços complementares Transporte,
distribuição, limpeza e alienação
Integração dos fluxos de informação
Conceção, design, engenharia e fiscalização
Códigos e normas construtivas, informação
Educação e formação
10
Figura 2.3 - Evolução da atividade do sector da construção por grau de desenvolvimento de um país (Liesner, 1989)
Desta forma para além de uma definição precisa também se torna possível identificar quais os modelos de
inovação mas eficientes nestas condições económicas. A análise seguinte tem como objetivo definir e
caracterizar os mercados da construção nos contextos Europeu e Nacional para que seja exista um conhecimento
sólido e individual da envolvente económica onde se pretende desenvolver e analisar o processo de inovação.
2.5.1 O SECTOR DA CONSTRUÇÃO NO CONTEXTO EUROPEU A principal diferença entre a indústria europeia e a dos outros dois grandes mercados reside no grau de
especialização e de normalização de processos e produtos que é menor na Europa.
Na Europa, após o boom verificado na segunda metade dos anos 80, o crescimento do sector da Construção tem-
se processado a um ritmo relativamente lento. As políticas restritivas levadas a cabo pela maior parte dos países
comunitários, tendo em vista a adesão à moeda única, continuaram a ter efeitos adversos no sector (Castellacci,
2004). O investimento privado suportou a construção não residencial privada e os trabalhos de reabilitação e
manutenção, enquanto a construção de edifícios residenciais manteve-se constante na década de 2000. A
construção não residencial pública e as obras públicas sofreram os efeitos negativos dos cortes nos investimentos
públicos na maior parte dos países, notando-se uma queda acentuada entre 2007 e 2009 na atividade do sector
neste segmento (Schartinger, 2010).
Pelo seu carácter estrutural na economia dos países, o sector construtivo apresenta uma forte interdependência
face aos ciclos económicos. A construção potencia os valores do crescimento económico, ao ponto de as
variações da atividade da construção serem significativamente ampliadas, positiva e negativamente,
respetivamente em fases ascendentes e descendentes do ciclo económico (ECTP, 2005; Miozzo et al., 2002). No
presente e, segundo dados do Euroconstruct, a produção da construção em 2012 para os países da UE caiu cerca
de 4,7%, prevendo-se que em 2013 a queda não seja tão acentuada, embora só seja previsível alguma
recuperação neste sector em 2014 com uma previsão de crescimento de 1,0%. A Figura 2.4 permite também
PES
O D
A C
ON
STR
UÇ
ÃO
NA
AC
TIV
IDA
DE
ECO
NÓ
MIC
A
PNB PER CAPITA
Países de recente
industrialização
Países menos
desenvolvidos
Países de
industrialização
avançada
11
concluir que o ano de 2009 foi drástico para os países da União, provocando recessões em vários Estados
Membros e conduzindo a quedas acentuadas na produção da construção.
Figura 2.4- Evolução das taxas de crescimento do sector da construção na União Europeia a 28 países e Portugal (Eurostat,
2013)
Relativamente à estrutura do mercado europeu, a maior parcela da atividade continua a ser relativa à reparação
e reabilitação, segmento que representa mais de 33% da atividade do sector, seguida de 26% no segmento de
edifícios residenciais, 21% no segmento de engenharia civil e 15% em edifícios não residenciais privados, como
pode ser observado na Figura 2.5.
Figura 2.5 – Peso dos vários segmentos da atividade na União Europeia a 27 países (Euroconstruct)
A nível de investimento a União Europeia apresenta uma parcela de 26% oriundo de fontes de investimento
público ficando os restantes 74% entregues a investimentos privados (Euroconstruct, 2013).
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,01
997
199
8
199
9
200
0
200
1
200
2
200
3
200
4
200
5
200
6
200
7
200
8
200
9
201
0
201
1
201
2Cre
scim
ento
an
ual
rel
ativ
o (%
)
Ano
EU 28 Portugal
26%
15%5%
21%
33% Edifícios residenciais
Edifícios não residenciaisprivados
Edifícios não residenciaispúblicos
Engenharia civil
Manutenção e Reabilitação
EU 27
12
O segmento habitacional (edifícios residenciais) tem-se ressentido negativamente dos efeitos das políticas
fiscais, bem como da incerteza quanto às perspetivas de emprego e de rendimentos, registando-se um
abrandamento nos últimos anos que deverá estabilizar nos 25%, enquanto o segmento de edifícios não
residenciais privados continua a apresentar um crescimento moderado na ordem dos 0,4% (Euroconstruct 2013).
Estas tendências de crescimento são amplamente analisadas pela Euroconstruct uma das maiores e mais
completas redes para previsão financeira, económica e de atividade na construção implementadas na Europa, e
podem ser consultadas nas Figuras 2.6 e 2.7.
Figura 2.6 - Variação na produção de edifícios residenciais na Europa (Euroconstruct, 2011)
Nota: (e) estimado (p) previsto
Esta repartição entre segmentos da construção pode ser explicado através de observações feitas ao mercado
europeu (Euroconstruct, 2013). Como constatado na Figura 2.8, a manutenção e reabilitação de edifícios tende
a dominar a atividade do setor da construção nos países com níveis de industrialização avançados e tem uma
importância crescente no tempo na preservação de património.
Figura 2.7 - Variação na produção de edifícios não residenciais na Europa (Euroconstruct 2011) Nota: (e)
estimado (p) previsto
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 (e) 2013 (p) 2014 (p)Var
iaçã
o d
a p
rod
uçã
o (%
)
Construção nova Manutenção e Reabilitação Total Residencial
-20
-15
-10
-5
0
5
10
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 (e) 2013 (p) 2014 (p)
Var
iaçã
o d
a p
rod
uçã
o (%
)
Construção nova Manutenção e Reabilitação
Total não Residencial
13
Os níveis de construção nova residencial e não residencial tendem a diminuir significativamente ao longo do
tempo, sendo, no entanto, dominantes em países em expansão e com processos de industrialização recentes.
Figura 2.8 - Evolução temporal dos segmentos construção nova e reparação e reabilitação (Bon, 1993)
De facto, os 27 países que constituem a União Europeia atingem em conjunto o patamar de zona de
industrialização avançada. As infraestruturas necessárias para atingir este patamar de industrialização e
desenvolvimento foram alcançadas com base em parcerias privadas e fundos estruturais comunitários, pelo que
deverá ser observado o crescimento do segmento de reparação e reabilitação nos próximos anos, juntamente
com maior aposta na área de investigação e desenvolvimento deste segmento (Squicciarini et al., 2009).
2.5.2 O SECTOR DA CONSTRUÇÃO EM PORTUGAL Não é possível falar do sector da construção nacional sem a sua envolvente europeia. Com a adesão à
Comunidade Económica Europeia (CEE) em 1986, Portugal beneficiou de importantes fundos estruturais (FEDER),
para promover o desenvolvimento das suas infraestruturas, o que levou a um forte desenvolvimento do sector
da construção civil e obras públicas sobretudo durante a década de 90. Tal situação teve importantes reflexos
quer na estrutura e modo de funcionamento das empresas do sector, quer na evolução do tipo e volume de
emprego no sector. Complementarmente, a implementação progressiva de liberdade de circulação dos cidadãos
de Estados membros da União Europeia (UE) após 1992 ou o alargamento da UE a novos Estados (1995) criaram
condições para o desenvolvimento de fluxos migratórios motivados pela evolução económica do sector da
construção na União Europeia (Teles et al., 1992; Gomes, 2013).
A estrutura do mercado nacional caracteriza-se por uma elevada dispersão, em que um número reduzido de
médias e grandes empresas assegura uma parte significativa da produção, e um elevado número de pequenas e
microempresas, muitas com um carácter quase artesanal, que asseguram, principalmente, as obras no mercado
regional e local, sendo um mercado menos fragmentado que o europeu (Lopes, 2000).
AC
TIV
IDA
DE
DO
SET
OR
DA
CO
NST
RU
ÇÃ
O
TEMPO
Nova Manutenção e
Reabilitação
Países de
recente
industrialização
Países de
industrialização
avançada
14
Figura 2.9 – Peso dos vários segmentos da atividade na União Europeia a 27 países (Euroconstruct, 2013)
Representados na Figura 2.9, os segmentos com maior peso no sector nacional são o residencial e a engenharia
civil, com 30% de quota cada, contrariando a Europa Ocidental, onde predomina a manutenção e a recuperação.
No caso português este segmento apenas representa 13% da atividade do sector, concluindo com 27% de
atividade para o restante segmento de edifícios não residenciais. Estas diferenças caracterizam estádios de
desenvolvimento económico distintos, correspondendo, de algum modo, a uma tendência de longo prazo de
aumento do peso da atividade de manutenção e recuperação na estrutura produtiva do sector à medida que se
verifica um maior desenvolvimento do país, como já foi referido (InCI, 2012).
A nível de investimento, Portugal apresenta uma parcela de cerca de 50% oriundo de fontes de investimento
publico ficando a outra metade entregue aos privados e possíveis parcerias. Neste investimento público está
incluída a parcela destinada à construção presente nos fundos comunitários, cerca de 52% do total de fundos
transferidos. Este facto torna o sector de construção nacional mais sensível a mudanças políticas de
investimento, à escassez de fundos estruturais comunitários, à dificuldade crescente no acesso ao crédito e à
própria conjuntura económica.
Devido a esse constrangimento, também o segmento da Reabilitação/Manutenção, que representa em Portugal
13% do total da produção do Sector (Euroconstruct, 2013), tem um peso bastante inferior ao da média
comunitária (défice de 20%), onde, na maioria dos países, este tipo de trabalhos representa a maior fatia do total
da produção do Sector.
O segmento de edifícios não residenciais públicos, que representa 12% da produção do Sector, e que
corresponde a escolas, hospitais e outros edifícios, revela um comportamento mais próximo do observado no
segmento da Engenharia Civil, isto é, dependente dos Fundos Estruturais e das restrições orçamentais.
Finalmente, a engenharia civil é o segmento que tem apresentado o comportamento mais dinâmico desde o
início da década de 90. A política de coesão económica e social levada a cabo pela União Europeia, e que se tem
30%
14%
13%
30%
13%
Portugal
Edifícios residenciais
Edifícios não residenciaisprivados
Edifícios não residenciaispúblicos
Engenharia civil
Manutenção e Reabilitação
15
traduzido na transferência para Portugal de avultados fundos estruturais, tem assumido um papel
preponderante na evolução positiva verificada.
Estas tendências de crescimento podem ser analisadas consultando os dados da Euroconstruct, e podem ser
consultadas no Figura 2.10 e Figura 2.11. É possível observar que o segmento dos edifícios residenciais, em
Portugal registou uma queda de cerca de 15,1% em 2011, tal como o segmento dos edifícios não residenciais
apresentaram em 2012 uma quebra significativa, de -12,8%. Estas quebras explicam-se principalmente pela falta
de investimento público nestes segmentos (Baganha et al., 2010).
Figura 2.10 - Variação na produção de edifícios não residenciais em Portugal (Euroconstruct 2011)
Estima-se uma aposta na recuperação do parque habitacional já construído que se traduzirá numa maior aposta
no segmento de reparação e reabilitação nacionais, enquanto se mantem a tendência de desinvestimento na
construção de edifícios não residenciais.
O sector da construção conseguiu ao longo da sua existência encontrar soluções para os desafios que se
propuseram, procurando inovar em todas as suas vertentes, desde materiais, a técnicas construtivas e utilização
e desenvolvimento de tecnologia. Os principais breakthroughs deste sector moldaram o que hoje conhecemos
como construção e engenharia moderna, interessando analisar os fatores que levaram a que estas inovações
tivessem sucesso e a história cronológica que lhes está associada.
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 (e) 2013 (p) 2014 (p)
Construção nova Renovação e Reabilitação Total não Residencial
16
Figura 2.11 - Variação na produção de edifícios residenciais em Portugal (Euroconstruct 2011)
INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO A definição da inovação na construção tende a afastar-se um pouco das suas origens económicas focando-se
numa hierarquização definida por diferentes classes de inovação associadas à natureza dos produtos e métodos
inovadores desenvolvidos.
Seaden e Manseau (2001) resumem um conjunto de definições de inovação na construção.
“Aplicação da tecnologia que é nova para uma organização e que significativamente melhora o design
e construção de um espaço vivo diminuindo os custos instalados, incrementando o desempenho
instalado, e/ou melhorando o processo empresarial” (Toole, 1998);
“ A exploração bem-sucedida de novas ideias, onde as ideias são novas para uma empresa específica, e
são mais do que apenas tecnologia relacionada – novas ideias podem relacionar-se com o processo, o
mercado ou a administração” (CRISP, 1997);
“ Aplicar design inovador, métodos ou materiais para melhorar a produtividade” (CERF, 1993).
A inovação na construção tende a tornar-se uma aposta crescente num sector que procura modernizar-se e
atingir melhores padrões de qualidade e eficiência, aliados a uma procura incremental de sustentabilidade
económica, social e ambiental através do recurso às tecnologias mais avançadas.
2.6.1 HISTÓRIA DA INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO A inovação em tecnologias de construção foi responsável por sucessivas revoluções no sector dando origem a
uma era de construção moderna com responsabilidade ecológica e energética, sustentável e progressivamente
mais eficiente (da Costa, 2006).
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 (e) 2013 (p) 2014 (p)
Construção nova Manutenção e Reabilitação Total Residencial
17
Figura 2.12 - Cronologia das principais inovações do sector da construção
Do ponto de vista histórico é possível observar que as novas tecnologias que surgem no sector da construção
recebem algum tipo de proteção e apoio, nas formas de estímulos na procura de mercados específicos e
programas de desenvolvimento tecnológicos, com o objetivo de promover nichos para a implementação destas
tecnologias. Do ponto de vista cronológico é possível enumerar as principais inovações que tiveram um impacto
marcante no sector como se pode observar na Figura 2.12.
Inicialmente, com a introdução do cimento de Portland em 1824, foi possível o aparecimento de uma nova
geração de tecnologias e equipamentos que mudaram completamente a forma de pensar e executar obras de
engenharia. No primeiro quarto do século vinte foi inventada e introduzida a tecnologia de aço estrutural que
despontou uma nova vaga de revoluções nas tecnologias da construção. Durante o final dos anos setenta o sector
da construção atravessou um período de baixa produtividade que foi colmatado com mais inovações na
construção. Estas inovações focaram-se na organização e desenvolvimento de processos de fabrico dos vários
componentes necessários à construção introduzindo a pré-fabricação, normalização e automatização de
processos de fabrico e de construção (Arditi et al., 1997).
A pré-fabricação tornou-se possível com a evolução da tecnologia de engenharia, a normalização e a habilidade
para produzir materiais e componentes com tolerâncias fechadas e qualidade uniforme (Dolan, 1979). Esta
inovação permitiu a encurtar os prazos de execução de obra, mantendo um alto nível de qualidade construtiva
e aumentando independência de condições atmosféricas. A pré-fabricação está presente tanto em obras de
engenharia de grande dimensão, fornecendo por exemplo secções de tabuleiros de pontes, como pequenas
empreitadas, como são exemplos paredes divisórias com canalizações embutidas ou divisões inteiras pré-
fabricadas (WCs e quartos). Esta nova forma de produção teve um papel importante, devido à grande capacidade
de controlo de qualidade e intensiva produção em fábrica de componentes e subsistemas construtivos, no
desenvolvimento de sistemas de revestimento em vidro, pedras sintética e outros materiais compostos.
Num passado mais recente a inovação na construção tem seguido a um ritmo mais lento, mesmo com a aposta
e investimento em segmentos de IeD. No entanto o sector tem vindo a adotar incrementalmente novas práticas
de gestão, novas tecnologias relacionadas com materiais, equipamentos e componentes com design otimizado
1820 1830 1850 1880 1950 1980 1990
18
(Slaughter, 1998; Gann, 1994). Estas alterações refletem-se sobretudo na aposta em Tecnologias de informação
nas fases de projeto e execução de obra de forma integrada e em novos modelos de organização de supply chain
(Miozzo e Ivory, 2000).
A nível da inovação recente nas tecnologias da construção destacam-se as melhorias de desempenho dos
materiais tradicionais, com aços e alumínios de menor custo e menor peso a atingirem níveis de performance
superiores, vidros com melhor qualidade e resistência com menor custo de produção, utilização de plásticos em
materiais compósitos (incluindo o betão) aliados a novos ligantes e adesivos de alta resistência e fiabilidade
utilizados na sua produção.
As tecnologias de informação têm contribuído na integração de atividades ao longo de todo o projeto, e numa
crescente automação e otimização de projetos de engenharia. Esta otimização e automação dos projetos tem
tido como objetivo a redução de custos do projeto, tanto diretos como globais, recorrendo a engenharia
computadorizada, aplicações de base de dados e simulações de comportamento estrutural. Estes avanços
resultam em mapas de quantidades mais detalhados e fiáveis, integração de processos na elaboração de
projetos, controlo de qualidade elevado e previsão de custos e prazos na fase de execução da obra. Mais
recentemente as tecnologias de informação permitiram reduzir em 25% os prazos para os processos de
concursos, otimizando a utilização de recursos e melhorando as propostas finais apresentadas (Li, 2003).
Nas últimas quatro décadas uma das grandes inovações que se verificou relacionou-se com a gestão de projeto.
Esta inovação relaciona-se sobretudo com a componente organizacional. Novas práticas organizacionais e de
gestão vieram alterar a base das relações existentes entres as diferentes entidades no sector da construção. Esta
melhoria veio promover uma mudança nos habituais contratos praticados que seguiam todos um mesmo modelo
normalizado e independente da complexidade dos projetos. Assim, foram desenvolvidos modelos contratuais
personalizados e com maior envolvimento por parte do cliente, alcançando processos de construção e
responsabilidades diretivas mais unificadas, prazos de construção mais curtos e uma mais rápido retorno do
investimento (Miozzo e Ivory, 2000). Tal foi alcançado através de uma abordagem integrada aos contratos de
projeto e de construção. Previamente, o arquiteto, designado pelo cliente, elaborava o desenho inicial da
construção que servia como base para a elaboração de ofertas competitivas, ficando o concorrente vencedor
responsável por todo o projeto detalhado e o processo de construção especificado em estreita relação com o
cliente. A nova abordagem organizacional permitiu criar concursos com especificações técnicas mais detalhadas,
permitindo uma melhor articulação entre as funções do projeto e as funções da construção, e obrigando o
concorrente vencedor a ter um controle nos processos construtivos e comunicação mais eficaz com projetistas,
fornecedores de materiais e subcontratados (Russell et al., 2006).
O termo sustentabilidade aplicado à causa ambiental surgiu como um conceito tangível na década de 1980 por
Lester Brown. A sustentabilidade aplicada à construção é um conceito que promove intervenções sobre o meio
ambiente, sem esgotar os recursos naturais, preservando-os para as gerações futuras, relacionando as
componentes de engenharia e arquitetura. Tal modelo de construção utiliza eco materiais e soluções
tecnológicas inteligentes, que promovem a redução da poluição, o bom uso e a economia de água e de energia
19
e o conforto dos utilizadores finais. Esta inovação conceptual veio determinar novos objetivos para o sector da
construção onde se exige uma preocupação ambiental crescente. Esta abordagem veio fomentar o
desenvolvimento de materiais e tecnologias biocompatíveis integrados em todos os processos do sector, de
sistemas de redução e reutilização de recursos energéticos, aumento de qualidade e conforto de edifícios e
reutilização de recursos naturais e produtos de construção, devidamente enquadrados num framework legal
desenvolvido para pôr em prática este conceito e que se insere numa visão global para o futuro da construção
sustentável (Dewick e Miozzo, 2006). No passado recente um dos principais objetivos traçados para esta visão
passa por construir edifícios com impacto ambiental nulo. Os denominados edifícios verdes são construções que
utilizem maioritariamente recursos e materiais reutilizáveis e não poluentes na sua execução e que garantem
um nível de qualidade construtiva que permita o máximo conforto, térmico e acústico, recorrendo a fontes de
energia renováveis e sua eficiente gestão bem como utilização passiva de recursos naturais (iluminação natural,
reutilização de água e criação de espaços verdes).
A nível macroeconómico a inovação na construção contribuiu ativamente para um incremento no crescimento
da economia (Schumpeter, 1934) e um incremento na produtividade (Schmookler, 1952) ao longo do tempo.
Através da criação de produtos e serviços novos ou melhorados, reduções de custos de produção,
aperfeiçoamento de componentes e tecnologias fomentam um crescimento do mercado, maioritariamente de
forma incremental.
Ao nível da concorrência entre empresas (ou economia local) a inovação pode ajudar a cimentar posições
competitivas de empresas, sendo utilizada como vantagem competitiva e garantia de produtos distintos e de
qualidade superior aos existentes no mercado. Estas qualidades traduzem-se também em benefícios intangíveis,
tanto para os inovadores como os utilizadores de inovações, tais como aumento de reputação, facilidade de
trabalho e atração de clientes promissores (Ramcharan, 1997).
Este processo incremental e, por vezes radical, de inovações sucessivas garantiu o desenvolvimento do sector
construtivo, tanto a nível local como a nível global, com as oportunidades crescentes de internacionalização de
empresas e a aposta em inovação e investigação como garantia de competitividade e qualidade elevadas nos
mercados locais.
2.6.2 MODELOS DE INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO Os modelos apresentados são adaptados por vários autores para melhor satisfazerem as especificidades do
mercado da construção permitindo uma definição mais precisa dos vários tipos de Inovação ordenadas por grau
de complexidade e de alteração de processo ou produto (Gann, 1994; Slaughter, 1998; Seaden e Manseau, 2001):
A inovação incremental representa uma pequena alteração com impactos confinados ao
aperfeiçoamento de elementos ou componentes específicos.
A inovação modular representa uma mudança significativa do conceito básico mas mantem os impactos
confinados dentro os sistemas e componentes onde atua.
20
Maior complexidade Menor complexidade
A inovação arquitetónica representa uma pequena alteração a componentes ou sistemas requerendo
uma alteração mais significativa nas ligações e interações com outros componentes e sistemas.
A inovação de sistema representa uma profunda alteração na interação entre componentes, integrando
várias inovações num sistema complexo.
A inovação radical representa uma nova abordagem a problemas e requisitos do sector da construção
alterando a natureza da indústria.
Na Figura 2.13 está representada a escala dos vários tipos de Inovação de acordo com o seu grau de
complexidade. A inovação incremental, pelas suas características já descritas apresenta-se como o processo
menos complexo de todos. Aumentando o grau de complexidade do processo inovador surgem as inovações
modular, arquitetónica e de sistema, que culminam na inovação com o maior grau de complexidade, a inovação
radical.
Figura 2.13 - Escala de modelos de Inovação na Construção
2.6.2.1 INOVAÇÃO INCREMENTAL
A inovação incremental define-se como uma pequena mudança de processo ou de materiais, baseada na
acumulação de experiencia e conhecimento já existentes. Este tipo de inovação é o que ocorre mais
frequentemente e o seu impacto na indústria é previsível, interagindo com os componentes e sistemas já
implantados de forma natural e orgânica.
Figura 2.14 – Exemplo de redes de segurança “anti-queda” (Schartinger, 2010)
Incremental Modular Arquitectónica Sistema Radical
21
As inovações incrementais surgem fundamentalmente dentro de organizações que possuem o conhecimento,
experiencia e controlo de afetação de melhorias. Este tipo de inovação são muito comuns e frequentes no sector
da construção com origem nas empresas líderes de mercado (Myers e Marquis, 1969).
É exemplo de inovação incremental, na Figura 2.14, a introdução de um “corpete” de segurança para a prevenção
da queda, feito de material similar aos dos escaladores de montanha, que se traduziu numa melhoria incremental
ao nível do peso dos cintos de segurança da construção (Schartinger, 2010).
2.6.2.2 INOVAÇÃO MODULAR
A inovação modular traduz-se numa mudança significativa no conceito dentro do componente deixando as
ligações para outros componentes e sistemas inalterados. Assim, a inovação modular pode ser aplicada e
desenvolvida dentro de uma organização e implementada com o mínimo de negociação e interação com as
restantes partes envolvidas no desenvolvimento de outros componentes.
As inovações modulares surgem dentro de organizações com capacidades técnicas altamente especializadas,
com o apoio de fabricantes e fornecedores, geralmente envolvidas na investigação e desenvolvimento de
melhorias de conceito de elementos já existentes (Slaughter, 1998).
É exemplo de inovação modular, na Figura 2.15, a introdução do conceito “cast-in-place concrete” que consiste
na introdução de equipamentos para amarrar varões de aço através de arames, que reforçam a estrutura das
armaduras em peças pré-fabricadas de betão. Esta inovação origina uma mudança no conceito (processo) deste
componente através de equipamentos modernos e processos patenteados não alterando, no entanto, a
interação com os restantes componentes deste produto (Miozzo et al., 2000).
2.6.2.3 INOVAÇÃO ARQUITECTÓNICA
A inovação arquitetónica define-se como uma mudança no sistema ou produto que afeta positivamente as
ligações e interações entre componentes, com alteração pouco significativa dos componentes. Este tipo de
Figura 2.15 - Exemplo de um equipamento amarrador de varões de aço (Miozzo et al., 2000)
22
inovação exige que todas as interações entre componentes e sistemas sejam alteradas e modificadas de forma
a otimizar-se do desempenho final do produto criado.
As inovações arquitetónicas surgem de fontes diversas mas as modificações nas ligações e interações entre
elementos necessitam de organizações com conhecimento e controlo sobre os componentes e sistemas
afetados, tais como proprietários e contratantes (Slaughter, 1998; Freeman, 1989).
É exemplo de inovação arquitetónica, na Figura 2.16, a introdução do conceito “self-compacting concrete” que
consiste na introdução de produtos químicos no betão que lhe conferem as propriedades mecânicas necessárias
para que não necessite de ser compactado ou vibrado durante a sua execução. Neste caso todos os componentes
e sistemas inerentes à execução de betão armado têm de ser modificados para se ajustarem a nova composição
do betão (Henderson e Clark, 1990).
2.6.2.4 INOVAÇÃO DE SISTEMA
A inovação de sistema define-se como a integração de várias inovações independentes em sistemas complexos
que desempenham uma função com maior desempenho ou com maior grau de especificidade. Este tipo de
Inovação requer alterações nas ligações e interações entre componentes e sistemas, aparecendo
frequentemente no sector da construção como sistemas reconfigurados para desempenharem uma
determinada função específica do projeto que apoiam.
Figura 2.16 - Exemplo de Betão auto-compactável (Henderson e Clark, 1990)
Figura 2.17 - Exemplos de uma fábrica de betão pré-fabricado e elementos de betão pré-fabricados (Slaughter,
1998)
23
É exemplo de inovação de sistema, na Figura 2.17, a introdução da pré-fabricação de elementos de betão
armado, onde um conjunto de inovações independentes interagem para criar uma peça de betão armado com
toda a sua complexidade numa só linha de montagem contínua, tendo as matérias-primas como input e
elementos complexos de betão armado como output (Manso, 1993).
2 .6.2.5 INOVAÇÃO RADICAL
A inovação radical define-se como uma inovação profunda na ciência ou numa tecnologia ou processo que
frequentemente altera o carácter e a natureza da indústria. Este tipo de inovação acontece esporadicamente e
tem um impacto e periodicidade imprevisíveis, beneficiando o sector com novas maneiras de entendimento de
fenómenos e novas abordagens a resoluções de problemas.
As inovações radicais surgem geralmente de organizações com fortes competências científicas e de engenharia,
normalmente ligadas a industrias com grande aposta em investigação e desenvolvimento, ou I&D, e elevados
orçamentos, tais como materiais e comunicações (Slaughter, 1998).
É exemplo de uma inovação radical a introdução do aço estrutural que revolucionou o tipo de edifícios e
estruturas que podiam ser projetados e construídos. Como consequência surgiu toda uma nova indústria de
fabrico e comercialização de aço, tal como novos componentes e sistemas de construção que utilizaram as suas
propriedades estruturais únicas (Garcia et al., 2002).
A todos os tipos de inovação aqui definidos, correspondem fontes de inovação distintas e um tipo de
conhecimento necessário específico para que se possam desenvolver. Na Tabela 2.2 sintetizam-se os vários
modelos de inovação na construção de acordo com a fonte da inovação e com o conhecimento necessário para
a desenvolver.
Figura 2.18 - Exemplos de utilização de aço estrutural e de ligações metálicas (Garcia et al., 2002)
24
Tabela 2.2 - Fontes e conhecimentos dos modelos de Inovação na construção.
Modelos de inovação na
Construção
Fontes de inovação na Construção Conhecimento necessário
Incremental De dentro das próprias organizações Experiencia,
Controlo de afetar melhorias
Modular Organizações altamente
especializadas,
I&D,
Fabricantes e fornecedores
Competências técnicas e especializadas
Arquitetónica Proprietários,
Adjudicantes
Conhecimento e controlo sobre os componentes
e sistemas afetados
Sistema Organizações com capacidade de
implementação,
Relações fortes com proprietários
Competência técnica,
Conhecimento e controlo sobre os componentes
e sistemas afetados,
Autoridade organizacional
Radical Organizações de I&D,
Indústrias de I&D
Competências científicas e de engenharia
Ao nível das fontes de inovação na construção, quanto mais complexo é o processo inovador, maior é a
compromisso das organizações que o pretendem implementar, recaindo sobre estas a responsabilidade de
aposta em IeD e eficaz capacidade de implementação. Ao nível do conhecimento necessário para cada tipo de
inovação, torna-se óbvio que com a crescente complexidade do processo inovador acresce a necessidade de
competências científicas e técnicas superiores (Bossink, 2004; Von Hippel, 1988).
ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO Como já foi referido, a inovação tem de ser encarada como um processo faseado e complexo que não só depende
da qualidade técnica e cientifica do produto ou processo criado como também das condições do mercado onde
irá ser implementado. Até agora a inovação foi estudada como um processo de invenção e analisadas as várias
características e dimensões que o definem. Neste capítulo pretendem-se caracterizar a segunda fase do processo
de inovação: a difusão.
2.7.1 DIFUSÃO DE INOVAÇÃO A difusão de uma inovação corresponde a taxa de adoção e aplicação de novas tecnologias (inovadoras) em
empresas, instituições ou pessoas, que provocam a sua propagação na sociedade. Esta propagação é atingida
através de interações humanas e comunicação entre as diferentes organizações dos sistemas económicos
(Everett, 1995).
Este conceito é essencial para o estudo da inovação pois, nem sempre os produtos ou processos inovadores com
melhores características de desempenho, qualidade e fiabilidade são aqueles que alcançam uma maior taxa de
adoção no mercado. Uma considerável variedade de tecnologias inovadoras na construção foram desenvolvidas
e tornaram-se disponíveis no mercado global nos últimos anos. A globalização criou oportunidades para as
25
indústrias se atualizarem importando tecnologia inovadora estrangeira. O sector da construção mantem-se
essencialmente uma industria local, adaptada a leis, regulamentos e instituições locais e a difusão de tecnologia
inovadora vai progredindo lentamente. Muitas oportunidades tecnológicas são desperdiçadas. O desafio passa
por introduzir e difundir oportunidades tecnológicas promissoras e assim tentar colmatar alguns problemas no
sector da construção. Novas necessidades continuam a surgir na sociedade moderna, seja por mudança nas
regras e regulamentos do sector, mudanças demografias e tecnologias, ou outros desenvolvimentos que
influenciam o processo de inovação (Vloerbergh, 2005).
Embora o recurso a artigos científicos e em publicações dedicadas ao sector seja a maneira mais comum de
difusão de inovações, o êxito está relacionado com o conceito de regime tecnológico e nicho tecnológico.
Regimes tecnológicos são vistos como um padrão composto por conhecimento, regras, regulamentos,
convenções, expectativas comuns e assunções existentes num sistema de Inovação, que caracterizam a prática
profissional e guiam o design e desenvolvimento mais aprofundado de inovações. Os regimes tecnológicos são
elementos fundamentais para a difusão, aceitação e aplicação de novas tecnologias, juntamente com a
importância de processos de aprendizagem interativos e o desenvolvimento e provisionamento de invenções
complementares (Breschi et al., 2000).
Um nicho tecnológico designa um cenário em que um certo tipo de tecnologia existe, ou é desenvolvida,
juntamente com outros tipos de tecnologias, servindo, no entanto, apenas um domínio limitado de aplicação.
Um nicho tecnológico é diferente de um nicho de mercado. O potencial de mercado (taxa esperada de retorno
de investimento) desempenha um papel importante nos nichos tecnológicos. Como os mercados, os nichos
tecnológicos são conduzidos por uma rede de agentes (sistemas de inovação ao nível das instituições) e por um
conjunto de assunções, standards profissionais e princípios (regimes tecnológicos). Estes agentes podem ter uma
dimensão, internacional, nacional, sectorial, empresarial ou baseada em projeto. Neste sentido, são criados e
geridos nichos, onde novas tecnologias têm a oportunidade de incubar e maturar através de processos de
experimentação gradual e formação dos vários agentes (Malerba et al., 1993; Egmond-deWilde de Ligny, 2008).
A difusão de uma inovação tecnológica é considerada um sucesso quando se encaixa no regime tecnológico
predominante que caracteriza a prática profissional dos atores presentes no sistema de inovação. Para que tal
aconteça, as inovações geralmente passam por um período de aplicação, experimentação e otimização, sendo
lançadas num mercado com um nicho tecnológico bem definido. Este período de implementação de uma
inovação permite que os agentes presentes no mercado global disponham de conhecimento e dados suficientes
para que considerem a tecnologia ou inovação vantajosa e passível de ser aplicada nas suas organizações com
sucesso e de competir no regime tecnológico presente no seu mercado. Assim, após a decisão de adoção de uma
inovação surge também uma necessidade de adaptações institucionais (na gestão, na organização e nos sistemas
de inovação implementados nas empresas), bem como uma colaboração estreita entre todos os agentes
(investigadores, produtores, construtores, reguladores e utilizadores finais) (Everett, 1995; Widén, 2007).
26
2.7.2 OPORTUNIDADES E BARREIRAS À INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO As limitações e incentivos impostos ao processo de inovação dependem de vários fatores interdependentes que
englobam a vertente tecnológica, económica e social. Estes fatores traduzem as características e tendências do
sector da construção que beneficiam ou prejudicam a inovação e permitem antever algumas tendências e
estratégias a seguir rumo a uma inovação crescente e sustentável (Arundel, 1997).
3.7.2.1 BARREIRAS À INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO
A adoção e desenvolvimento de inovações está relacionada com fatores afetos às empresas e ao mercado. Por
um lado, as características da empresa relativas a tamanho, tipo de atividade, localização e qualidade de gestão
afetam a adoção de novas tecnologias e inovação. Por outro lado, as condições de mercado relativas à estrutura,
taxa de crescimento, margens de lucro, custo de financiamento, risco, propriedade intelectual, regulamentação
e tipos de clientes (alta ou baixa tecnologia) restringem o tipo de tecnologias e inovação que pode ser
desenvolvida (Blackley et al., 1996). A estrutura fragmentada do sector contribui para impedir a difusão (Von
Hippel, 1988), juntamente com a complexa estrutura em rede do processo de produção na construção. Visto que
o produto final da construção é o resultado da contribuição coordenada de diferentes subempreiteiros, a
transferência de conhecimento, investigação e desenvolvimento torna-se um processo difícil e caro. Em qualquer
caso, e independentemente da dimensão da empresa, o sucesso da implementação de inovações baseadas em
projetos específicos depende apenas da capacidade da empresa (competências organizacionais e métodos
construtivos e de exploração), do ambiente onde opera e das características da inovação em si (Manley, 2008).
Apostar na inovação e no IeD é relativamente caro para empresas de construção, visto que os riscos inerentes à
inovação são repartidos com os produtores e não com os utilizadores finais (Widen et al., 2007). Neste sector
multi-tecnológico, as inovações de sucesso são baseadas na combinação de várias tecnologias já existentes e na
implementação de inovações de sistema, que procuram melhorar todo o processo de produção (Koivu et al.,
2001). As novas empresas que entram neste mercado muito orientado para custos baixos e margens de lucro
grandes, sentem-se desencorajadas a inovar, ainda mais quando enfrentam a necessidade dispendiosa de
certificação dos seus produtos, processos construtivos e práticas de gestão.
A produção baseada em projetos individuais enfraquece significativamente o processo de aprendizagem
essencial para que se desenvolva a investigação e inovação. Por um lado, este tipo de produção faz com que
muitas inovações utilizadas apenas em projetos específicos e com parecerias esporádicas entre organizações não
sejam replicáveis, tornando o conhecimento recém-adquirido difícil de integrar, desenvolver e transformar em
capacidades organizacionais duradouras. Por outro lado, o tamanho e a complexidade dos projetos também
influenciam a inovação. De facto, quanto maior a escala do projeto maior é a tendência para inovar. A inovação
tende a decrescer substancialmente quando se passa de grandes infraestruturas civis para estruturas e
instalações industriais e comerciais, sendo muito escassa em projetos residenciais e utilitários (Russel et al.,
2006). Assim as atividades ligadas à inovação passam a depender da seleção cuidada de projetos, do apoio da
estrutura organizacional, da existência de peritos capazes e em número suficiente e do envolvimento de product
champions (Blindenbach-Driessen et al., 2006).
27
Na Tabela 2.3 encontram-se resumidas as barreiras à inovação de acordo com as áreas onde surgem. As
características protecionistas e regulatórias do sector da construção, aliadas à interdependência técnica dos
vários atores e à inflexibilidade dos bancos, impedem as empresas, privadas e públicas, de sistematizar e
apropriar-se da experiencia e das inovações geradas ou adotadas em cada projeto.
A complexidade intrínseca das operações construtivas, aliada à tradicional independência das diferentes fases
de projeto e execução de obra, tornam-se barreiras ao investimento em geral e à inovação em particular. Estes
fatores não só enfraquecem inovações de larga-escala, como também dificultam a difusão de avanços
tecnológicos e organizacionais (Miozzo et al., 2000).
Tabela 2.3 – Resumo de barreiras à inovação
Economico /Financeiro Capital Humano Mercado Jurídico
Risco
Custo de capital
Custos ambientais
Custos sociais
Falta de incentivos
Segurança
Formação
Mão-de-obra não
qualificada
Adoção de novas
tecnologias
Processos/Produtos não
testados
Imperfeiçoes de mercado
Colaboração entre
organizações
Regulamentação excessiva
Regulamentação
ambiental pouco rígida
3.7.2.2 OPORTUNIDADES DE INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO
A nível social e económico, as grandes oportunidades de inovação estão ligadas às alterações recentes no clima
e na demografia da população global. A alteração da estrutura do sector da construção também cria certos nichos
com grande atratividade de investimento e potencial de inovação que, aliado a uma convergência de estratégias
e políticas por parte das entidades comunitárias no que toca ao desenvolvimento e modernização do sector,
contribuem para uma evolução positiva na investigação, desenvolvimento e inovação (Arundel, 1997; European
Commission, 1995).
A cooperação entre entidades e organizações é essencial que seja sustentável e contínua para que produza
avanços significativos e inovações de sucesso. Para tal é necessário envolver utilizadores finais e clientes em
todas as fases do processo de inovação.
Os promotores de inovação podem apoiar tanto o desenvolvimento de tendências já existentes como criar novas
tendências, podendo partir de dentro do sector ou de fatores externos. Os dois maiores promotores da inovação
podem estar relacionados com o desenvolvimento de investigação científica e tecnológica (promotores CeT)
relevante para o sector ou com a procura de novos produtos e processos, apoiados pelas preferências dos
consumidores e mercados (Miozzo et al., 2002).
As mudanças climáticas constituem uma oportunidade desafiante para o sector da construção a vários níveis:
28
Os projetos de construção tendem a ter um ciclo de vida maior que os expõe a condições climatéricas
mais extremas, devido a crescente volatilidade do clima (tempestades, cheias e temperaturas extremas)
O sector irá desempenhar um papel fundamental na redução da emissão de gases de efeito de estufa,
visto que a energia utilizada em edifícios é responsável por 45% da emissão deste tipo de gases na união
europeia (E-CORE Strategy, 2005) juntamente com o processo de fabrico dos muitos recursos utilizados.
A alteração demográfica global influencia o sector da construção. A estrutura demográfica Europeia tem
envelhecido e a estrutura da habitação pessoal sofrendo alterações, convergindo para habitações mais pequenas
e com menos ocupantes. Esta alteração na procura faz com que este tipo de construções sejam tendencialmente
mais acessíveis e em maior número, promovendo também a adaptação, remodelação e reabilitação de edifícios
antigos para o mesmo fim (E-Core Strategy, 2005). Esta alteração demográfica não afeta só o núcleo habitacional,
necessitando também de infraestruturas funcionais e de alta performance para satisfazer as crescentes
necessidades de agua, energia, mobilidade e circulação de informação.
Esforços adicionais serão necessários para atingir os requisitos modernos de baixo e eficiente consumo
energético. Na ótica europeia, grandes necessidades de reabilitação, mais desenvolvimento e limpeza das áreas
urbanas irão certamente estimular o mercado (E-CORE Strategy, 2005). Esta tendência fomenta não só
intervenções em edifícios mas também alterações no transporte urbano (construção nova, expansões e
atualizações dos sistemas de transporte) com intervenção nas infraestruturas que o servem.
A profissionalização de clientes é uma tendência chave no sector da construção. Caso os clientes ou entidades
adjudicantes tenham sucesso na definição de objetivos que envolvam altos padrões de qualidade e grandes
incentivos para inovar, serão os impulsionadores da mudança da responsabilidade e riscos inerentes ao projeto
de construção do cliente para o empreiteiro e respetiva supply chain. Para que tal aconteça, é necessário que
exista uma crescente formação e competência dos clientes, aliado a uma estratégia detalhada e definida de
inovação. Esta responsabilidade recai sobretudo para o sector público de construção devido à sua dimensão e
influência, devendo posteriormente ser seguido pelo sector privado (Schartinger, 2010; Russell et al., 2006).
Na área da eco inovação, a regulamentação governamental desempenha um papel fundamental para que se
estimulem inovações e criem padrões de sustentabilidade superiores (Bossink, 2004). Este tipo de estímulo serve
para captar o pequeno investimento privado de habitação unifamiliar, onde os clientes finais são na sua maioria
inexperientes, não cientes de inovações recentes, avessos ao risco e onde a relação qualidade-preço é o fator
decisivo na hora de investir.
A nível tecnológico, assiste-se no presente a uma evolução telescópica da tecnologia avançada disponível e com
crescentes aplicações na área da construção. O período de tempo necessário para o aparecimento e
desenvolvimento de novas tecnologias que revolucionam o sector é cada vez menor, criando a necessidade de
uma aposta cada vez maior e orientada na investigação em materiais, processos e métodos construtivos. Esta
aposta incide sobretudo nas tecnologias de informação, na biónica, na fabricação de novos e revolucionários
29
materiais com características muito distintas e utilizações que englobam todo o ciclo de vida da construção
(Afonso, 1998).
As tecnologias de informação integram atualmente uma grande parte da atividade do sector da construção
apresentando um grande potencial de desenvolvimento futuro (Li, 2003; Ramcharan, 1997; Miozzo et al., 1988).
Este potencial pode ser aproveitado e aplicado em várias áreas e com diversas metodologias:
Através da integração de tecnologias de informação, ou TI, em materiais e produtos de construção,
tornando-os inteligentes ou smart.
Através da coordenação e organização de comércio online de materiais e sua monitorização e processos
construtivos melhorando a eficiência de processos de entrega e, por conseguinte, otimizando a relação
procura-oferta.
Através de modelos paramétricos como o Building Information Modelling (BIM), que promovem o
envolvimento dos clientes através de dados e informação comum, acessível e transparente.
Através de realidade virtual e tecnologias de simulação, que permitem demonstrar o produto físico final
bem como o processo de montagem.
Através da integração na coordenação de vários sistemas de infraestruturas diferentes, como redes
abastecimento de água, redes de esgotos e distribuição de energia, melhorando o abastecimento e
mobilidade dos recursos, bem como o nível de serviço.
A fabricação avançada beneficia de novas técnicas e tecnologias para atingir níveis elevados de qualidade e
competitividade na produção de componentes para a construção e desenvolvimento de processos construtivos
com preços competitivos e acessíveis. Estas novas técnicas e tecnologias terão que envolver o desenvolvimento
de produtos e materiais com propriedades melhoradas ou especiais, como resistência ao fogo, isolamento,
durabilidade, resistência mecânica e corrosão, com baixos custos efetivos de produção (Schot et al., 1996; Landin
et al., 2007).
Tendo em conta os recentes desenvolvimentos de materiais e produtos avançados, é possível analisar as
oportunidades de inovação em materiais segundo duas vertentes: a evolução e a revolução. A evolução dos
materiais corresponde ao desenvolvimento mais aprofundado de materiais “clássicos” como o aço, cimento e
vidro. A revolução dos materiais consiste na criação de novos materiais, geralmente compósitos ou ligas, com
propriedades extraordinárias como baixo peso e pequeno tamanho (nano-materiais). Os materiais orgânicos
como a madeira também podem ser tecnicamente melhorados e são muito atrativos para o sector. No entanto,
não só os materiais compósitos estão em destaque, muitos esforços estão concentrados no desenvolvimento de
materiais inteligentes, ou smart-materials, com micro sensores integrados que permitem uma melhor
monitorização e consequente manutenção das estruturas onde são utilizados (Soetanto et al., 2009).
A habilidade para analisar e modificar matéria numa escala cada vez mais pequena aumenta as possibilidades de
desenvolvimento de novos materiais com características singulares. É agora possível manipular estruturas
moleculares e atómicas com o objetivo de melhorar as suas propriedades. O desenvolvimento da nanotecnologia
30
pode resultar em novos materiais de construção através do uso de nano-partículas, nanotubos e nano-fibras,
oferecendo novas combinações de resistência e durabilidade aplicáveis a materiais tradicionais como o betão e
outras superfícies como o vidro com benefícios energéticos e mecânicos (Freeman, 1989; Hennetier, 2012).
A biónica como trajetória tecnológica utiliza a natureza como fonte de inspiração no desenvolvimento de
propriedades especiais em materiais, estruturas, processos, algoritmos, métodos, ferramentas, mecanismos e
sistemas. Os princípios retirados da natureza são transformados em soluções técnicas utilizando materiais
sintéticos. As plantas, com a sua estrutura estável e flexível, podem servir como modelo para novas construções
de edifícios de grande altura, as estruturas de nichos de térmitas, podem servir como base de modelos de
economia de energia através de sistemas de ventilação e arrefecimento (Schartinger, 2010). Existem exemplos
de sucesso que seguiram este tipo de abordagem:
Edifícios equipados com fachadas e coberturas que respiram e permitem a ventilação natural, baseados
nos princípios e métodos retirados do sistema respiratório de mamíferos.
Materiais de construção ultra leves
Edifícios de altura elevada com estruturas, princípios, formas e materiais, baseados na natureza
Sistemas de ventilação de edifícios inspirados em sistemas de vias aéreas em habitats de insetos com
alta grande eficiência na utilização de energia natural e artificial.
2.7.3 INVESTIMENTO NA INOVAÇÃO Como já foi apontado, a inovação é um processo contínuo e complexo que envolve várias etapas com o objetivo
de produzir um produto ou um processo com sucesso no mercado. No caso da Inovação da construção, a relação
da inovação com a ciência e a investigação é crucial, adquirindo uma grande importância na fase de conceção e
desenvolvimento da Inovação. Esta investigação tanto pode ser desenvolvida a nível privado, através de centros
de investigação e desenvolvimento (IeD) e laboratórios privados, como a nível público, através das universidades,
institutos e laboratórios públicos. Desta relação entre ciência e inovação resultam proveitos para ambas as
atividades (Arundel, 1997).
A investigação científica requer constante investimento para que produza resultados com qualidade e fiabilidade,
e também objetivos definidos, quer sejam de índole experimental, como por exemplo a caracterização exaustiva
de materiais compósitos ou novos materiais em termos térmicos, acústicos, mecânicos ou de comportamento,
como também de índole teórica, como por exemplo o estudo de novas abordagens e soluções para problemas
existentes e o estudo de novos conceitos organizacionais, estratégicos ou produtivos para aplicação no sector
construtivo (Miozzo et al., 2002; Afuah, 1998).
As entidades públicas e privadas que investem neste tipo de investigação procuram obter produtos ou processos
inovadores que possam ser utilizados como vantagem competitiva em relação aos seus concorrentes, optando
ocasionalmente na proteção de propriedade intelectual. Através de uma estratégia de investimento, cada
entidade foca-se na área de investigação que mais garantia de resultados lhe pode proporcionar, sendo, no
entanto, o investimento público, através das universidades e laboratórios nacionais, aquele que corre mais riscos
31
apostando num investimento transversal a todas as áreas que nem sempre resultam em produtos ou processos
inovadores mas contribuem para aumentar o conhecimento cientifico global (Cohen et al., 1989). O fluxo de
ideias e inovações entre o universo académico e o universo empresarial parece ser exclusivo a algumas empresas
construtoras bem estabelecidas (Gann, 2001). Apesar do papel crucial de especialistas técnicos, apenas algumas
empresas têm nos seus quadros cientistas qualificados capazes de absorver e aplicar os resultados da
investigação académica.
Esquemas de incentivo adequados são direcionados para endereçar o problema da falta de interações entre
estes dois universos. Subsídios públicos diretos são utilizados no fomento destas colaborações e inovações. Da
mesma forma, o investimento na componente educacional e formação contínua dos profissionais no sector
aumenta a capacidade de absorção tecnológica das empresas de construção (Cohen et al., 1989) e a sua
capacidade e motivação para participar em colaborações interdisciplinares com o objetivo de inovar.
Cerca de 75% dos projetos de investigação dependem de investimento externo, o que mostra um grande
interesse por parte da indústria em I&D. Tipicamente estes projetos beneficiam de apoios de associações de
produtores, institutos de formação e empresas, que contribuem com dados, serviços de comércio, redes de
negócios e consultoria em matérias ligadas a casos de estudos, regulamentação e certificação. Este tipo de
colaboração permite o aumento e melhoria das redes de investigação e ajuda na difusão de produtos e processos
inovadores (Bossink, 2004; Portugal, 2012).
Figura 2.19 - Ciclo de investimento e retorno na inovação
Embora se registe uma colaboração bastante positiva entre instituições de investigação ligadas ao sector publico
e empresas de construção, existe uma necessidade de garantir maior investimento e por maiores períodos de
I&D e Investigação
Produtos e processos inovadores
Entidades financiadoras
Desenvolvimento de
investigação científica
em áreas de interesse ou
com objetivos definidos.
Utilização das
inovações como fator
competitivo no
mercado com retorno
de investimento.
Investimento em
investigação científica
recorrendo a agentes
públicos ou privados.
Incentivos e
estratégias de apoio à
inovação
32
tempo na I&D. As autoridades públicas gerem este investimento através de incentivos e estratégias de apoio a
inovação.
2.7.3.1 INCENTIVO E ESTRATÉGIAS DE APOIO À INOVAÇÃO
A nível comunitário foi recentemente definida a estratégia para a União Europeia em matéria de inovação,
através da comunicação da comissão Europeia: Agenda Europa 2020. Nesta comunicação são definidas
estratégias económicas e sociais que englobam todos os sectores da economia comunitária. Para o sector da
construção e inovação são definidos os seguintes objetivos:
Investir pelo menos 3% do PIB da UE em I&D
Cumprir os objetivos em matéria de clima/energia «20/20/20»
Através das seguintes iniciativas:
Uma União da inovação – recentrar a política de I&D e inovação nos principais desafios sociais,
colmatando o desfasamento existente entre ciência e mercado, transformando as invenções em
produtos. A título de exemplo, a patente comunitária poderia traduzir-se numa economia anual de 289
milhões de euros para as empresas.
Uma Agenda digital para a Europa – retirar de forma sustentável benefícios económicos e sociais do
mercado único digital com base na internet de alta velocidade.
Uma Europa eficiente em termos de recursos – apoiar a transição para uma economia hipo carbónica e
eficiente na utilização de recursos. A Europa deve manter-se fiel aos objetivos que fixou para 2020 no
domínio da produção, eficiência e consumo de energia. Com metas de redução da emissão de gases de
estufa em 30% e de consumo de energia de fontes renováveis a 20%.
Uma política industrial em prol do crescimento verde – contribuir para a competitividade da indústria
da UE no mundo que emergirá da crise, promover o empreendedorismo e desenvolver novas
qualificações.
Esta comunicação permite que os vários países membros da União Europeia alinhem as suas estratégias e
sistemas de inovação com vista a uma especialização inteligente, que consiste numa aposta estratégica em áreas
e sectores específicos em cada região, devidamente priorizados e definidos, para que sejam atingidas as metas
globais promovidas pela EU.
A nível nacional, várias agências estão ligadas à implementação das estratégias europeias, o que se traduz numa
gestão dos fundos estruturais comunitários disponíveis de apoio à inovação e também na definição e
implementação de uma estratégia nacional devidamente adaptada à realidade do país. Destas agências
destacam-se a Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), a Agencia de Inovação (Adi) e o Quadro de Referência
Estratégica Nacional (QREN). A FCT assume o papel de agência pública mais importante pois, embora tenha uma
ação integrada com os seus parceiros institucionais, é a dinamizadora de todas estas agências, com a
responsabilidade de gestão e otimização dos recursos existentes e planeados.
33
Graças a uma política de investimento sustentado em investigação e desenvolvimento, o sistema de investigação
e inovação português tem atingido as suas metas em vários componentes, nomeadamente ao nível da melhoria
dos resultados em educação terciaria, e publicações internacionais, bem como no aumento dos recursos
humanos afetos a atividade de I&D. Contudo os resultados relacionados com a intensificação tecnológica da
economia não têm acompanhado o crescimento da base científica.
A FCT, sendo a principal agência de financiamento público da ciência nacional, assume um papel central no sector
público de investigação e inovação. A atuação da FCT assenta em seis pilares:
Pessoas (através da criação de capital humano altamente qualificado);
Ideias desenvolvidas em projetos de investigação;
Instituições internacionalmente competitivas;
Transferência de tecnologia entre a academia, o tecido empresarial e a sociedade;
Cooperação internacional;
Dinamização da rede nacional e internacional de ciência, tecnologia e sociedade, através do apoio e
acesso a meios computacionais avançados e da coordenação das políticas para a sociedade da
informação.
Como parte da preparação da estratégia nacional de investigação e inovação para uma especialização inteligente,
condicionalidade ex-ante para o novo período de acesso a fundos estruturais 2014-2020, a FCT apresentou
recentemente a sua estratégia para o sistema de inovação português. Concluindo que Portugal tem um sistema
de investigação e inovação completo, a estratégia passa por potenciar o crescimento do sistema de investigação
e inovação aumentando a competitividade internacional da ciência que se realiza em Portugal (Seabra, 2013).
A ciência e a tecnologia nacional têm contribuído de forma assinalável para a intensificação tecnológica da
economia. De salientar as ciências da engenharia e tecnologia, que assumem um papel de destaque pela sua
capacidade de mobilização de recursos humanos e financeiros. E por isso a ciência tem sido a base para o
crescimento das atividades económicas intensivas em tecnologia contribuindo para o desenvolvimento
económico.
O próximo período de programação dos fundos comunitários 2014-2020 revela-se um instrumento de valor
inquestionável para Portugal, com o objetivo de impulsionar a convergência de estratégias de inovação e
investigação com os restantes parceiros europeus. A especialização inteligente adquire grande importância pois
permite o foco nas áreas de maior potencial de desenvolvimento endógeno identificadas no decurso da
realização de um criterioso exercício, criando uma nova agenda de transformação económica. O enfase é dado
às relações entre atores e instituições sendo necessário estreitar as ligações entre ensino superior e ciência, com
o reforço da participação em redes de investigação internacionais, entre a ciência e as Empresas, com interação
da I&D e da inovação, e entre as instituições e fontes de financiamento, apostando na cooperação entre
universidades e ministérios alinhavados com os fundos provenientes do orçamento de estado, fundos da política
de coesão e outros fundos comunitários.
34
Destes numerosos atores e instituições, existe um particular destaque para as entidades do sistema científico e
tecnológico, cuja diversidade e progressiva especialização tem permitido assegurar, de forma cada vez mais
estruturada, uma função de aconselhamento, intermediação e desenvolvimento colaborativo, indispensável a
definição e operacionalização de estratégias empresariais inovadoras (Costa, 2013).
Embora a implementação desta estratégia e priorização das infraestruturas de investigação esteja em curso já é
possível delinear o percurso esperado para que este ideal seja real num futuro próximo. Os principais focos desta
estratégia passarão por desenvolver o sistema de inovação português através do uso eficiente e combinado das
fontes de financiamento, servindo as necessidades centrais da comunidade de investigação e inovação e
apoiando a investigação de excelência.
Assim a investigação científica torna-se um dos maiores motores para o desenvolvimento de inovações no sector
da construção, beneficiando do investimento e incentivo de várias entidades que lhe garantem um fluxo contínuo
e progressivo de desenvolvimento da sua área de estudo, retribuindo com produtos e processos inovadores com
os quais as entidades financiadoras lucram e utilizam como fator diferenciável de competitividade e qualidade
no mercado da construção.
CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste capítulo foi cuidadosamente caracterizada a teoria da inovação, sendo apresentados os vários modelos
que a representam, a nível global, através do modelo de Chandy e Tellis (1998), e ao nível do sector da
construção, através dos modelos propostos por Seaden e Manseau (2001). Com base nos modelos caracterizados
é feita uma análise das inovações de sucesso na construção civil que não só revolucionaram o sector no aspeto
tecnológico e organizacional mas também promoveram alterações na relação entre os agentes dominantes e os
clientes finais.
A aplicação destes modelos à realidade atual implica uma análise sucessiva dos sectores da construção europeu
e nacional e da sua evolução num passado recente que, apesar da fase recessiva que atravessam, têm feito
esforços consideráveis para promoverem a inovação como uma das principais soluções de crescimento. Este tipo
de aposta requer uma estratégia concertada para que a inovação se torne um fenómeno cíclico, eficiente e
replicável, devidamente integrado na envolvente económica, social e tecnológica. Nesta fase ganha maior
importância a influência das estratégias definidas a nível europeu pela Agenda 2020 que, aliadas a um grande
volume de financiamento, definem com grande pormenor o rumo a seguir na inovação na construção.
É então definido o processo de implementação de inovações no sector, denominado difusão da inovação,
expondo as oportunidades e barreiras existentes nesta fase, que contribuem para uma real perceção dos fatores
que influenciam o sucesso da inovação, e os agentes que nela intervêm, analisando as relações entre as
instituições de investigação, as instituições financiadoras e a envolvente institucional responsável pelo incentivo
e apoio à inovação.
Pretende-se, no próximo capítulo, escolher e analisar novas tecnologias e soluções que possam ser aplicadas à
construção de edifícios que sejam não só inovadoras, mas que também sejam fáceis de implementar no setor da
35
construção. Seguindo a estratégia de inovação e de difusão da inovação previamente definidas é proposto o
conceito de eficiência inteligente que propõe métodos de construção de edifícios, soluções que promovem a
eficiência energética e sistemas de informação como contribuição para uma próxima fase inovação na
construção bem-sucedida.
36
37
3. EFICIÊNCIA INTELIGENTE
CONSIDERAÇÕES GERAIS A Agenda 2020 define, através de metas e objetivos propostos, as áreas da construção e engenharia civil que
irão receber principal foco e apoio por parte das instituições nacionais e comunitárias para os próximos 6 anos.
As principais preocupações deste plano estratégico centram-se na construção sustentável, eficiência energética,
fontes de energia renováveis e reabilitação de edifícios e estruturas, que são traduzidos na forma de incentivos
para o investimento na I&D de novos produtos, em projetos inovadores, em tecnologias limpas e com baixas
emissões de carbono. A modernização dos processos de patentes e direitos autorais e melhoria do acesso de
PMEs a sistemas de proteção de propriedade intelectual e capitais de investimento são igualmente essenciais
neste processo.
A União Europeia foi das primeiras impulsionadoras de soluções “verdes” na construção, competindo agora com
países como a China e a América do Norte pela liderança deste segmento de mercado caracterizado por uma
grande intensidade tecnológica e alta eficiência de recursos. Para que esta liderança seja uma realidade existe
uma aposta comunitária em tecnologias inovadoras, com grande eficiência energética, baixas emissões de
carbono e capazes de produzir energia limpa.
OBJETIVO O objetivo da visão proposta passa por estruturar uma abordagem, com vários níveis de atuação com vista a
alcançar os objetivos definidos por esta estratégia comunitária, a Agenda 2020. Relevantes para a construção e
engenharia civil são os seguintes objetivos propostos para 2020:
1. Baixar consumo energético em edifícios públicos e privados em 20%
comparativamente aos valores atuais.
Para o cumprimento deste objetivo é sugerida uma melhoria das construções com sistemas que contribuam
ativamente na redução do consumo energético de edifícios. São também sugeridas melhorias substanciais no
processo de reabilitação de edifícios que contribuam ativamente para alcançar este objetivo. É também
recomendado o cumprimento obrigatório de critérios energéticos em construções públicas novas como forma
de promover a uma liderança pelo exemplo do sector público que se estenderia de forma gradual ao sector
privado.
2. Reduzir as emissões de gases de estufa em pelo menos 20% comparado com
os níveis de 1990.
38
Sendo este um objetivo transversal a todos os sectores produtivos da economia é possível transpor para a
construção como um aumento da eficiência energética de edifícios. Para tal, torna-se necessária uma aposta em
materiais, sistemas e soluções construtivas que melhorem o desempenho de edifícios e facilitem a reciclagem
dos materiais recuperados, minimizando os resíduos e aumentando o ciclo de vida dos produtos da construção.
3. Uma Europa eficiente e inteligente na utilização de recursos.
São promovidas soluções verdes e de baixo impacto ambiental que contribuam para uma economia mais
competitiva e aproveitem a dimensão local para uma utilização mais eficiente dos recursos e meios de produção
locais. A utilização de métodos de fabrico avançado como pré-fabricação e materiais compósitos baseados em
recursos reutilizáveis e recicláveis, que contribuam para redução de resíduos na construção de edifícios e para
uma economia de crescimento sustentável são o foco principal deste objetivo.
METODOLOGIA PROPOSTA O conceito de eficiência inteligente proposto nesta dissertação surge como um ponto de partida para a definição
de uma estratégia concreta, nacional e comunitária, para que estas metas propostas sejam atingidas de uma
forma progressiva, flexível e eficiente. O domínio de aplicação restringe-se a edifícios públicos e privados,
residenciais e não residenciais, visto tratarem-se das estruturas dominantes no parque construído e com maior
potencial de implementação de inovações.
Aliam-se a visão e progresso recente de três áreas de investigação de engenharia civil e construção: sistemas
construtivos, eficiência energética e tecnologias de informação como representado na
Figura 3.1.
Objetivos Sistemas
construtivos
Eficiência
energética
Sistemas de
informação
Baixar consumo energético de edifícios
● ●
Reduzir as emissões de gases de estufa
● ●
Eficiente e inteligente utilização de recursos
● ●
Figura 3.1 – Âmbito e hierarquização das tecnologias selecionadas
Este conceito alia as práticas de construção eficiente a sistemas construtivos inovadores e tecnologias de
informação que contribuem não só para a sustentabilidade e durabilidade na construção, mas também para uma
maior flexibilização na utilização, reabilitação e manutenção de edifícios. A forte componente tecnológica e
presença de sistemas de informação e automação permitem obter uma alta eficiência energética em edifícios de
Sistemas de informação
Eficiência energética
Sistemasconstrutivos
39
uma forma adaptável e reativa. Esta abordagem possibilita uma especialização inteligente do sector construtivo
com grande potencial de exportação de conhecimento, experiência e tecnologia entre estados membros.
SELEÇÃO DE TECNOLOGIAS A seleção de tecnologias surge após uma extensa pesquisa dos recentes desenvolvimentos de soluções para
edifícios e encontra-se resumida na Tabela 3.1.
Na área de sistemas construtivos analisam-se métodos e soluções construtivas que promovam a flexibilização
dos edifícios a nível construtivo e maximizem a utilização do espaço com ciclo de vida longo, aproveitando
tecnologias de fabricação que minimizem os desperdícios e utilizem os recursos de forma eficiente e inteligente.
A nível da eficiência energética selecionam-se tecnologias baseadas em sistemas de monitorização e controlo
das condições térmicas, de ventilação e luminosidade dos edifícios que consigam responder ativamente às
mudanças do meio envolvente e que mitiguem os consumos energéticos. Os elementos onde estas tecnologias
e matérias se manifestam mais eficientes são nos sistemas de distribuição, sistemas de
aquecimento/arrefecimento, de iluminação e na envolvente do edifício, nomeadamente, fachadas, cobertura e
envidraçados.
Tabela 3.1 – Resumo das tecnologias selecionadas
Métodos construtivos Sistemas de distribuição integrados Núcleos de serviços centrais Pré-fabricação Construção modular Fabricação avançada
Eficiência energética Painéis de isolamento a vácuo Aerogel Materiais de mudança de estado Janelas inteligentes Ventilação natural Sistemas óticos de iluminação natural Sistemas dinâmico de eficiência energética
Sistemas de informação Sistemas de monitorização e otimização de consumo Sensores e interfaces Sistema de automação de edifícios
Na área das tecnologias de informação é necessária uma abordagem global para a seleção de tecnologias. Sendo
um ponto fulcral do conceito de eficiência inteligente, são analisados sistemas que melhoram a produtividade e
eficiência na construção em todas áreas previamente mencionadas. Para tal, estes sistemas beneficiam de uma
integrabilidade e complexidade elevada que permitem obter processos simples e eficazes de monitorização e
automação dos sistemas integrantes de edifícios aliados a uma intuitiva interação com o utilizador final.
40
FOCO DA METODOLOGIA As pequenas e médias empresas nacionais e comunitárias (PMEs) são os organismos capazes de implementar a
estratégia proposta, focando-se na construção de edifícios residenciais e comerciais. Constituindo cerca de 80%
do sector empresarial, estas PMEs têm grande potencial para implementarem estas inovações e tecnologias
propostas devido ao seu carácter local e renovado acesso a mecanismos de financiamento desenvolvidos a nível
nacional e comunitário.
As pequenas e médias empresas apresentam elevada facilidade em adotar novas tecnologias e técnicas
construtivas necessitando apenas da quantidade certa de incentivos, sejam eles financeiros ou sociais, e de
informação disponível que permitam uma evolução das empresas em termos tecnológicos, técnicos e de
formação profissional.
Considera-se que estas empresas são as mais capazes de se aproximar dos centros de investigação,
nomeadamente as universidades e laboratórios de investigação, e conjuntamente desenvolver soluções
inovadoras na construção de edifícios. Assim pretende-se que sejam estas empresas as responsáveis pela difusão
das inovações a nível nacional, participando na fase de incubação e maturação das tecnologias como se
representa na Figura 3.2.
Figura 3.2 – Importância das pequenas e médias empresas (PMEs) no processo de inovação na construção
Ao apostar neste segmento dominante promove-se a internacionalização das PMEs, pois com a experiencia e
know-how adquiridos em tecnologias e sistemas técnicos torna-se possível a exportação de conhecimento, um
valor inquestionável para a economia nacional e europeia, e difusão alargada de tecnologias com padrões de
sucesso para outros mercados comunitários.
MÉTODOS CONSTRUTIVOS Na área dos sistemas construtivos as tecnologias consideradas giram em torno do conceito de edifício flexível.
Atualmente os edifícios são concebidos como estruturas estáticas e permanentes sendo, no entanto, necessário
inve
nçã
o
Centros de investigação
Dif
usã
o
PMEs do sector da construção
Imp
lem
enta
ção
Mercado nacional e europeu
Inovação na construção
41
preparar os edifícios para mudanças em termos de requisitos dos ocupantes e da degradação dos componentes
mais dependentes da tecnologia.
O edifício flexível é um sistema construtivo que visa prever a transformação espacial, a transformação estrutural
e a transformação de componentes e materiais ao longo da vida útil, manipulando os fatores associados à sua
conceção que afetem positivamente a sua flexibilidade.
O conceito baseia-se no princípio de conceção e construção de edifícios por camadas, isto é, numa divisão dos
elementos do edifício com o objetivo de os tornar independentes do ponto de vista da manutenção e adaptação
a diferentes utilizações. Desta forma pretende-se aumentar o ciclo de vida das construções tonando-as aptas
para vários tipos de utilização e ocupação. Esta abordagem permite reduzir o impacto dos trabalhos de
manutenção, reparação e substituição destes elementos, devido a utilização de ligações entre os vários
elementos, minimizando o custo e o tempo de execução. Os vários elementos do edifício são categorizados de
acordo com o seu tempo de vida útil e assim identificados nas várias camadas do edifício. Neste sentido, seguindo
o princípio de edifício aberto e flexível definem-se os vários níveis independentes, representados na Figura 3.3.
Figura 3.3 – Diferenciação entre as várias camadas do edifício de acordo com o tempo de vida útil dos elementos
1º Nível - Estrutura, que inclui as fundações e a superestrutura com um tempo de vida útil de entre 50
e 100 anos. Este nível utiliza preferencialmente ligações do tipo químicas entre os seus elementos.
2º Nível - Fachadas, revestimentos, cobertura, envidraçados e sistemas de distribuição com um tempo
de vida útil entre 25 anos. Este nível beneficia de ligações indiretas via componente químico ou de
ligações diretas com dispositivo de fixação entre os seus elementos.
3º Nível - Serviços de tecnologias de informação, sistemas elétricos e paredes interiores com um tempo
de vida útil entre 8 e 10 anos. Este nível utiliza ligações indiretas que recorrem a componentes terciários
de ligação e fixação que permitem uma multitude de disposições no espaço.
4º Nível - Acabamentos, mobília e equipamentos com um tempo de vida útil entre 2 e 8 anos. Este nível
não utiliza qualquer tipo de sistemas de ligação entre os seus elementos.
42
Assim analisam-se soluções flexíveis, com potencialidade de aplicação tanto em edifícios novos como
em reabilitação e que respeitem esta hierarquia de elementos nas áreas de eficiência energética e
tecnologias de informação.
As soluções construtivas analisadas visam sobretudo garantir um menor desperdício nas fases de construção e
exploração dos edifícios, permitindo que tenha vários tipos de ocupação sem ter que recorrer a processos
complexos de construção. Os sistemas abordados estão descritos na Tabela 3.2 e as suas características são
retiradas da bibliografia consultada.
Tabela 3.2 - Resumo das principais características dos métodos construtivos analisados. (R. A. Buswell et al.,
2007; Brito 2004; Couto, Couto, and Teixeira 2006; Cuperus 2001; Hendriks, Nunen, and Rutten 2002; LLC 2005;
Pendlebury 2007; Vanier 1999; Gosling et al., 2013)
Sistemas
construtivos Flexibilidade/ligações Tipo de execução
Tipo de
inovação Maturidade
Slimline
Ligações diretas com dispositivo de fixação /ligações químicas à
superestrutura
Pré-fabricado, integrado após a execução da superestrutura do
edifício Arquitetónica Comercializado
Matura Ligações diretas com dispositivo de fixação à laje de pavimento
Pré-fabricado, integrado durante a execução da superestrutura do
edifício Modular Comercializado
Núcleo serviço
central
Ligações diretas com dispositivo de fixação
à superestrutura
Planeado na fase de conceção de obra, integrado durante a
execução da superestrutura do edifício
Incremental Comercializado
Pré-fabricação
Ligações indiretas via componente químico / ligações diretas com dispositivo de fixação
entre elementos
Pré-fabricado, executado como estrutura integral do edifício
Sistema Comercializado
Construção modular
Ligações indiretas via componente químico / ligações diretas com dispositivo de fixação
entre módulos
Pré-fabricado, montado como edifício finalizado após a preparação do terreno
Radical Comercializado
Countor crafting Ligações do tipo químicas toda a
estrutura
Pré-fabricado, integrado na fase da execução da envolvente do
edifício / Fabricado in-situ como estrutura integral do edifício
Radical Protótipo
Impressão 3d
Ligações indiretas com componentes
terciários de ligação à superestrutura
Pré-fabricado, integrado na fase de instalação de serviços do
edifício Modular Comercializado
3.6.1 SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO INTEGRADOS Aliada à flexibilidade dos elementos estruturais do edifício, estão também os serviços que o integram, como a
distribuição e recolha de água, sistemas elétricos e de comunicação e condutas de ventilação. A independência
destes subsistemas é essencial para garantir que o edifício e perfeitamente adaptável e flexível às diferentes
utilizações que poderá ter, comerciais ou residenciais, e para garantir a sua eficiente manutenção, reparação ou
substituição.
43
O conceito aplicado neste tipo de subsistemas deriva dos conceitos iniciais de construção modular e de edifício
flexível. Isto traduz-se numa seleção de soluções que simultaneamente integrem a estrutura do edifício, sejam
de acessibilidade fácil para operações de manutenção e reparação, e garantam um nível mínimo de flexibilidade
para que possam ser adaptados a vários tipos de utilização. Beneficiando dos sistemas centrais de distribuição
em altura, permitidos pelos núcleos centrais de serviços, estes sistemas servem apenas para fazer a distribuição
autónoma dentro de um mesmo piso.
Assim foram identificados dois sistemas compatíveis com esta abordagem: O sistema Matura e o sistema
slimline.
No sistema Matura todos os subsistemas técnicos, contendo cabos e condutas são redistribuídos no espaço para
garantir interfaces mínimas entre eles e o máximo de liberdade para o desenvolvimento em planta. O sistema
tem dois componentes: um consiste numa matriz e assenta sobre o laje de pavimento e o outro consiste num
canal de rodapé em forma de L, que se apoia sobre esta matriz. Os dois componentes juntos contém todos os
cabos e condutas e suportam também as paredes interiores do edifício. Os sistemas integrados que suporta
incluem os componentes da distribuição destes sistemas (por exemplo, tubos, fios), bem como os componentes
que permitem o encaminhamento destes componentes de distribuição minimizando complicações com a
estrutura do edifício.
A matriz matura é aplicada ao sub-piso de um edifício e fornece caminhos para distribuir horizontalmente
condutas de ventilação, eletricidade e comunicações, e canalização. A matriz também acomoda condutas de
drenagem de água com declive nulo, bem como linhas de abastecimento de água dedicados em negativos pré-
moldados na matriz. Em cima da matriz, um perfil serve como base para divisórias interiores e inclui espaço para
o desenvolvimento de fios e tomadas no rodapé. Os dois componentes juntos podem incorporar 23 subsistemas
diferentes e perfazem uma altura total máxima de 25 centímetros como se representa na Figura 3.4.
O sistema de Matura inclui a pré-fabricação de componentes e instalação / montagem. Muitos dos componentes
do sistema são pré-fabricados para reduzir o tempo de instalação no local, ao contrário dos outros componentes
que são simplesmente cortados em obra com as dimensões desejadas a partir de uma configuração de fábrica.
Atualmente o sistema matura encontra-se descontinuado e a empresa produtora já não está presente no
mercado. No entanto, esta abordagem flexível para distribuição de serviços pode ser replicada de forma muito
semelhante, utilizando os mesmos materiais para os vários elementos presentes e sobretudo recriando a matriz
utlizada nesta solução com um material de isolamento leve, com boas propriedades acústicas e térmicas e boa
resistência mecânica. (Lichtenberg 2004; Lichtenberg 2006; Meijer 2010)
44
Figura 3.4 – Processo de execução de um pavimento Matura e os seus vários componentes [W1]
Sugere-se a utilização de placas de espuma de vidro moldadas em fábrica com as mesmas dimensões da matriz
pois têm um bom comportamento acústico, térmico, boa resistência a compressão, são incombustíveis e
resistentes à humidade. Na Figura 3.5 apresentam-se os elementos que seriam pré-fabricados utilizando espuma
de vidro e o aspeto final do produto.
Figura 3.5 – Sugestão de alteração da matriz patenteada por uma matriz semelhante de espuma de vidro [W1]
3.6.2 NÚCLEOS DE SERVIÇOS CENTRAIS A abordagem mais objetiva passa por utilizar núcleos de serviços centrais que abasteçam todos os níveis do
edifício sendo dimensionados de acordo, e pavimentos flutuantes ou tetos falsos para a instalação dos
subsistemas de distribuição que permitam a personalização dos sistemas de distribuição dependente da sua
utilização. Estes subsistemas são igualmente uteis tanto na construção de novos edifícios como também na
reabilitação de edifícios já construídos e as características mais importantes que devem apresentar estão
relacionadas com o baixo peso, simplicidade de instalação e montagem, facilidade de manutenção,
adaptabilidade, flexibilidade e integrabilidade no sistema construtivo.
Na Figura 3.6 são representados os núcleos que oferecem um modelo mais padronizado, podendo ser
construídos e desenvolvidos como parte do ciclo de construção normal, com a área do núcleo a permanecer
aberta e acessível durante todo o processo de construção e quando o edifício está concluído.
45
Figura 3.6 – Exemplo da localização e funcionamento de um núcleo de serviços central
3.6.3 PRÉ-FABRICAÇÃO Os sistemas de pré-fabricação avançada mais eficazes baseiam-se no conceito de pré-fabricação de ciclo
flexibilizado. O conceito de sistema flexibilizado de fabricação vai além da fábrica, possibilitando a produção de
componentes no estaleiro, dentro de um sistema com alto grau de controlo e qualidade e de organização da
produção.
A utilização destes processos permite erguer a infraestrutura e superestrutura de um edifício recorrendo a peças
modulares com um elevado padrão de qualidade e fiabilidade. Atualmente a pré-fabricação é aplicada a vigas e
pilares da estrutura, painéis de fachada modulares, vãos de escadas e a elementos pré-moldados com geometrias
pouco comuns. Vários tipos de materiais permitem a aplicação desta metodologia de produção, sendo os mais
comuns a madeira, o aço e o betão.
O aço e a madeira são materiais que já demonstraram exaustivamente que, aliados à pré-fabricação, permitem
a reutilização do desperdício proveniente da elaboração de elementos construtivos e a sua reintrodução no ciclo
de produção. Devido às suas características físicas estes materiais podem ser reaplicados no ciclo de produção
com garantias de não alteração da qualidade do produto final. No caso do betão os avanços tecnológicos
recentes têm permitido uma melhor reutilização dos resíduos produzidos (Kimber, Clark, e Schaefer, 2014).
Fábricas industrializadas com processos automáticos de produção são o futuro deste tipo de elementos
construtivos. Recorrendo a sistemas mecanizados e robotizados torna-se possível produzir peças em betão
(armado ou reforçado) e outros materiais compósitos em série, alterando apenas a disposição dos moldes para
cada peça. Não só as dimensões da peças podem ser ajustadas, como também e possível produzir peças com
geometrias distintas e “negativos” para a integração de serviços como tubagens, instalações elétricas e vãos
envidraçados (R. A. Buswell et al., 2007; Gijsbers, 2005; Ishiguro et al., 1997; Serra et al., 2004).
Do ponto de vista de produção de resíduos a pré-fabricação de elementos em betão apresenta uma maior
eficiência na gestão dos seus resíduos e uma tendência a otimizar o seu processo de produção, ao mesmo tempo
46
que introduz a reciclagem de betão no processo de fabrico. Através de uma análise comparativa simples, e
recorrendo ao software Cype 2014, é possível identificar as vantagens deste sistema construtivo do ponto de
vista da eficiência e do baixo impacto ambiental em relação aos métodos correntes.
Analisando três elementos construtivos de iguais dimensões: uma laje de betão armado com lâmina de
compressão, um pilar de betão armado e uma viga de betão armado, executados destas duas maneiras, permite-
nos identificar a produção de resíduos esperada como calculada pela lista europeia dos resíduos (LER) por
unidade de produção e execução, como é percetível na Figura 3.7.
Figura 3.7 – Comparação entre os resíduos produzidos na execução de elementos de betão pré-fabricados e betonados in-
situ
Na produção e execução de vigas e pilares, a pré-fabricação minimiza significativamente a produção de resíduos
da construção, sendo que mais de 90% desses resíduos são derivados de produtos de betão e argamassa e têm
um grande potencial para serem reciclados e reintroduzidos no processo de fabrico. O mesmo não acontece na
execução de lajes onde o caracter monolítico deste tipo de elemento construtivo promove uma execução
eficiente quando betonada em obra com cofragens reutilizáveis e, no lado oposto, produz resíduos consideráveis
quando pré-fabricada.
Para além de ser um processo com um custo elevado, outra desvantagem da pré-fabricação está no transporte
dos elementos produzidos para os locais onde se irá proceder à sua montagem. Peças mais pequenas e melhores
ligações modulares são a solução para que este processo se torne normativo no futuro da construção civil.
A pré-fabricação apresenta grandes vantagens no que respeita à qualidade, velocidade na construção e
economia, já que minimiza os desperdícios na sua execução e montagem. Acrescenta também valor aos
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Pré
-fab
rica
do
Bet
on
ado
Pré
-fab
rica
da
Bet
on
ada
Pré
-fab
rica
da
Bet
on
ada
Pilar /m3 Laje /m2 Viga /m
Total de Residuos produzidos (kg) Residuos de betões e argamassas (kg)B
eto
nad
o in
-sit
u
Bet
on
ada
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itu
Bet
on
ada
in-s
itu
47
elementos construtivos pois possibilita o reforço com fibras de vidro, de carbono e de aço contribuindo para uma
maior resistência e esbelteza destes elementos culminando numa poupança de matéria-prima.
Focando-se na produção de pilares, vigas e painéis pré-fabricados, esta indústria demonstra mais-valias no
caminho para o objetivo de tornar a construção um sector com menos desperdício, mais reciclagem e
globalmente mais eficiente.
3.6.4 CONSTRUÇÃO MODULAR O conceito de construção modular baseia-se na projeção e construção de edifícios com sistemas separados.
Edifícios modulares e casas modulares são edifícios pré-fabricados, compostos por várias seções chamadas
módulos. Os módulos podem ser elementos pré-fabricados, como janelas ou painéis de fachada, mas também
divisões inteiras pré-fabricadas, como casas de banho ou quartos.
A produção de elementos para a construção modular pode ser feita em obra ou fora do local da obra. Na europa
a indústria da construção modular tem apostado mais na produção de elementos em obra, em condições
controladas em vez de uma produção industrializada fora de obra (Linner e Bock 2012, Sheffer 2011, Lawson et
al., 2011).
A indústria da construção vem alterando o seu método de execução de edifícios de, no local e usando materiais
básicos de construção, para um processo de montagem com peças completas pré-fabricadas e montadas no local
de obra. A qualidade global do edifício construído através deste processo não é apenas determinada pela
qualidade dos seus elementos constituintes, mas também pela forma como são montados. Os processos de
fabricação de peças de construção industrializados permitem obter uma ampla variedade de peças de construção
e elementos de ligação que tornam este processo altamente flexível.
A aplicação destes conceitos leva à criação de estruturas extremamente flexíveis e com um elevado grau de independência e permutabilidade, caracterizadas por:
Hierarquia aberta dos diferentes módulos;
Montagens paralelas;
Utilização de ligações mecânicas (secas);
Modulação de componentes;
Componentes facilmente transportáveis.
Apostando em elementos pré-fabricados e aplicando os princípios da construção modular maximizam-se as
vantagens que este sistema construtivo oferece. A produção da estrutura e dos módulos é feita em fábrica de
produção, procedendo-se depois para a sua montagem no local do edifício como se representa na Figura 3.8.
Os processos de pré-fabricação de elementos para a construção garantem um elevado e consistente nível de
qualidade, reduzindo o tempo de produção e evitando a fabricação in-situ. As ligações entre os elementos
garantem a flexibilidade do sistema construtivo e permitem que se obedeça a um planeamento na construção
que promova a sustentabilidade e a fácil manutenção e reabilitação de edifícios. Os processos de fabricação
48
avançada permitem obter elementos para a construção, estruturais e não estruturais, caracterizados por
dimensões e características específicas para cada obra, que acrescentam funcionalidades a elementos
tradicionais e possibilitam um alto nível de automação e integração na construção (Imbabi e Peacock, 2003;
JPBSL, 2005; Lichtenberg, 2004; Sorri, Kähkönen, e Rannisto, 2013).
Figura 3.8 – Etapas de execução e montagem da construção modular de edifícios (Gosling et al., 2013)
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
3.7.1 ISOLAMENTO TÉRMICO A nível de isolamentos térmicos identificaram-se tecnologias para isolamento térmico de elementos opacos e
elementos transparentes. Desta forma, e recorrendo às tabelas técnicas presentes na bibliografia consultada,
conseguem-se resumir os isolamentos analisados na Tabela 3.3.
Tabela 3.3 – Características gerais dos isolamentos térmicos opacos e transparentes
Isolamento térmico
opaco
Coeficiente de transmissão
térmica / Capacidade de
aquecimento
Espessuras Tipo de
inovação Maturidade
VIP 0.13-0.538 W/m².K (20°C) 50mm - 200mm Sistema Comercializado
Aerogel de sílica
(placas) 0,065 W/m2.K 5 - 200 mm Modular Comercializado
PCM micro
encapsulado
0,02 - 0,25 W/m².K 100 Wh/m² (capacidade de aquecimento)
5 – 40 mm 1-2 μm (partículas)
Sistema Comercializado
PCM macro
encapsulado 220-260KJ/Kg (calor latente)
500 x 200 x 20 mm
Sistema Comercializado
49
Tabela 3.3 – Características gerais dos isolamentos térmicos opacos e transparentes (continuação)
Isolamento térmico
transparente
Consumo elétrico/
Coeficiente de
transmissão térmica
Transmissão de luz Tipo de
inovação Maturidade
Janela cristais líquidos
(filme) Consumo: 4 W/m2 1,3 W/m2.K
5% - 90% Fator solar: 0,1 - 0,40
Incremental Comercializado
Janela cristais líquidos Consumo: 5W/m2 1,3 W/m2.K
5% - 80% Fator solar: 0,1 - 0,40
Modular Comercializado
Janela Electrocrómica
(filme) Consumo: 6 W/m2 2,6 W/m2.K
67% - 75% Fator solar: 0,05 - 0,45
Incremental Comercializado
Janela Electrocrómica Consumo: 7 W/m2 2,6 W/m2.K
67% - 75% Fator solar: 0,05 - 0,45
Modular Comercializado
Aerogel de sílica
(janelas) Consumo: 0 W/m2 0.018 W/m.K (20°C)
70% - 90% Fator solar: 0.74
Incremental Protótipo
Nota: O isolamento com recurso a aerogel é descrito e caracterizado nos anexos por não ter sido escolhido para
ser utilizado em nenhuma das propostas de integração apresentadas no capítulo 5.
3.7.1.1 PAINÉIS DE ISOLAMENTO EM VÁCUO (VACCUM INSULATED PANNELS)
Um VIP pode ser descrito como um material poroso aberto e em vácuo colocado dentro de um envelope com
múltiplas camadas, representado na Figura 3.9. Os principais componentes de um VIP são:
Camada barreira, composto por um painel de um material rígido e altamente poroso, tal como sílica
fumada, aerogel, perlite ou fibras de vidro, com a função de suportar as paredes da membrana contra
a pressão atmosférica e choques acidentais, assim que o ar é retirado.
Agentes dessecantes, são produtos químicos introduzidos no interior dos painéis que adsorvem gases
que penetram através do envelope. Os agentes dessecantes funcionam como um adsorvente adequado
no interior do núcleo VIP para atuar sobre os gases e vapores de água que podem penetrar através da
barreira de proteção.
Núcleo interno, composto por materiais de isolamento tradicionais com poros de pequenas dimensões,
como fibra de vidro, onde o ambiente de vácuo é criado por evacuação do ar presente. Estes materiais
isolantes com pequenos poros garantem que o vácuo criado dentro do painel dura mais tempo e a
menores pressões.
Nos VIP a transferência de calor por convecção é suprimida pela criação de um vácuo no interior do material do
núcleo. A transferência de calor por condução também é drasticamente reduzida, pelo facto de existirem muito
menos colisões entre as moléculas de gás adjacentes (ou entre as moléculas de gás e os átomos do material do
núcleo).
50
Figura 3.9 – Uma placa de VIP finalizada (esquerda) e sua constituição (direita) [W2]
Assim os VIPs apresentam uma resistência térmica mais elevada por unidade de espessura, podendo atingir
valores de condutividade térmica de 0,006-0,008 (W/m.K) se forem tidas em conta as pontes térmicas (condução
de calor através as extremidades do painel) e a inevitável perda gradual de vácuo ao longo do tempo.
A adoção de VIPs é atualmente limitada pela sua suscetibilidade a danos durante a instalação e desenvolvimento,
pelo tempo de vida útil incerto, pela formação de pontes térmicas e pelo custo elevado. Estes painéis apresentam
ainda a possibilidade útil de controlar o valor da sua condutividade térmica, através de um certo, ou múltiplos,
mecanismos que variem o estado de vácuo atingido no núcleo. Tal vácuo dinâmico já foi conseguido na década
de noventa (patente DE196.47.567.A.1), e provou que controlando as propriedades reversíveis dos agentes
dessecantes utilizados pela aplicação de um potencial elétrico, que resulta num consumo de energia elétrica de
cerca de 5 W/m2, é possível modificar as características de condutividade térmica destes painéis (Alam et al.,
2011; Binz et al., 2005; Gustavsen e Baetens, 2010; Petter et al., 2010; Rashwan et al.,, 2013; Schlanbusch, 2013).
3.7.1.2 MATERIAIS DE MUDANÇA DE ESTADO (PHASE CHANGE MATERIALS)
Um material de mudança de estado (PCM) é uma substância com um elevado calor de fusão que, fundindo e
solidificando a uma determinada temperatura, é capaz de armazenar e libertar grandes quantidades de energia.
O calor é absorvido ou liberado quando o material muda de sólido para líquido e vice-versa, assim, os PCMs
podem ser classificados como unidades de armazenamento de calor latente. A única mudança de fase usada para
PCMs é a mudança líquido-sólido pois os restantes processos requerem demasiada energia para as suas
operações.
Um grande número de PCMs está disponível em toda uma gama de pontos de mudança de estado que vão desde
de -5 ° C até 190 ° C, proporcionando uma grande flexibilidade na sua utilização. Dentro da temperatura de
conforto humano, entre 20°C e 30 ° C, os PCMs são muito eficazes no armazenamento de energia, armazenado
5 a 14 vezes mais calor por unidade de volume do que os materiais convencionais como alvenaria ou a rocha,
podendo ser utilizados em elementos construtivos do edifício, como paredes, coberturas, pavimentos, estores,
janelas e também integrados em sistemas de ar condicionado.
51
Existem atualmente três formas de incorporar os PCMs em elementos da construção: incorporação direta,
imersão, e encapsulamento. Adicionalmente os PCMs também podem ser utilizados na forma de materiais com
forma estabilizada (SSPCMs) , representados na Figura 3.10.
Os métodos de incorporação direta e imersão incorporam PCMs diretamente em materiais de construção
convencionais. O primeiro método é o mais simples e mais económico, onde o PCM líquido ou em pó é
diretamente misturado com materiais de construção como gesso, cimento ou betão durante a produção e
nenhum equipamento extra é necessário. No método de imersão, materiais de construção porosos, tais como
placas de gesso, tijolos ou blocos de betão, são imersos em PCMs derretidos e absorvem o material por
capilaridade. Ambos estes métodos apresentam problemas relacionados com fugas e vazamento a longo prazo
e incompatibilidade com certos materiais construtivos.
Figura 3.10 – Paredes divisórias com tijolos preenchidos com PCM (esquerda), placa de gesso composta por 60% PCMs
(centro) e escritório com elementos de sombreamento compostas por PCM na fachada (direita) [W3]
Os PCMs podem ser encapsulados antes da sua incorporação em elementos de construção. Dois tipos de
encapsulamento podem ser definidos: a microencapsulação e a macro encapsulação, representadas na Figura
3.11. A primeira técnica é definida como o processo pelo qual as partículas individuais de material sólido ou
líquido (o núcleo) são cercadas ou revestidas com uma película contínua de material polimérico (a casca), para
produzir cápsulas na gama do micrómetro a milímetro, e são conhecidas como microcápsulas.
Figura 3.11 – PCM nano encapsulado (esquerda), tijolos com PCM macro encapsulado (centro) e parede leve com PCM
micro encapsulado no isolamento interior (direita) [W3]
A microencapsulação visa evitar os problemas de vazamento de PCMs durante os processos de mudança de fase
que contribuem para expandir as possibilidades de integração PCM na construção. O macro encapsulamento é
52
a técnica onde PCMs são embalados num recipiente, tais como tubos, esferas, painéis ou outros recipientes, e,
em seguida, incorporados em elementos de construção.
Nos últimos anos, um novo tipo de composto PCM, os chamados PCMs de forma estabilizada (SSPCMs), têm sido
desenvolvidos. Devido à sua condutividade térmica adequada, capacidade para manter a forma durante
processo de mudança de fase, e um bom desempenho de vários ciclos térmicos a longo prazo, apresenta grande
potencial de integração nos materiais construtivos.
Nesta técnica, o PCM (como parafina) é disperso numa outra fase de material de apoio (tal como polietileno de
alta densidade) para formar um material compósito estável. Uma vez que a percentagem em massa de parafina
pode ser tanto quanto 80%, a energia total é comparável à dos PCMs tradicionais. As aplicações de SSPCMs em
construção englobam paredes, tetos e pavimentos e lidam com a mudança de estado líquido-sólido e sólido –
sólido.
Esta integração em elementos da construção possibilita o aumento da inércia térmica do edifício e mitiga a
diferença os picos das temperaturas interiores, também reduzindo a amplitude de onda de calor. A utilização
deste material permite diminuir as variações das temperaturas interiores entre 2 °C e 7 °C, reduzindo os
consumos energéticos associados ao aquecimento/arrefecimento do edifício (Ascione et al., 2014; Hasselaar e
Looman, 2007; Parameshwaran e Kalaiselvam, 2013; Pires et al., 2013; Principi e Fioretti, 2012; Silva, 2012).
3.7.1.3 JANELA ELECTROCRÓMICA E DE CRISTAIS LÍQUIDOS (JANELAS INTELIGENTES)
Janelas inteligentes, ou Smart Windows, são definidas como tecnologias de vidro cujas propriedades óticas
podem ser controladas, como por exemplo, através da aplicação de uma corrente elétrica. Os envidraçados à
base de Electrocrómico (Assimakopoulos et al., 2007; Granqvist et al., 1998; Kraft e Rottmann, 2009) e de Cristal
líquido (Cupelli et al., 2009; Gardiner et al., 2009) são duas das principais tecnologias de janelas inteligentes.
O fenómeno Electrocrómico consiste na mudança reversível nas propriedades óticas (reflectancia) de um dado
material induzida por um campo elétrico ou corrente aplicada externamente, representado na Figura 3.12.
Figura 3.12 – Sequência de alteração de estado de vidros electrocrómicos [W4]
Um dispositivo electrocrómico típico é constituído por uma fina película de material electrocrómico, uma camada
de armazenamento de iões e uma camada condutora de iões (IC), ensanduichadas entre duas camadas
transparentes de óxidos condutores. As propriedades de transmissão da luz podem ser ajustadas em todo o
espectro de luz visível e infravermelha, aproximando-se dos níveis nulos de transmitância para um certo modo
53
de polaridade. As janelas electrocrómicas são as mais populares quando se pretende controlar a transmitância
eletricamente pois apresentam a vantagem de o campo elétrico ter de ser aplicado apenas durante as operações
de mudança de propriedades, como é visível na Figura 3.13.
Figura 3.13 – Funcionamento de janelas electrocrómicas no estado ativo e desativo [W4]
As Janelas inteligentes baseadas em cristais líquidos (CL) oferecem outra abordagem além dos dispositivos
electrocrómicos. O mecanismo de comutação ótica é uma alteração na orientação das moléculas do cristal
líquido entre dois elétrodos condutores através da aplicação de um campo elétrico, o que resulta na alteração
da sua transmitância, como representado na Figura 3.14 (Baetens et al., 2010; Cupelli et al., 2009; Deb et al.,
2001; Dussault et al., 2012; Ghisi e Tinker, 2006).
Figura 3.14 – Funcionamento das janelas de criais líquidos (PDLC) no estado ativo e desativo [W5]
3.7.2 VENTILAÇÃO NATURAL Os dois princípios fundamentais da ventilação natural são o efeito chaminé e ventilação impulsionada por vento.
São analisados sistemas passivos e ativos de ventilação natural que incluem não só estratégias para uma eficiente
ventilação natural de edifícios mas também várias tecnologias inovadoras como como chaminés solares,
ventiladores de turbina e coletores de vento. Na Tabela 3.4 são resumidas as características técnicas das varias
soluções retiradas da bibliografia consultada.
54
A falta de ventilação pode causar excesso de humidade, condensação, sobreaquecimento e uma acumulação de
odores, fumo e poluentes. Em edifícios comerciais e industriais a ventilação é atualmente garantida por sistemas
AVAC (sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado) que fazem uso intensivo de energia com recurso
a grandes ventiladores, sistemas de condutas, ar condicionado e aquecimento. Em edifícios residenciais o
método de ventilação primário é natural e recorre a entradas de ar e ventilação através de janelas e aberturas.
Tabela 3.4 – Características gerais dos sistemas de ventilação natural
Ventilação natural Propriedades
térmicas Caudal de ventilação
Tipo de
inovação Maturidade
Coletor de vento Variável 220 m3/h - 720 m3/h Sistema Comercializado
Chaminé Solar Variável 3900 m3/h Sistema Protótipo
Ventilador de turbina Variável 2100 - 3700 m3/h (mínimo 1 ventilador por cada 60 m2)
Modular Comercializado
Grelha de ventilação 2.55 W/m2.K 7,7 m3/h/m² Modular Comercializado
Breathing Wall 0.05 W/m2.K 1.12 m3/h/m2 Sistema Protótipo
Ventilação noturna Redução da temperatura interior: 3 °C
Variável Incremental Experimental
Nota: O coletor de vento, o ventilador de turbina e a breathing wall são descritos e caracterizados nos anexos
por não terem sido escolhido para serem utilizados em nenhuma das propostas de integração apresentadas no
capítulo 5.
Na ventilação natural o fluxo de ar é promovido pelo vento e pela variação de pressões alcançadas através de
aberturas na fachada e cobertura do edifício ou dispositivos instalados propositadamente para esse efeito. Esta
ventilação pode ser alcançada através de quatro mecanismos, representados na Figura 3.15: ventilação de um
só lado, limitada a zonas próximas das aberturas do edifício, ventilação cruzada, com duas ou mais aberturas
em paredes opostas que permitem ventilar uma área maior do que as aberturas de um só lado, ventilação com
base em efeito de chaminé, que permite tirar partido da flutuabilidade do ar a diferentes temperaturas e alcança
maiores fluxos de ar, coletores de vento (ou windcatchers), que tiram partido do vento e da flutuabilidade do ar,
e ventilação induzida pelo sol, que utiliza a energia solar para aquecer elementos construtivos, aumentando a
flutuabilidade do ar e mais eficaz em climas quentes.
Estes sistemas podem funcionar em regime passivo ou ativo. Em regime passivo são apenas controladas as
aberturas para entrada e saída de ar para otimizar a ventilação do edifício. Em regime ativo são introduzidas
ventoinhas e/ou permutadores de calor no sistema para controlar ativamente o fluxo de ar e a temperatura
dentro do edifício. Os vários tipos de ventilação podem ser combinados num só edifício e assim delinearem a
estratégia global de ventilação.
55
Figura 3.15 – Representação dos fenómenos de Ventilação de um só lado e Ventilação cruzada (esquerda), de Ventilação
com base em efeito de chaminé (centro) e de coletores de vento, ou windcatchers. (direita) [W6]
A ventilação de um só lado é obtida quando existem uma ou mais aberturas numa mesma face de um edifício,
geralmente a cotas diferentes, para garantir um fluxo de ar constante e movido pelo vento existente na
envolvente do edifício. A ventilação cruzada é obtida através de janelas ou aberturas em faces opostos de um
edifício, alinhadas com a direção do vento predominante e com cotas diferentes, que provocam um fluxo de ar
através do espaço. A pressão positiva na face de barlavento e negativa na face de sotavento do edifício faz com
que exista movimento do ar em todo o espaço interior desde que as janelas ou aberturas para ventilação
permaneçam abertas em ambas as faces do edifício. A diferença de cotas destas aberturas ou janelas tira
proveito do efeito de chaminé para melhorar o fluxo de ar nos dois tipos de ventilação, independente das
condições de vento exteriores.
Nas janelas a simples abertura da janela promove a ventilação natural podendo, no entanto, ser complementada
com aberturas controláveis apenas para esse propósito e atuadores que controlam o nível de abertura das
janelas, como representado na Figura 3.16.
Figura 3.16 – Janela com um atuador motorizado (esquerda) e abertura junto a janela para ventilação da fachada [W7]
Nas paredes interiores e fachadas de edifícios são utilizados painéis metálicos pré-fabricados que através de
pequenas aberturas intempéries permitem a passagem do ar a baixas velocidades para o interior do edifício,
representados na Figura 3.17. A entrada de ar pode ser feita diretamente para dentro do edifício, comum em
garagens e caves, ou de forma indireta e localizada recorrendo a um sistema de condutas curtas, instaladas ao
nível da laje que filtram e regulam a quantidade de ar que entra para dentro de um edifício ou divisão.
56
A ventilação com base no efeito de chaminé é independente da presença de vento na envolvente do edifício.
Tirando partido do facto de que o ar a temperaturas mais altas é menos denso que o ar a temperaturas mais
baixas, promove o fluxo de ar dentro do edifício através de aberturas em cotas baixas para entrada de ar fresco
e aberturas em cotas mais altas, geralmente chaminés de ventilação ou claraboias, para a saída do ar mais
quente. Assim consegue também controlar a temperatura interior do edifício variando o fluxo de ar frio que
entra (Aynsley, 2007; Dimitroulopoulou, 2012; Khan et al., 2008; Schulze e Eicker, 2013; Short et al., 2009;
Suleiman e Himmo, 2012; West, 2001).
Figura 3.17 – Grelha de ventilação de parede (esquerda) e grelha de ventilação de fachada com sistema de filtragem
(direita) [W8]
3.7.2.1 CHAMINÉ SOLAR
As chaminés solares aproveitam o sol como fonte de energia renovável para aquecer os espaços no inverno e
para promover um maior fluxo de ar através do edifício no verão, como representadas na Figura 3.18.
Figura 3.18 – Chaminés solares instaladas em edifícios (esquerda e centro) e funcionamento da chaminé solar (direita) [W9]
Este sistema funciona todo o ano para fornecer aquecimento e ventilação necessários para atingir os critérios de
conforto dos ocupantes. O sistema tem dois modos de funcionamento. No inverno, o ar frio que entra no edifício
é aquecido por painéis metálicos instalados no interior da chaminé, que por sua vez são aquecidos pela radiação
solar que penetra na parte superior de vidro temperado. Atingida uma dada temperatura o sistema ativa uma
ventoinha que distribui o ar quente para o resto do edifício, através da distribuição livre ou condutas de
ventilação. No verão, quando o ar quente dentro do edifício ascende á chaminé solar por efeito chaminé e é
57
novamente aquecido pela radiação solar que promove assim um maior e mais eficiente fluxo de ar do edifício.
Assim com baixas velocidades de vento no exterior este sistema consegue promover a ventilação natural
podendo atingir grande eficiência se combinado com aberturas e janelas para entrada de ar fresco.
O conceito da chaminé solar assenta no princípio da utilização do sol para aquecer o ar interior de um edifício
num espaço reduzido e altamente ventilado e assim criar maiores fluxos de ar devido ao efeito chaminé. Este
conceito pode ser estendido a paredes Trombe solares e coberturas solares que, tirando partido do mesmo
princípio, garantem a ventilação mais eficiente integrada em elementos construtivos já existentes, como se pode
ver na Figura 3.19 (Suleiman e Himmo, 2012).
Figura 3.19 – Funcionamento das paredes Trombe solares e coberturas solares [W10]
3.7.2.2 VENTILAÇÃO NOTURNA
A Ventilação noturna faz uso do ar mais frio presente na atmosfera nos períodos noturnos para ativamente
arrefecer edifícios, por forma a absorver os ganhos térmicos diurnos. Assim é possível reduzir a subida de
temperatura no edifício em períodos diurnos e de maior consumo energético. A sua utilização é mais
generalizada em edifícios que tenham pouca ou nenhuma atividade noturna.
Esta ventilação noturna pode ser alcançada por forças naturais, utilizando o vento, ou convecção natural ou
assistida mecanicamente com ventoinhas que garantam um fluxo de ar constante quando as condições
ambientais não o consigam fazer (Schulze e Eicker, 2013; Suleiman e Himmo, 2012).
3.7.2.3 ESTRATÉGIA DE VENTILAÇÃO NATURAL
A estratégia de ventilação para cada edifício varia conforme a localização, a envolvente, a dimensão e utilização
pretendida. Esta estratégia tem de ser global e deve funcionar durante todas as estações do ano, arrefecendo o
edifico nos meses quentes e aquecendo-o nos meses frios. Vários guias e regras gerais existem para a conceção
de edifícios naturalmente ventilados nomeadamente: tirar partido da direção dos ventos predominantes para a
correta orientação das janelas e aberturas de coleta de ar fresco, facilitar o fluxo de ar no interior do edifício por
meio de aberturas e condutas de ventilação, utilizar fontes de energia renováveis e abundantes como o sol e solo
para aquecer e arrefecer o ar recolhido e promover fluxos de ar constantes no interior por meio do efeito
chaminé e ventoinhas de apoio, como se representa na Figura 3.20.
58
Figura 3.20 – Exemplos de duas estratégias muito eficazes de ventilação natural de edifícios [W11]
Esta estratégia traduz-se numa planificação similar em edifícios residenciais e comerciais de vários andares. De
um modo geral promove-se a ventilação natural e fluxos de ar adequados utilizando as divisões anexas à fachada
e à cobertura como entradas de ar fresco e promove-se a circulação do ar dessas divisões até ao núcleo central
de condutas de ar ou um espaço comum do edifício, de preferência com grande área e pé direito livre até à
cobertura, como por exemplo escadas de acesso em edifícios residenciais e átrios de edifício de escritórios. Esta
circulação deverá ser hibrida, isto é, assistida por ventoinhas quando necessário, e promovida por aberturas em
paredes interiores ou utilizando breathing walls. Uma vez nesta área, e utilizando os dispositivos e os efeitos
promotores de ventilação já mencionados, o ar é extraído ao nível da cobertura, onde pode ser aquecido ou
arrefecido e devolvido ao interior do edifício. Esta estratégia faz uso de válvulas de controlo para poder funcionar
em modos diferentes conforme as necessidades térmicas do edifício nos meses quentes ou frios, de dia ou de
noite (Aynsley, 2007; Khan et al., 2008; Lomas, 2007; Schulze e Eicker, 2013).
3.7.3 SISTEMAS ÓTICOS DE ILUMINAÇÃO NATURAL Os sistemas óticos de iluminação natural possibilitam a distribuição de luz natural para espaços de edifícios onde
a luz do dia é limitada. Apesar das diferentes funções de cada edifício, é atraente utilizar a luz natural como uma
fonte de iluminação primária ou secundária com benefícios no consumo de energia, produtividade e saúde. A
utilização parcial da luz natural pode ainda reduzir significativamente iluminação e refrigeração de espaços
interiores e melhorar o conforto dos seus ocupantes.
Os sistemas óticos de iluminação natural são compostos por três elementos: um coletor exterior, um distribuidor
de luz e um emissor de luz interior. Na Tabela 3.5 são descritos os sistemas de iluminação natural analisados,
com valores de aproveitamento de luz natural e fluxo luminoso retirados das tabelas técnicas da bibliografia
consultada.
59
Tabela 3.5 – Características gerais dos sistemas de iluminação natural
Iluminação Natural Aproveitamento
luz natural
Fluxo
luminoso
(Lumens - Lm)
Dimensões
(mm)
Tipo de
Inovação Maturidade
Coletores de luz
Microprismas eletromecânicos 100% ND 2 - 6 Modular Experimental
Lente Fresnel Linear / calha
parabólica 50% - 100%
11000 - 63000
5000 x 10000
Modular Protótipo
Mini parabólica com rastreador de
sol 55% - 70% 1500 - 5000
500 - 2000 (raio)
Sistema Comercializado
Distribuidores de luz
Tubo Solar 55% - 75% 500 - 6000 500 - 2000 (raio)
Sistema Comercializado
Fibra ótica (plástico + vidro) 80% - 100% 1500 - 5000 2.5 (diâmetro)
Modular Protótipo
Emissores de luz
LED 0% 200 - 3500 Variável Modular Comercializado
Betão translucido (placas) 40% 100 – 350 250 x 600 x (40 – 100)
Sistema Comercializado
Difusores de luz 60% - 100% 0 - 4100 Variável Incremen
tal Comercializado
Difusor hibrido (Led + Fibra ótica) 80% - 100% 200 - 3000 Variável Sistema Comercializado
3.7.3.1 COLECTORES DE LUZ
Os coletores solares exteriores são dispositivos que concentram a luz solar recorrendo a espelhos e materiais
altamente refletores nos distribuidores de luz. Estes coletores são usualmente instalados nas coberturas dos
edifícios, onde têm acesso constante à luz solar incidente e podem ou não ser auxiliados por rastreadores solares
que posicionam os concentradores de maneira a que obtenham a maior eficiência possível.
Cada coletor de luz está associado a um sistema específico de distribuição de luz. Os concentradores de luz que
utilizam coletores parabólicos ou lentes Fresnel, representados na Figura 3.21, estão associados à distribuição
de luz por fibra ótica pois concentram os raios solares num só ponto, e os coletores baseados em lentes
hemisféricas ou prismáticas associados a tubos de luz pois permitem a coleta de luz ao longo do dia enquanto o
sol se move através do céu.
60
A lente Fresnel é plana de um lado e irregular do outro, sendo composta por várias camadas sobrepostas de
lentes incrementalmente mais finas que redirecionam a luz solar para o centro do coletor. Estas lentes são
estáticas, de grandes dimensões e implementadas na cobertura de edificios, onde coletam a luz solar ao longo
do dia.
Figura 3.21 – instalação de uma calha parabólica (esquerda) e de uma lente linear Fresnel (direita) [W12]
Existem dois tipos de coletores parabolicos, os colectores de grandes dimensões e baseados em refletores
parabolicos lineares, ou calhas parabolicas, e os colectores de pequenas dimensões baseados em reflectores
parabolicos circulares, conhecidos como parabólicas opticas, representadas na Figura 3.22 (H. Han e Tai Kim,
2010; Ullah e Shin, 2014).
Figura 3.22 - Funcionamento de parabólica ótica (esquerda) e sua instalação num edifício (direita) [W13]
Uma outra abordagem passa por tornar o coletor de luz num dispositivo de encaminhamento de luz solar. Uma
tecnologia que promove este conceito tem o nome de humedecimento eletromecânico de microprismas,
representado na Figura 3.23.
61
Figura 3.23 - Funcionamento do sistema de micro prismas eletromecânicos (esquerda) e fotografia da sua pequena
estrutura (direita) (Smith et al., 2006)
A viabilidade de humedecimento eletromecânico de micro prismas é alcançada através de um novo e mais
simples processo de fabricação que permite o redireccionamento contínuo de feixes de luz com um ângulo de
14 ° (± 7 °), algo nunca antes alcançado.
Esta tecnologia de redireccionamento de raios solares funciona modificando a geometria física entre água e óleo,
confinando-os entre pelo menos duas paredes laterais humedecidas electromecanicamente. Estas paredes
laterais estão ligadas a duas tensões distintas (VL, VR) que controlam de forma independente o ângulo de contato
da água em cada parede lateral (âL, θR), que permitem o redireccionamento constante e altamente eficiente de
feixes de luz.
Esta microestrutura é desenvolvida em forma de uma pelicula rígida fina que pode ser sobreposta sobre
envidraçados e janelas existentes. A utilidade em iluminação natural passa por aplicar esta pelicula fina sobre as
áreas de topo dos envidraçados, permitindo redirecionar a luz solar para o teto do interior de edifícios,
alcançando uma luminosidade mais uniforme ou focando os raios solares em feixes de fibras óticas para posterior
distribuição pelo edifício, como exemplificado na Figura 3.24. A alta eficiência desta tecnologia flexibiliza a coleta
e distribuição de luz solar, dispensando dispositivos exteriores, podendo ser integrado na reabilitação de edifícios
ou em construção nova (Hou et al., 2010; Smith et al., 2006).
Figura 3.24 – Uma divisão interior de um edifício antes da instalação dos microprismas nas janelas (esquerda) e depois da
sua instalação (direita) [W14]
62
3.7.3.2 DISTRIBUIDORES DE LUZ
A luz natural pode ser transportada por tubos de luz e fibras óticas num edifício com ganhos térmicos mínimos.
Como uma abordagem de economia de energia, a iluminação natural tem a desvantagem que não pode capaz
de chegar a muitas áreas isoladas como caves e corredores, além de ter um ganho térmico associado.
Os tubos de luz estão disponíveis comercialmente e são versáteis o suficiente para serem instalados em linha
reta ou com ângulo, com desenvolvimento vertical ou horizontal. Os tubos de luz, representados na Figura 3.25,
utilizam o princípio da elevada eficiência de reflexão, e por isso, são mais eficientes em linha reta do que com
ângulos no seu desenvolvimento, podendo cada curva no tubo de luz pode reduzir a saída de luz em cerca de
8%.
Figura 3.25 – Tubo de luz de aplicação residencial (esquerda), de aplicação comercial (centro) e seu funcionamento (direita)
[W15]
Os tubos mais eficientes são largos e curtos e podem atingir uma iluminação mínima de 100 lux distribuindo luz
ao longo de todo o seu desenvolvimento, útil para caixas de escadas e logradouros de edifícios, ou apenas no
encaminhá-la para um difusor no seu final (Callow, 2003; Oh et al., 2013; Zhang, 2002; West, 2001).
A Iluminação solar com feixes de fibra ótica pode ser considerada como uma opção muito promissora do ponto
de vista de edifícios eficientes.
Com a atual disponibilidade de técnicas de produção de fibra ótica, a energia solar pode ser transmitida por fibras
óticas de alta qualidade, com núcleos de grande diâmetro. Tirando partido da flexibilidade da fibra ótica, a
energia solar pode ser transmitida e concentrada, sendo movida desde o seu coletor, geralmente um espelho
parabólico, até difusores onde terá muitas aplicações.
A fibra ótica é constituída por um núcleo, revestimento, e uma camada de proteção externa. A luz viaja no interior
do núcleo, e o revestimento, que tem um índice de refração mais baixo, proporciona uma reflexão interna no
limite do núcleo. Geralmente, as fibras óticas com núcleos de grande diâmetro são as preferidas para aplicações
de energia solar, em detrimento da flexibilidade, como se pode ver na Figura 3.26.
São utilizadas fibras a base de vidro, SOF, junto aos coletores solares e fibras a base de plástico, POF, para garantir
a distribuição de luz natural pelo edifício. A permutação entre os tipos de fibras óticas e feito através de
conetores. Para reduzir as perdas devido ao intervalo de ar entre as fibras, é aplicado um gel que faz
63
corresponder os índices de transmissão dos dois tipos de fibras, reduzindo drasticamente as perdas do sistema
(H. Han e Tai Kim, 2010; Oh et al., 2013; Tekelioglu e Wood, 2009; Ullah e Shin, 2014; Wang, Abdul-Rahman, e
Rao, 2010; Werring, 2009).
Figura 3.26 – Formato de um feixe de fibras óticas em forma de cabo (esquerda) e conetor entre fibras óticas plásticas e de
vidro (direita) (Tekelioglu e Wood, 2009)
3.7.3.3 EMISSORES DE LUZ
Na emissão de luz para o espaço final as principais preocupações recaem sobre a intensidade e a uniformidade
da luz que chega aos espaços a iluminar. Para este fim são utilizados difusores a jusante dos sistemas de
distribuição de luz natural, representados na Figura 3.27. Estes difusores garantem a iluminação uniforme e para
grandes áreas utilizando a luz solar concentrada que vem dos distribuidores de luz, fibras óticas ou tubos de luz.
Figura 3.27 – Tipos de difusores disponíveis: difusor prismático, difusor Fresnel, difusor de penetração e lâmpada difusora
(da esquerda para a direita) (H. Han e Tai Kim, 2010)
No entanto, os difusores apenas conseguem fornecer iluminação constante dependente das condições de
luminosidade no exterior do edifício, tornando-se difícil manter um nível de intensidade e uniformidade de luz
constante no interior do edifício. Para resolver este problema são criados sistemas híbridos de iluminação, onde,
acoplado ao difusor está um dispositivo de iluminação artificial, LED, e um sensor de luminosidade, que mantem
as condições de iluminação mínimas quando as condições exteriores não são favoráveis (H. Han e Tai Kim, 2010).
3.7.3.4 LUZES LED
LED (Light-Emitting Diode) é uma forma de iluminação extremamente eficiente e de grande potencial de
economia de energia, representados na Figura 3.28. Em comparação com luzes florescentes compactas, os LEDs
são energeticamente mais eficiente, têm uma vida útil extremamente longa, e podem emitir luz de colorida sem
recorrer a filtros coloridos. Devido a sua natureza altamente direcional, a utilização de LEDs é adequada para
64
fontes de luz encastradas ou de projeção. Para utilizações diferentes recorre-se a um difusor ótico para dirigir a
luz em diferentes direções, afetando ligeiramente a luminosidade e a capacidade de arrefecimento dos LEDs.
Figura 3.28 – Exemplos de lâmpadas LED [W16]
A utilização de LEDs em sistemas de lâmpada única com grande luminosidade fornece cerca de 10W de potência
e apresenta uma durabilidade 3 a 5 vezes superior às lâmpadas normais (Han et al., 2010; Ullah e Shin, 2014).
3.7.4 SISTEMAS DINÂMICOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Os sistemas dinâmicos de eficiência energética são produtos para a construção que incorporam uma ou mais
tecnologias que influenciam o desempenho energético de um edifício e que conseguem alterar as suas
propriedades ao longo do tempo.
A aplicação destes sistemas é apresentada como uma alternativa promissora para a obtenção de níveis mais
altos de sustentabilidade no ambiente construído. Comparada com fachadas convencionais, oferecem
oportunidades potenciais de poupança de energia como a melhoria da qualidade do ar interior. Ao combinar os
aspetos benéficos e complementares das tecnologias ativas e passivas para edifícios, podem adotar os conceitos
de adaptabilidade e multifunção. Apesar das perspetivas positivas, estas tecnologias ainda não atingiram a
maturidade suficiente para serem amplamente implementadas em edifícios.
A envolvente do edifício é composta pelos elementos construtivos que se delimitam o exterior, estando sujeitos
a uma variedade de condições climatéricas diferentes, nomeadamente as fachadas, envidraçados e coberturas.
As condições meteorológicas mudam ao longo do dia e do ano, e isso também se aplica à ocupação do edifício e
necessidades de conforto interiores. As envolventes do edifício convencionais, normalmente têm propriedades
estáticas e não têm capacidade de se adaptar em resposta a essas mudanças. Tornar estes elementos reativos e
flexíveis permite uma alteração de gestão do clima interior de um edifício de “fabricado” para “mediado”. Os
sistemas dinâmicos oferecem um elevado potencial para reduzir o consumo de energia para iluminação,
aquecimento e arrefecimento, ao mesmo tempo que contribuem para uma melhoria da qualidade do ar interior
e dos níveis de conforto térmico e visual.
Os sistemas dinâmicos de eficiência energética têm a capacidade de alterar e reverter repetidamente algumas
de suas funções, características ou comportamento ao longo do tempo em resposta a mudanças nos requisitos
de desempenho energético e condições de conforto, melhorando o desempenho geral do edifício. Para atingir
esta flexibilidade dinâmica, estes sistemas são concebidos para manter um alto nível de desempenho recorrendo
65
alterações em tempo real na sua configuração quando as condições de operação ou requisitos funcionais mudam
de uma forma previsível ou imprevisível. Tal implica uma facilidade de modificação dos sistemas e ausência de
componentes irreversíveis ou rígidos. Os sistemas dinâmicos de eficiência energética analisados são descritos na
Tabela 3.6.
Os sistemas controlam as condições interiores do edifício recorrendo ao bloqueio, filtragem, conversão, coleta,
armazenamento ou transmissão através dos vários campos de eficiência energética. Os sistemas dinâmicos
influenciam o desempenho de edifícios em quatro campos distintos: Térmica, iluminação, Ventilação e
eletricidade.
A nível de controlo, os sistemas analisados podem ser dependentes de um sistema central de controlo ou
independentes do resto do edifício. Tornam-se independentes através da integração de mecanismos, sensores
e atuadores necessários que garantem os requisitos de conforto térmico necessários, ou dependentes estando
simplesmente ligados, com ou sem fios aos sistemas de controlo centrais do edifício (Loonen, Tr, Cóstola, e
Hensen, 2010, 2013).
Tabela 3.6 – Características gerais de Sistemas dinâmicos de eficiência energética
Sistemas dinâmicos de
eficiência energética
Coeficiente de transmissão térmica/
caudal de ventilação natural /
capacidade de aquecimento
Dimensões
Tipo de
inovação
Maturidade
Fachada ativa ABE
0,14 W/ m2.K (isolamento opaco de painéis VIP + módulos termoelétrico) 1,4 W/m2.ºK (Vidro) Ventilação natural: 12 m3/h Bomba de calor: 126 - 172 kJ/h (capacidade de arrefecimento)
900 x 3000 mm Radical Protótipo
Fachada adaptável CAS
2,6 W/m2.K (vidro) 0.05 W/m2.K (isolamento dinâmico) Ventilação natural: 24 m3/h Pcm: 175 kJ/kg (calor latente)
900 x 3000 mm Radical Protótipo
Varanda Bloomframe 1,2 W/m².K (vidro) 0,57 W/m².K (estrutura) Ventilação natural: 0 m3/h
2620 x 1050 mm Sistema Comercializado
Janela Fakro 1,1 - 1,5 W/m2.K (vidro) Ventilação natural: 28 m3/h
780 x 2550 mm 940 x 2550 mm
Sistema Comercializado
3.7.4.1 FACHADA ACTIVA ABE
A fachada ativa ABE, ou Active Building Envelope, existe em duas versões: uma composta por uma superfície
opaca isolada termicamente com vips, e outra com uma superfície transparente de vidro com revestimento de
baixa emissividade, representadas na Figura 3.29.
66
Figura 3.29 – Fachada ativa opaca e seus componentes (esquerda) e fachada ativa transparente e seus componentes
(direita) (Xu e Van Dessel, 2008)
Ambas as versões são compostas por células fotovoltaicas (PV) que são usadas para transformar a energia solar
diretamente em energia elétrica. Esta energia elétrica é posteriormente utilizada para o funcionamento de uma
bomba de calor termoelétrica (TE). Dependendo da direção da corrente elétrica aplicada no sistema de TE,
sistemas ABE pode operar num modo de arrefecimento ou aquecimento. A fachada ativa transparente distingue-
se da opaca pois utiliza água como unidade de armazenamento de calor, ao contrário da opaca que utiliza o ar.
O sistema de fachada ativa representa um novo método de controlo térmico. O sistema consiste em dois
componentes básicos, o sistema fotovoltaico (FV) e o sistema Termoelétrico (TE). O sistema fotovoltaico
converte a energia da radiação solar em energia elétrica e o sistema TE transforma a energia elétrica em energia
térmica. Os componentes termoelétricos (TE) estão localizados nas várias aberturas das camadas de isolamento,
sendo que cada sistema de fachada ativa tem dois dissipadores de calor: um para a absorção de calor, e outro
para a dissipação de calor.
Entre os sistemas termoelétrico e fotovoltaico existe uma caixa-de-ar onde as trocas de calor ocorrem e onde se
consegue, através de fluxos de ar naturais ou promovidos artificialmente, aquecer ou arrefecer o edifício.
Esta flexibilidade da fachada ativa é conseguida simplesmente alterando a corrente fornecida aos dissipadores
de calor, o que permite que funcionem como aquecedores, enviando ar quente para dentro do edifício ou como
sistemas de arrefecimento enviando ar frio para dentro do edifício. A eficiência deste sistema aumenta
dramaticamente se, por meio de ventilação natural ou assistida se promovam maiores caudais de ar nesta zona
de troca de calor. Tal é conseguido de duas formas: criando aberturas nas paredes interiores do edifício que
facilitem a circulação do ar por convecção ou instalando dispositivos que o façam artificialmente, como por
exemplo ventiladores.
Na ótica desta dissertação não se recomenda a utilização de meios de ventilação artificiais pois exigem grande
consumo energético ao edifício e, neste caso, funcionam interruptamente. Várias instalações deste sistema
provam que os ganhos de eficiência do dissipador de calor aliado a uma boa estratégia de ventilação tornam a
67
fachada ativa ABE energeticamente eficiente e pró-ativa na melhoria das condições de conforto dentro de
edifícios (Khire et al., 2005; Tsai e Lee, 2010; Xu et al., 2007; Xu e Van Dessel, 2008).
3.7.4.2 FACHADA ADAPTÁVEL CAS
A fachada adaptável CAS, ou Climate Adaptive Skin, é composta por uma secção transparente, semelhante a uma
janela ou vão envidraçado, e uma secção opaca, como representado na Figura 3.30. As tecnologias que a
compõem incluem uma camada de vidro electrocrómico, para controlo de iluminação e ganhos solares, uma
válvula de entrada de ar, uma ventoinha, e uma camada de isolamento dinâmico microporoso, para controlo de
ventilação e qualidade de ar interior e uma placa material de mudança de fase, ou PCM, para controlo térmico
das condições interiores do edifício.
Porque a fachada opera utilizando tecnologias passivas, é menos dependente de fostes de eletricidade ou calor
provenientes do edifício. Este modo de operação independente torna-a atrativa não só para a construção de
edifícios novos como também para a aplicação em reabilitação de edifícios, ao mesmo tempo que reduz a
necessidade de manutenção.
Figura 3.30 – Esquema e componentes da fachada adaptável (esquerda) e secção de um protótipo (direita) (Boer e Ruijg,
2011)
Um fator importante no desempenho da fachada é a forma de ventilação integrada no sistema. Parte da camada
interior é composta por isolamento dinâmico (DI), que consiste num material isolante (por exemplo, lã de rocha)
num invólucro poroso, que permite a ventilação de ar para o interior do edifício a velocidade baixas e uniformes
evitando correntes de ar. O ar penetra na fachada diretamente a partir do exterior e é condicionado pelas placas
de PCM, que têm uma temperatura constante entre 18 ° C e 22 ° C.
No Verão, estas placas armazenam o frio durante a noite, enquanto o interior do edifício é arrefecido com o ar
exterior. Durante o dia o ar é arrefecido pelas placas PCM a uma temperatura de cerca de 18 graus, quando a
temperatura exterior aumenta, e enviado para o interior do edifício.
68
No inverno o ar é puxado não diretamente a partir do exterior, mas a partir de uma cavidade na camada exterior.
Desta forma, o ar pode, potencialmente, ser pré-aquecido por irradiação solar. As placas PCM aquecem o ar na
cavidade até uma temperatura de aproximadamente 22 ° C. Após o condicionamento, o ar é distribuído para o
interior da cavidade por trás da parede interior, que é pressurizado por um ventilador, forçando o ar através do
material filtrante microporoso, a partir de onde é distribuído para o interior do edifício.
Este material poroso funciona como um isolante dinâmico, efetivamente filtrando partículas do ar, e melhorando
a qualidade do ar interior sem recorrer a equipamentos de ar-condicionado com filtros de ar.
Sempre que seja necessário, o ar fresco exterior pode ser fornecido manualmente através da abertura da janela.
Isto não só fornece uma fonte física de ar fresco, como também a possibilidade de controlo ao ocupante.
Em caso de períodos prolongados de frio, um pequeno dispositivo de aquecimento pode aquecer o PCM durante
a noite (eletricidade barata), carregando o PCM para o dia seguinte. Se o tempo permitir, o ar pode ser retirado
da cavidade externa, que é pré-aquecida pelo sol, reduzindo o consumo de energia elétrica pelo pequeno
dispositivo de aquecimento.
As perdas de energia térmica através da fachada são mitigadas pela extração do ar através da camada interior.
Este processo, que também é conhecido como o isolamento dinâmico, depende da criação um fluxo de ar para
dentro através do isolamento, com o isolamento eficaz que trabalha como um permutador de calor. A perda de
calor para o exterior pode ser reduzida praticamente a zero por este processo. A prevenção da perda de calor
através da fachada reduz a necessidade de aquecimento adicional.
A fachada, como um todo, é constituída por material transparente ou translúcido, com exceção das placas de
PCM no parapeito. Isto beneficia o sistema por duas razões: a primeira é que, por causa da natureza transparente
da fachada, a luz do dia é capaz de penetrar no ambiente ao longo de toda a altura da fachada, proporcionando
luz difusa distribuída uniformemente, reduzindo a necessidade de iluminação artificial adicional. A segunda razão
é a redução de brilho, impedindo grandes diferenças no nível de iluminação dentro da própria fachada. Para
impedir a incidência direta de raios solares indesejados através da parte transparente da fachada, e para dar ao
ocupante a capacidade de bloquear completamente a luz do dia, quando necessário, a folha média está equipada
com vidro electrocrómico, que muda de transparente para opaco sob a influência de uma corrente elétrica. O
ocupante controla o nível de transparência, ajustando a altura da corrente aplicada. Devido às necessidades de
sombreamento recomenda-se a integração de um sistema dinâmico de sombreamento como o que já foi
demonstrado anteriormente (Boer e Ruijg, 2011; Hasselaar e Looman, 2007; Loonen et al., 2010).
3.7.4.3 VARANDA DINÂMICA BLOOMFRAME
A varanda dinâmica BloomFrame consiste numa moldura semelhante a uma janela que se transforma numa
varanda em poucos segundos. Desta forma os ocupantes podem adicionar luz, ar fresco e espaço com um simples
apertar de um botão. Esta varanda dinâmica oferece uma oportunidade de adicionar espaço ao ar livre para
apartamentos compactos, escritórios ou hotéis em áreas urbanas, como é possível ver na Figura 3.31.
69
A varanda dinâmica é composta por um mecanismo elétrico que controla a posição da varanda. Fechada pode
funcionar como uma janela ou vão envidraçado composto por vidro com revestimento de baixa emissividade e,
quando ativada, transforma-se numa varanda com capacidade de carga de 2500 N/m². Com uma largura máxima
de 3m, o elemento de fachada pode ser produzido em vários materiais transparentes e opacos, conseguindo ser
integrada em fachadas novas ou existentes com grande flexibilidade. Do ponto de vista de eficiência energética,
este sistema dinâmico contribui para uma maior inercia térmica do edifício devido à sua estrutura em alumínio
devidamente isolada e vidros de alta resistência com revestimentos de baixa emissividade.
Uma alternativa de menores dimensões para coberturas é produzida pela Fakro, também representada na Figura
3.31. Mantendo o mesmo conceito, esta janela é operada manualmente e é direcionada para a instalação em
coberturas.
Figura 3.31 – Varanda dinâmica BloomFrame com elementos em vidro (esquerda) e Varanda dinâmica Fakro (direita) [W17]
Para além de ser uma tecnologia que permite criar área útil em edifícios residenciais e comerciais, a possibilidade
de poder operar em dois estados permite, no inverno, garantir a continuidade da fachada e melhorar
consideravelmente as condições de conforto visual e luminosidade e, no verão, contribuir para a renovação do
ar interior do edifício (Catálogo bloomframe, 2013; catalogo Fakro, 2013).
SISTEMAS DE INFORMAÇÃO Os sistemas de informação uteis para a construção e engenharia civil são caracterizados principalmente pela sua
capacidade de distribuir e coordenar dados e, assim, permitir um controlo mais preciso dos sistemas tecnológicos
implementados nos edifícios. Podendo apenas funcionar como uma ferramenta de apoio à decisão no que toca
à otimização energética do edifício, podem também funcionar de maneira ativa, promovendo a alteração do
comportamento dos ocupantes e controlando, através de atuadores, sistemas ativos e passivos de eficiência
energética.
Na Tabela 3.7 apresentam-se as características gerais dos sistemas de informação analisados, com valores de
sensibilidade retirados das tabelas técnicas da bibliografia consultada.
70
Tabela 3.7 – Características gerais dos sistemas de informação
Sistemas de informação Flexibilidade /
Modularidade Interação Sensibilidade
Tipo de
inovação Maturidade
WaterBeep (agua) Alta Simples 15 em 15 min Incremental Comercializado
Re:dy (Elétrico) Alta Simples 1 em 1 min Incremental Comercializado
The owl (elétrico) Alta Simples 1 em 1 min Incremental Comercializado
Cloogy (elétrico) Alta Simples 1 em 1 min Incremental Comercializado
Micro sensor BME Alta Simples
0,5 °C
3% Humidade R.
5% Luminosidade
Sistema Protótipo
Ecobee Alta Simples
0,5 °C
3% Humidade R.
5% Luminosidade
Modular Comercializado
Sistemas de informação Flexibilidade /
Modularidade Interação Sensibilidade
Tipo de
inovação Maturidade
Nest Alta Simples
0,5 °C
3% Humidade R.
5% Luminosidade
Modular Comercializado
Rede de sensores sem fios Média Complexa
0,5 °C
3% Humidade R.
5% Luminosidade
Sistema Comercializado
Sistemas de automação de
edifícios Baixa Complexa
0,5 °C
3% Humidade R.
5% Luminosidade
Sistema Comercializado
3.8.1 SISTEMAS DE MONITORIZAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE CONSUMO No contexto de edifícios residenciais e comerciais, estes sistemas podem ser aplicados sobre a forma de
contadores inteligentes que são capazes de otimizar o fornecimento de energia em tempo e espaço,
proporcionando serviços exatamente onde são necessários, quando são necessários, e na quantidade em que
são ou necessários. Simultaneamente são também capazes de fornecer feedback rápido para os ocupantes sobre
o consumo energético por aparelho, sala, hora do dia, e assim por diante.
As aplicações incluem edifícios residenciais e comerciais, favorecendo-se uma arquitetura modular no sector
residencial e uma arquitetura integrada nos edifícios comerciais.
Nos edifícios comerciais, onde se registam elevados valores de consumo, é preferível recorrer a sistemas
integrados que, através de uma colocação planeada permitem o registo de consumos em zonas diferenciadas do
edifício e facilitam a otimização para o gestor do edifício.
71
Os contadores inteligentes de gás e água substituem os contadores convencionais já existentes e funcionam
sobre o mesmo princípio, isto é, são sensores de caudal tradicionais mas equipados com um pequeno ecrã lcd,
um microprocessador e hardware de encriptação, transmissão e receção de dados.
Os contadores inteligentes de eletricidade substituem igualmente os contadores convencionais de corrente
direta ou alternada, medindo a corrente e a voltagem elétrica, com a vantagem de poderem ser instalados em
diferentes fases do sistema elétrico do edifício. Isto permite medir com precisão e em tempo real, os consumos
médios e de pico de diferentes zonas do edifício associadas a uma mesma fase e de diferentes tipos de
equipamentos elétricos, como por exemplo iluminação e sistemas AVAC. Os contadores inteligentes de
eletricidade são compostos por:
Um medidor de corrente,
Um medidor de voltagem,
Um microprocessador,
Um pequeno ecrã lcd,
Um módulo de encriptação, transmissão e receção de dados.
Estes contadores tornam-se muito úteis em edifícios comerciais ocupados simultaneamente com escritórios,
zonas comerciais e de restauração, pois permitem obter este tipo de informação diferenciada numa central de
registo. Assim o gestor do edifício consegue tomar decisões mais informadas e com mais segurança sobre como
e quando e onde é possível reduzir os consumos energéticos do edifício e também que estratégia escolher para
tornar o edifício globalmente mais eficiente.
Nos edifícios residenciais a abordagem modular faz mais sentido pois é necessário um certo grau de flexibilidade
e simplicidade presente nos contadores inteligentes direcionados para aplicações residenciais. Assim os
contadores inteligentes são exatamente iguais aos utilizados nos edifícios comerciais com a diferença de
comunicarem a informação para uma estrutura Cloud que pode ser acedida através de qualquer equipamento
com ligação à internet.
A nível nacional são distinguidos dois produtos nesta categoria: o remote energy dynamics (re:dy) da empresa
EDP que funciona como um sistema autónomo de monitorização e controlo do consumo de eletricidade, e o
waterbeep da Epal que monitoriza o consumo de água do edifício.
O sistema re:dy é composto por um módulo de controlo de dados, duas tomadas elétricas com transmissão de
dados, e um contador inteligente ligado á instalação elétrica, representados na Figura 3.32.
72
Figura 3.32 – Componentes do sistema Redy [W18]
O controlador de dados é o principal componente do serviço e liga-se remotamente ao contador, recebe e
processa os dados de consumo do edifício e dos seus equipamentos.
O sistema Re:dy permite o acesso, controlo e monitorização dos consumos do edifício remotamente através de
um smartphone, Tablet ou computador. As tomadas elétricas inteligentes possibilitam ainda o controlo de
iluminação e sistemas de climatização, podendo ainda eliminar automaticamente o consumo de equipamentos
em standby. Alternativas semelhantes e viáveis para este sistema existem e conseguem uma maior integração
com o sistema elétrico do edifício: o sistema Cloogy e o sistema Owl.
O sistema waterbeep consiste num contador inteligente e com capacidade de transmissão de dados, que
substitui o contador de água já existente, como representado na Figura 3.33. A independência deste contador
inteligente torna-o atrativo pois comunica diretamente com a cloud da empresa epal e torna os dados acessíveis
remotamente através de qualquer equipamento com ligação à internet. A sua utilidade centra-se na
possibilidade de consulta de consumo de água detalhada com intervalos máximos de 15 minutos e a deteção
remota de ruturas na canalização.
Figura 3.33 – Componente do sistema Waterbeep [W19]
A principal função destes contadores inteligentes no sector residencial é fornecer informação detalhada sobre o
consumo de recursos como a água gás e eletricidade, com intervalos não superiores a 20 minutos, que permitam
ao ocupante tomar decisões informadas como se pode ver na Figura 3.34.
Ueno et al., realizou um estudo onde os resultados indicaram que o aumento da informação disponível para os
ocupantes no que respeita á utilização de energia tem um efeito importante sobre o comportamento de
consumo. Em média, após a instalação o consumo total de energia foi reduzido em 12%, influenciando também
70% dos utilizadores a tomarem ações para reduzir o consumo de energia no aquecimento dos seus edifícios.
73
Figura 3.34 – Dados de consumo de água antes da instalação do contador inteligente (esquerda) e depois da sua instalação
(direita) [W19]
3.8.1 SENSORES E INTERFACES Os sensores utilizados em edifícios fazem parte da estratégia para criar construções inteligentes, eficientes e
seguras. Os sensores aqui abordados têm um papel fundamental na gestão da energia de edifícios, na automação
de processos e na monitorização das condições de conforto e segurança da estrutura e dos seus ocupantes.
Tradicionalmente os sensores utilizados em edifícios residenciais e comerciais são integrados em elementos
construtivos com o objetivo de monitorizar as condições de temperatura, humidade, iluminação, qualidade do
ar e deteção de movimento. Os sensores são usualmente distribuídos pelo edifício e requerem todo um sistema
cabos integrado no edifício aliado a um sistema que controle e registe a informação obtida.
Novos desenvolvimentos tecnológicos permitem que estes sensores atinjam dimensões muito reduzidas, com
baterias que os tornam autónomos e possibilitam comunicação fiável sem fios. Utilizando estas novas tecnologias
é possível seguir três estratégias distintas para a instalação de sensores em edifícios: a centralização dos sensores
no ocupante, a incorporação de sensores em interfaces inteligentes, e a criação de redes de sensores sem fios.
O sensor BME 280, representado na Figura 3.35, é a última revelação da empresa Bosh. Trata-se de um sensor
ambiental integrado desenvolvido especificamente para aplicações móveis onde tamanho e baixo consumo de
energia são restritivos. A unidade combina, sensores de alta precisão de pressão, humidade e temperatura num
involucro metálico de 2,5 x 2,5 x 0,93 projetado para baixo consumo de energia (3.6 μA @1Hz).
O sensor de humidade possui um tempo de resposta extremamente rápido, e alta precisão sobre uma ampla
gama de temperaturas variando entre 0% e 100% de humidade relativa com um erro máximo de 3%. O sensor
de pressão é um sensor de pressão barométrica absoluta com características de alta precisão e resolução com
capacidade para detetar valores entre 300 e 1100 hPa. O sensor de temperatura é utilizado principalmente para
a compensação de temperatura dos sensores de pressão e de humidade, e também pode ser utilizado para
estimar a temperatura ambiente com um alcance entre -40 e +85 °C.
74
Figura 3.35 – Sensor BME 280 para smartphones e tablets [W20]
Integrando este tipo de sensor em dispositivos móveis, como smartphones, tablets ou dispositivos de controlo
de energia com comunicação de dados sem fios, torna-se possível obter as condições de conforto térmico e
localização diretamente a partir do ocupante, ao contrário de um sensor num ponto fixo do edifício. O potencial
desta tecnologia pode alterar a forma como são obtidos os valores de temperatura, humidade e ocupação de
edifícios, fomentando uma gestão personalizada de energia em edifícios, com custos reduzidos, onde o ocupante
se torna o sensor principal em constante comunicação com os sistemas de climatização.
A utilização de sensores com interfaces inteligentes tem sobretudo aplicações em edifícios residenciais, onde a
modularidade e facilidade de instalação têm mais importância. Como já foi referido, o comportamento dos
ocupantes de um dado edifico pode ser influenciado positivamente, a nível de consumo energético, com a
simples apresentação de dados de uma forma atrativa e de fácil perceção. A nova geração de interfaces,
representados na Figura 3.36, fazem muito mais, recorrendo a algoritmos de previsão de comportamento e
modos de operação inteligentes, otimizam a gestão dos sistemas climatização, iluminação e ventilação com base
nas preferências do utilizador e nas condições interiores do edifício. Outra vantagem reside na capacidade destes
equipamentos poderem comunicar com outros interfaces, aplicações para smartphones, tablets e computadores
através de redes sem fios, que possibilitam o acesso remoto com uma simples ligação à internet.
Existem atualmente duas soluções competitivas fornecidas pelas empresas Nest e Ecobee. Ambos os produtos
designam-se por termostatos inteligentes, com capacidade de comunicação de dados utilizando redes sem fios,
disponibilizando aplicações para smartphones e tablets para controlo remoto do dispositivo. Dispondo de
sensores de humidade, temperatura, iluminância e de movimento controlam as condições de conforto térmico
do edifício, ajustando a temperatura dos sistemas de aquecimento existentes. Estes termostatos inteligentes
poupam energia detetando se a casa está ocupada (Nest) ou calculando a que distancia se encontram os
utilizadores da casa (Ecobee), podendo desligar o aquecimento quando detetam que não existem ocupantes.
75
Figura 3.36 – Termóstato inteligente Ecobee (esquerda) e Nest (direita) [W21]
Para edifícios comerciais não se torna fiável a utilização de apenas um sensor para monitorizar as condições
interiores do edifício. Para tal recorre-se a uma rede de sensores sem fios composta essencialmente por nódulos
e gateways de dados.
A rede de sensores sem fios utiliza os nódulos equipados com sensores instalados em pontos-chave do edifício
para recolher informação sobre temperatura, humidade, qualidade do ar interior e ocupação, que
posteriormente é enviada para o gateway de dados mais próximo. No gateway de dados a informação recolhida
é processada e organizada e posteriormente partilhada com sistemas externos que possibilitam a visualização
compreensiva dos dados obtidos de cada sensor, permitindo então monitorizar o edifício em tempo real como
representado na Figura 3.37.
Figura 3.37 – Valores de temperatura e humidade relativa recolhidos pela rede de sensores sem fios (esquerda) e sua
arquitetura (direita) [W22]
Uma grande vantagem deste sistema é o facto de ser extremamente flexível. Recorrendo a uma gama de mais
de 60 sensores, pode medir qualquer tipo de valor, comunicando com o gateway de dados através de qualquer
protocolo (wi-fi, 3g, Bluetooth, Nfc entre outros) e apresentando os dados recolhidos em qualquer sistema (SAP,
Windows, Osx, android, entre outros). Tal flexibilidade é atingida através dos componentes físicos utilizados nos
nódulos e nos gateways de dados.
76
Os nódulos são dispositivos autónomos equipados com vários sensores responsáveis pela coleta de dados
relativos às condições interiores de um edifício e os gateways de dados são dispositivos equipados com módulos
de transmissão de dados responsáveis pela organização e transmissão de dados recolhidos, como representados
na Figura 3.38.
Figura 3.38 – Nódulo modular com vários sensores (esquerda) e gateway de dados (direita) [W22]
Os nódulos são compostos por um microcontrolador, uma bateria, uma unidade de armazenamento, um módulo
de comunicações sem fios e uma vasta gama de sensores. A estrutura modular destes nódulos permite
acrescentar sensores sempre que necessário conectando simplesmente ao nodulo já existente.
Os gateways de dados são compostos por routers multiprotocolo que permitem abranger um vasto número de
protocolos de comunicação, com ou sem fios, sem ser necessária uma atualização ou substituição do dispositivo.
3.8.2 SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO DE EDIFÍCIOS (BAS) Os sistemas de automação de edifícios fazem uso de sistemas de informação, da domótica e da integração das
suas diversas funções, para poderem criar uma perfeita sintonia entre o habitante e o edifício, contribuir para
elevar o nível de conforto ambiental e oferecer uma série de serviços úteis.
Os sistemas protegem ativamente o meio ambiente, na medida em que geram rotinas de otimização de
processos que permitem um uso mais racional dos recursos naturais e uma disposição mais racional do espaço
habitável. As aplicações domóticas mais comuns que favorecem o desempenho energético do edifício são a
gestão de energia, o controlo de persianas, o controlo de iluminação, a gestão de ar condicionado e aquecimento.
A introdução de tecnologias de informação e de domótica em edifícios obrigam à presença de uma série de
infraestruturas de redes e sistemas que requerem espaço físico para passagem de cabos de ligação entre os
componentes do sistema. Na construção nova, desde que pensada ainda em projeto, revela pouca complexidade
na sua implementação, no entanto, na reabilitação de edifícios, a implementação apresenta algumas
condicionantes que dependem da natureza da reabilitação a empreender. As limitações de passagens de cabos
na reabilitação são superadas, habitualmente, com recurso às redes sem fios como complemento, ou
substituindo a rede cablada. A aplicação de tecnologia sem fios permite maior flexibilidade, grande ubiquidade,
e facilidade em adaptar-se a necessidades variáveis.
77
Estes sistemas, para além de toda a infraestrutura de processamento e comunicação, são compostos por dois
tipos de equipamentos: sensores e atuadores.
Os atuadores são equipamentos que, com base nos dados obtidos em tempo-real, otimizam a resposta dos vários
elementos do edifício, através da domótica e do controlo de sistemas de climatização, para que sejam atingidas
as condições de conforto e segurança pré-estabelecidas pelo ocupante. Podem ser autónomos quando ligados
diretamente a um sensor ou dependentes quando necessitarem de estar conectados para serem ativados. A
vantagem dos sensores autónomos reside no facto de funcionarem como um sistema fechado e modular
facilitando a sua instalação e perfeitos para edifícios residenciais novos e reabilitados. Os atuadores dependentes
permitem um maior controlo e uma integração na estratégia geral de eficiência energética de um edifício, sendo
ideais para edifícios comerciais de maior escala. A conectividade destes atuadores pode ser feita com fios ou
através de redes de comunicação sem fios.
Estes atuadores podem ser mecânicos ou digitais. Os atuadores digitais são aqueles que controlam o sistema
elétrico do edifício, onde se incluem a iluminação, os sistemas de aquecimento/arrefecimento e sistemas de
informação de edifícios e não serão detalhados nesta dissertação.
Os atuadores mecânicos são definidos como equipamentos que têm um impacto físico e observável em
elementos construtivos do edifício, como por exemplo janelas, portas, entradas de ventilação e sistemas de
sombreamento.
Figura 3.39 – Atuadores em janelas e envidraçados lineares (esquerda) e de corrente (direita) [W23]
Existem três tipos de atuadores de janelas: os lineares, de maiores dimensões e potência que através de um
sistema hidráulico controlam a abertura dos envidraçados; os de corrente, mais compactos e estéticos que têm
a mesma função; e os magnéticos que garantem a segurança dos envidraçados, que bloqueiam os envidraçados
na posição fechada, representados na Figura 3.39.
Os atuadores que controlam entradas e saídas de ar do edifício são denominados atuadores de controlo de
volume de ar, representados na Figura 3.40. Equipados com sensores próprios conseguem detetar a pressão
atmosférica nas aberturas de entrada de ar e determinar se o fluxo de ar é adequado para o edifício. Abrindo ou
78
fechando os sistemas de ventilação natural promovem uma melhoria significativa na eficiência energética do
edifício, podendo estar ligados ao sistema central de automação do edifício.
Figura 3.40 – Atuadores em ventilação natural aplicados a grelhas de ventilação (esquerda e centro) e atuadores de
condutas de ventilação (direita) [W24]
Quando integrados em sistemas de sombreamento, os atuadores podem efetivamente mitigar os ganhos solares
em edifícios. Compostos por um sistema hidráulico, podem ajustar o angulo dos elementos de sombreamento
nas fachadas e coberturas dos edifícios e assim controlar a incidência solar direta, como se exemplifica na Figura
3.41. De maneira geral cada atuador controla uma série de elementos de sombreamento e tem a capacidade de
manter qualquer posição e angulo pré-definido. Estes elementos de sombreamento podem ser horizontais,
verticais ou até deslizantes pelo que existem uma multitude de soluções disponíveis.
Figura 3.41 – Atuadores em elementos de sombreamento horizontais (esquerda e centro) e verticais (direita) [W25]
Estes sistemas de automação são adequados para qualquer tipo de construção nova, podendo facilmente ser
aplicados na reabilitação de edifícios pois podem ser instalados sobre uma fachada já existente.
CONCLUSÕES DO CAPÍTULO Neste capítulo foram identificados as soluções construtivas e tecnologias que permitem alcançar os objetivos
traçados. As tecnologias abordadas apresentam uma maturidade já elevada. Apenas uma solução em cada área
79
de estudo está na fase de protótipo, sendo que as restantes já se encontram comercializáveis. Este é um ponto
importante visto que permitem uma aplicação imediata em edifícios já construídos, como medidas de
reabilitação, ou em edifícios novos, evitando os custos associados à certificação de novos produtos da construção
pelas entidades competentes.
A nível do tipo de inovação, as tecnologias analisadas são maioritariamente do tipo incremental, modular,
arquitetónica e de sistema. Os dois primeiros tipos de inovação denotam uma grande facilidade de
implementação na construção de edifícios pela sua independência de outros sistemas construtivos. As inovações
radicais, arquitetónicas e de sistema caracterizam-se por uma complexidade elevada e grande interação com
outros sistemas e soluções construtivas, o que dificulta a sua implementação no mercado e requer uma alteração
mais profunda no processo da construção.
Resta saber como se comportam estas tecnologias quando aplicadas em edifícios e qual o seu real desempenho.
No capítulo seguinte analisam-se casos de estudo e apresentam-se os resultados de desempenho térmico e
energético. Assim é possível identificar as soluções que têm um bom desempenho quando combinadas e as
melhores práticas na sua integração em edifícios.
80
81
4. CASOS DE ESTUDO
INTRODUÇÃO As propostas apresentadas baseiam-se principalmente em métodos experimentais e protótipos dos vários
sistemas, tecnologias e materiais. Recorrendo a simulações computacionais, protótipos testados em laboratório
ou construções de pequena escala, chegam-se a resultados de eficiência energética, minimização de desperdício
e aplicabilidade para as várias soluções apresentadas. Estes resultados carecem de aplicação em edifícios
correntes para que a real mais-valia da introdução destas tecnologias e materiais possa ser avaliada de forma
integrada. Devido ao caracter inovador das várias propostas encontram-se estas aplicações geralmente apenas
em edifícios comerciais de grandes dimensões ou em edifícios modelo construídos propositadamente para a
demonstração deste tipo de tecnologias, como resumido na Tabela 4.1.
Neste capítulo analisam-se edifícios comerciais construídos em Portugal que utilizam algumas das tecnologias e
sistemas propostos que se destacam pela inovação nos processos construtivos de edifícios. A nível internacional
é analisado um edifício modelo construído como protótipo à escala real que apresenta um elevado nível de
inovação e integração de tecnologias na sua conceção, construção e gestão.
Tabela 4.1 – Resumo dos casos de estudo analisados e soluções e tecnologias aplicadas.
Casos de estudo Características do
edifício Soluções e tecnologias
Instituto Superior
Técnico
(Visita técnica)
Área útil: 21.000m2 Pisos: 4 andares Atividade: Edifício de ensino
Rede de sensores sem fios e interfaces, Contadores inteligentes, Tomadas inteligentes, Automação de iluminação e sistema AVAC;
Hospital de Cascais
(Visita técnica)
Área útil: 28.332m² Pisos: 7 andares Atividade: Edifício hospitalar
Contadores inteligentes, Dupla filtragem sistema de ventilação, Piso técnico de sistema de ventilação, Sistema de gestão da manutenção;
Edifício Solar XXI
(Publicação consultada)
Área útil: 3000 m2
Pisos: 2 andares Atividade: Edifício de escritórios
Ventilação natural, Sistema de arrefecimento passivo, Iluminação natural, Fachada ativa ABE;
Edifício SurPlus Home
(Projecto de execução)
Área útil: 128 m2
Pisos: 2 andares Atividade: edifício de demonstração
Isolamento com painéis de isolamento em vácuo (VIPs), Materiais de mudança de fase (PCM), Ventilação natural com PCM, Sistema de sombreamento automático.
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO – POLO TAGUSPARK O edifício do Técnico Lisboa situado no Taguspark é um edifício destinado ao ensino universitário com uma área
total de 21.000m2 (incluindo estacionamento), dos quais 9.000m2 são de salas de aulas, laboratórios e
anfiteatros. Desenvolvendo-se em planta semicircular numa extensão de 60m, com um vazio central coberto por
82
uma claraboia constituída por vigas pré-fabricadas de betão armado pré-esforçado com 25m de vão. A estrutura
do edifício é em betão armado com pilares circulares e pavimentos com vãos de 8m.
Figura 4.1 – Edifício Instituto Superior técnico, polo Tagus Park [W26]
O foco deste caso de estudo insere-se no programa implementado neste polo universitário denominado Smart
Campus, ou Campus Inteligente. O objetivo deste programa visa a implementação de equipamentos e
tecnologias que sustentem de que forma as tecnologias de informação promovem mudanças no comportamento
dos ocupantes na utilização de energia em edifícios públicos, contribuindo para a redução do consumo de
energia. A diminuição do consumo de energia no campus piloto é alcançado através do incentivo à mudança de
comportamento dos ocupantes piloto no que toca às suas escolhas de consumo de energia todos os dias e
através da implementação de tecnologias inteligentes e eficientes.
Tabela 4.2 – Descrição dos equipamentos instalados nas áreas de teste (Kippo e Koivumaa 2014)
LOCALIZAÇÃO EQUIPAMENTO
Núcleo 14
Solução KNX
16 Circuitos de controlo de iluminação 13 Módulos de controlo de AVAC 13 Painéis de controlo 3 Sensores de movimento
Sala de computadores
Solução iLIGHT
8 Luzes reguláveis Módulo iCAN de controlo de corrente Sensores de temperatura, humidade, luminosidade e CO2 Sombreamento automático
Biblioteca central
Solução iLIGHT + 40 DALI Ballasts (36W)
16 Luzes reguláveis Módulo iCAN de controlo de corrente Sensores de temperatura, humidade, luminosidade e CO2
Laboratório de energia
Sensores de temperatura, humidade e CO2 8 Luzes reguláveis Sombreamento automático Interface de visualização de consumo energético Interface de controlo de condições de conforto interiores
Anfiteatro 4
Solução iLIGHT
18 Luzes reguláveis Módulo iCAN de controlo de corrente Sensores de temperatura, humidade, luminosidade e CO2 Sensor de ocupação Interface de seleção de cenário de iluminação e AVAC
Para este projeto foram selecionadas cinco áreas para teste: o Núcleo 14 (sede do MIT), uma sala de
computadores, a biblioteca central, o anfiteatro numero 4 e o laboratório de energia. Foi simultaneamente
83
desenvolvida uma aplicação, pelo Instituto Superior Técnico, para dispositivos móveis que, aliada aos interfaces
de controlo de iluminação e AVAC, permite aos ocupantes, professores e alunos, definir os níveis de temperatura,
iluminação e ventilação de conforto, contribuindo assim para uma otimização dos sistemas implementados.
Nestas áreas foram integrados sensores de movimento, temperatura, humidade e CO2, interfaces de controlo de
iluminação e temperatura, atuadores de iluminação, de sistema de AVAC e de sombreamento, e finalmente
contadores inteligentes de eletricidade gás e água como descrito detalhadamente na Tabela 4.2.
4.2.1 CONTADORES INTELIGENTES Os contadores inteligentes, representados na Figura 4.2, foram os primeiros a ser instalados permitindo a
monitorização em intervalos horários dos consumos energéticos das várias salas e da eficiência dos
equipamentos instalados, como se apresenta na Figura 4.3.
Figura 4.2 – Contadores de eletricidade inteligentes (esquerda) e controladores de correntes instalados nas várias áreas de
teste (direita)
Figura 4.3 – Consumo elétrico horário medido no intervalo de 15 dias na biblioteca (esquerda) e no anfiteatro 4 (direita)
(Pombeiro e Silva 2014)
84
Os contadores instalados servem para a monitorização e controlo remoto de uma instalação elétrica trifásica e
permitem a distinção de todos os consumos elétricos de cada área de teste, como por exemplo iluminação,
sistemas AVAC, projetores e aparelhos ligados a tomadas elétricas.
Estes contadores bem como todos os interfaces, sensores e atuadores estão ligados por uma rede virtual
diretamente ao núcleo 14 que funciona como gestor destes 4 espaços. Este tipo de monitorização permitiu uma
caracterização das condições das várias áreas de teste com grande detalhe como se exemplifica na Figura 4.3.
4.2.2 BIBLIOTECA CENTRAL Na biblioteca central foi instalado um sistema de controlo automático das condições de luminosidade,
constituído por sensores de luminosidade, luzes reguláveis e um interface de controlo de luz, representados na
Figura 4.4, com três cenários pré-definidos: máximo médio e mínimo, controlado pelo staff responsável por
aquele espaço.
Desta forma consegue-se uma poupança energética máxima de 9% sendo que 2,7% se devem ao controlo da
intensidade da iluminação interior por parte dos responsáveis do espaço por pedido dos ocupantes e os restantes
6,3% pelo aconselhamento dos locais a ocupar com melhores condições de luminosidade fornecidas pelo
sistema, dispensado a iluminação interior artificial.
Figura 4.4 – Descrição dos vários cenários de iluminação interior e interface de controlo.
4.2.3 ANFITEATRO 4 No anfiteatro 4 foi instalado um sistema de regulação da iluminação interior, da intensidade do projetor e de
controlo do sistema AVAC, auxiliado por sensores de ocupação, CO2 e humidade, representados na Figura 4.5.
Estes sistemas são controlados através de um interface instalado no espaço com três cenários pré-definidos e
ajustável através uma plataforma online acessível a professores e estudantes. Desta forma espera-se que os
ocupantes do anfiteatro cooperem de forma a alcançar um equilíbrio entre as condições de conforto interior
pré-programadas e as pretendidas e assim otimizar o sistema de controlo. Desta forma pretende-se demonstrar
também que as tecnologias de informação não só permitem o controlo direto das condições de conforto
interiores como também propiciam uma alteração de comportamento dos seus ocupantes, alterando as
necessidades de conforto interior de individuais para coletivas.
85
Figura 4.5 – Interface de controlo de iluminação e sistema AVAC (baixo) e sensor de ocupação (cima).
4.2.4 SALA DE COMPUTADORES A sala de computadores foi equipada com sensores de luminosidade e ocupação, tomadas inteligentes,
atuadores sobre os sistemas de sombreamento e um interface de controlo com vários cenários de iluminação,
apresentados nas Figuras 4.6 e 4.7. Fazendo uso dos sensores e atuadores é feito o controlo da iluminação
natural com base nas condições de luminosidade interiores e ocupação da sala, ajustando o sistema de
sombreamento para o maior aproveitamento das condições de luminosidade exteriores e compensado o défice
de luz natural com a iluminação interior artificial, quando necessário.
Figura 4.6 – Interface de controlo com vários cenários de iluminação (esquerda), sistema de sombreamento com atuador
(centro) e multisensor de luminosidade e ocupação (direita).
Figura 4.7 – Equipamentos ligados a tomadas inteligentes (esquerda) e módulo de controlo e monitorização das tomadas
inteligentes.
Aliado a este sistema existem ainda as tomadas inteligentes aos quais estão ligados todos os equipamentos da
sala, nomeadamente computadores e projetor. Estas tomadas têm a capacidade de serem controladas
86
remotamente e de detetarem valores de correntes de baixa tensão normalmente associados a consumos de
equipamentos em standby desligando automaticamente e eliminando o desperdício.
4.2.5 NÚCLEO 14 O núcleo 14 para além de ser a central de monitorização e controlo das várias áreas de teste foi também
equipado com sensores de humidade, temperatura e CO2 nos escritórios, de movimento nos corredores de
acesso, interfaces de controlo dos sistemas de AVAC nos vários escritórios individuais, designados de termostatos
inteligentes com um algoritmo de otimização desenvolvido pelo próprio MIT e módulos de controlo dos sistemas
de AVAC e da iluminação nos corredores, como representados na Figura 4.8.
Figura 4.8 – Núcleo 14 sede do MIT (esquerda), interface de controlo do sistema AVAC (centro) e sensores de movimento
de controlo de iluminação nos corredores (direita).
Os sensores de movimento instalados nos corredores estão ligados diretamente ao controlador da iluminação
deste espaço, ativando a iluminação sempre que detetam um ocupante e desativando apos um intervalo de
tempo pré-determinado. Os vários interfaces de controlo do sistema AVAC alocados nos escritórios do núcleo 14
estão sincronizados com uma plataforma web que possui um algoritmo que aprende conforme as necessidades
de conforto interior dos seus ocupantes se vão alterando. Após a definição de três cenários de conforto interior,
os ocupantes, por vezes mais do que um por escritório, vão ajustando os valores de temperatura e ventilação
conforme as suas necessidades diárias. O algoritmo por sua vez “aprende” com estes pequenos ajustes e otimiza
os três cenários previamente definidos para que atinjam as necessidades de conforto interior dos seus ocupantes
a todas as horas do dia. Aqui pretende-se mais uma vez demonstrar que, não só as tecnologias de informação
permitem o controlo adequado do ambiente interior de edifícios como também contribuem para uma alteração
de comportamentos dos seus ocupantes para um quotidiano energeticamente mais eficiente e confortável.
4.2.6 LABORATÓRIO DE ENERGIA O laboratório de energia foi a área designada para demonstrar todas as tecnologias que iriam ser implementadas
nas várias áreas de teste. Equipada com sensores de temperatura, luminosidade, ocupação e Luminosidade,
permite a monitorização em tempo real das condições interiores da área com visualização de dados em tempo
real num interface. O mesmo interface serve de controlo ao sistema de iluminação, sistema AVAC e atuadores
do sistema de sombreamento podendo serem definidos vários perfis de conforto interior associados a diferentes
ocupantes. Fora do âmbito do Smart Campus foi também instalado um sistema de segurança de abertura e fecho
da porta de acesso, acessível através de uma aplicação para dispositivos moveis. Esta área não foi sujeita a
estudos de poupança energética servindo apenas para a calibração e teste dos vários equipamentos adquiridos.
87
4.2.7 RESULTADOS Após uma fase inicial de seis meses de teste experimental onde todos os sistemas já se encontravam
implementados foi possível retirar conclusões quando ao potencial de poupança de energia que estas
tecnologias podem trazer a edifícios comerciais de grande dimensão, onde a ocupação diferenciada de áreas do
edifico tem um impacto significativo na eficiência global energética do mesmo.
Através da análise do custo total de compra de equipamentos e sua instalação, bem como do consumo mensal
das várias áreas de teste antes e depois da introdução dos sistemas descritos foi possível estimar uma poupança
energética anual para cada uma das áreas bem como o período de retorno em anos de cada investimento. Este
tipo de análise permite também correlacionar as tecnologias e sistemas que são mais eficazes para tornar o
edifício globalmente mais eficiente e que se revelam investimentos mais proveitosos, como se revela na Tabela
4.3.
Tabela 4.3 – Análise de percentagem de poupança energética anual estimada para as áreas de teste e o respetivo período
de retorno do investimento. (Kippo e Koivumaa 2014)
LOCALIZAÇÃO CUSTO
TOTAL
CONSUMO COM
NOVOS SISTEMAS
(kWh)
% POUPANÇA
ANUAL
PERÍODO DE
RETORNO
(ANOS)
Núcleo 14: Gestão inteligente dos sistemas de AVAC nos escritórios, de iluminação nos corredores, recorrendo a preferências dos ocupantes e monitorização de condições de conforto interiores.
11.376,00 € 2.149 38% >15
Anfiteatro 4: Gestão automática de cenários de iluminação e brilho do projetor e definição cooperativa dos cenários do sistema AVAC.
8.627,29 € 3.965 46% 12
Biblioteca central: Controlo automático e inteligente das condições de iluminação baseadas em sensores de luminosidade.
6.959,76 € 54.790 10% 9
Sala de computadores: Controlo automático e inteligente dos sistemas de iluminação e AVAC, baseados nas condições interiores de luminosidade e ocupação; e eliminação do consumo de equipamentos em standby.
1.486,97 € 2.682 10% 14
A análise da Tabela 4.3 permite avaliar os sistemas mais eficientes instalados neste projeto. A gestão inteligente
dos sistemas AVAC tem um impacto muito significativo na poupança energética alcançada. Tratando-se de
equipamentos com grandes consumos, a sua otimização através das medições obtidas pelos vários sensores, de
algoritmos que “aprendem” e principalmente através da interação com os ocupantes torna-se um ponto fulcral
nesta abordagem inteligente à gestão de equipamentos como é visível no núcleo 14 e no anfiteatro 4. Aliado ao
controlo automatizado da iluminação estas estratégias de redução do consumo energético revelam-se uma boa
88
solução para espaços com ocupações diferenciadas ao longo do dia, pecando apenas no valor alto de
investimento de que necessitam, o que se traduz em períodos de retorno entre os 12 e 18 anos.
A biblioteca central e a sala de computadores demonstram que, com um investimento relativamente baixo, para
a área destes espaços e sua ocupação, centrado nas gestão da relação entre iluminação artificial e natural e
eliminação de consumo desnecessário de equipamentos, caso do sistema AVAC e computadores, é possível
alcançar uma poupança energética anual significativa. O período de retorno do investimento nestes dois espaços
é discrepante devido ao facto de o consumo energético ser muito elevado na biblioteca central, ao contrário da
sala de computadores.
Finalmente quanto a importância da interação dos ocupantes com as tecnologias implementadas,
nomeadamente através dos vários interfaces implantados nestas áreas e das aplicações desenvolvidas para
dispositivos móveis e acesso online, denota-se que nas áreas onde foi mais requerida (núcleo 14 e anfiteatro 4)
revelou-se fundamental no desempenho superior a nível de poupança energética. Os gestores deste projeto
instalado no campus do Taguspark são da convicção de que cerca de metade da poupança energética alcançada
nestes dois espaços advém diretamente da interação cooperativa ou singular dos ocupantes com os sistemas
instalados, dando um sinal muito positivo do sucesso da estratégia adotada (Pombeiro e Silva, 2014).
Esta interação visa também promover alteração de comportamentos de alunos, professores e staff através da
visualização pública e interativa, em vários pontos do campus, dos níveis de poupança energética alcançados
bem como os níveis de conforto interior em tempo real. Aguarda-se assim pelo final da fase de testes para
denotar se estes objetivos são alcançados da maneira desejada mostrando, até a data, resultados promissores
(Gomes et al., 2013; Pombeiro e Silva, 2014).
HOSPITAL DE CASCAIS O recente Hospital de Cascais concluído em 2010 é composto por um edifício principal no qual se integram
serviços hospitalares, zonas sociais, zonas de serviço e áreas técnicas. O edifício central é constituído por 7 pisos
acima do solo que integram os vários serviços do hospital. Com uma área de construção de 45.863m² e uma área
útil total de 28.332m², este hospital tem capacidade para 272 camas distribuídas por 139 quartos, acrescido de
6 blocos operatórios e 8 salas de parto, com um custo global de 107 milhões de euros.
O ponto de interesse deste edifício hospitalar reside no planeamento, na fase de conceção e execução, do
sistema AVAC e sua manutenção e do sistema de monitorização de equipamentos e consumo energético, bem
como a criação de um piso técnico no 4º andar. A consulta dos dados de consumo energético e a visita técnica
feita ao edificio, permitiram avaliar o desempenho e aplicabilidade das soluções implementadas. A
implementação dos serviços nos vários pisos do edifício principal foi desenhada para concentrar todos os serviços
críticos num só andar:
Piso 0: Serviços de Apoio
Piso 1: Serviços Técnicos e Gerais de Funcionamento
Piso 2: Entrada do Edifício. Serviços clínicos básicos ou de primeira linha
89
Piso 3: Serviços críticos
Piso 4: Piso Técnico
Pisos 5 a 7: Serviços de Internamento
Figura 4.9 – Edifício Hospital de Cascais (Grupo Teixeira Duarte, 2014)
4.3.1 PISO TÉCNICO Os edifícios hospitalares apresentam requisitos térmicos e de qualidade do ar interior altos, ao que
correspondem equipamentos de filtragem de ar aliados a um sistema de distribuição dispendioso e exigentes de
manutenção frequente. Para atingir níveis de eficiência altos nos sistemas AVAC, a construtura Teixeira Duarte
implementou a solução de instalar no 4º piso do edifício principal os equipamentos de filtragem do ar e condutas
de distribuição designado de piso técnico. Esta solução é altamente vantajosa para o dono do edifício e para
quem faz manutenção, embora tenha um peso considerável no projeto. Por norma, as áreas técnicas são
concebidas com áreas pequenas no exterior do edifício para não pesarem nos custos de execução.
Dadas as necessidades especiais dos blocos operatórios, salas de cuidados intensivos e Maternidades no que
toca a exigências térmicas e qualidade do ar interior, visíveis na Tabela 4.4, todos inseridos no 3º piso, são
necessárias unidades de tratamento de ar, ou UTA’s, afetas estes serviços e condutas de ventilação que garantam
permanentemente estas condições de conforto interiores nestas salas. Sendo que 60 das 66 UTA’s instaladas
neste edifício servem apenas salas do 3º piso, minimizam-se os desenvolvimentos de condutas e tubagens e
facilita-se a manutenção e substituição de filtros.
Tabela 4.4 – Necessidades de conforto interiores dos serviços no 3º piso
LOCAL TEMPERATURA (°C) HUMIDADE RELATIVA
(%)
FILTRAGEM DO AR (CLASSE DOS
FILTROS)
Salas de operações 20 60 EU5, EU7, EU9, EU14
Unidade de cuidados
Intensivos 24 50 EU12
Sala de recobro 24 50 EU12
Salas de exames especiais 25 40 a 50 EU5, EU7, EU9, EU12
Maternidade 25 40 a 50 EU14
90
Esta solução visa principalmente servir o 3º piso, que possui uma boa percentagem de máquinas associadas,
minimizando os comprimentos de condutas e tubagens que seriam muito superiores caso as UTA’s se
localizassem na cobertura, cave ou em compartimentos exíguos como é comum.
O facto deste piso técnico se situar no 4º piso do edifício principal contribui também para uma mais eficiente
manutenção dos equipamentos e maior durabilidade do sistema AVAC. Desta forma torna-se possível executar
a manutenção de varias máquinas do mesmo tipo no mesmo espaço, existindo uma área útil considerável para
manobras de manutenção, não estando estes trabalhos sujeitos a condições climatéricas exteriores.
Figura 4.10 – Tubagens e condutas de ventilação (esquerda), unidades de tratamento de ar (UTA’s) e filtros associados
(centro) e palas de sombreamento na fachada sul (direita)
Assegura-se também a durabilidade dos equipamentos AVAC e UTA’s protegendo-os dos intensos dias de calor
e intempéries, prolongando-lhes o ciclo de vida, e pré-filtrando o ar presente no piso técnico por forma a não
sobrecarregar os filtros das UTA’s. Este último objetivo é alcançado utilizando a fachada norte como área de
admissão de ar, equipada com uma grelha forrada com filtrina. Assim o ar no Piso Técnico é pré filtrado antes da
sua insuflação para o piso técnico desgastando os filtros das UTA’s substancialmente menos. Este facto torna a
situação economicamente vantajosa uma vez que os filtros interiores são mais dispendiosos que a filtrina da
fachada.
4.3.2 MEDIDAS PASSIVAS E ATIVAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Aliado à introdução inovadora de um piso técnico no edifício principal, procuraram-se aplicar medidas passivas
e ativas de eficiência energética para atingir os objetivos de conforto interior das várias salas, gabinetes e serviços
do hospital.
No âmbito das medidas passivas apresentam-se os isolamentos exteriores de poliuretano projectado com
revestimento Alucobond, isentos de CFC e HCFC, que garantem uma inercia térmica elevada e exploram a
transferências de calor através da exposição de massa térmica das lajes e paredes, vãos envidraçados amplos
nas fachadas sul e este para aproveitamento da iluminação natural e aquecimento solar passivo e palas de
sombreamento na fachada sul para minimização dos ganhos térmicos solares diretos.
No âmbito de medidas ativas foram instalados sistemas de tratamento de ar novo que aproveitam o ar de
exaustão do edifício para recuperação de calor e sistemas integrados de gestão de energia e manutenção de
equipamentos.
91
4.3.3 SISTEMA DE GESTÃO DE MANUTENÇÃO A manutenção dos equipamentos é feita em duas vertentes: a manutenção preventiva, que garante o
funcionamento dos vários equipamentos nas melhores condições e com altos níveis e eficiência, e a manutenção
corretiva, que garante que os equipamentos são alvo de intervenções técnicas quando não apresentam o
desempenho desejado ou quando avariam. Num edifício hospitalar os equipamentos são essenciais para o seu
bom funcionamento visto serem afetos a todos os serviços prestados, pelo que a sua manutenção torna-se uma
atividade diária e requer uma monitorização constante. Para tal, foi implementado um sistema de gestão de
manutenção que se baseia num software de gestão central Glose EAM, terminais portáteis de leitura de códigos
de barras, ou PALM’s, com comunicação sem fios e um sistema de codificação de equipamentos e localizações.
Estes últimos dois sistemas têm uma grande dependência de tecnologias de informação e permitem ao gestor
do edifício otimizar o funcionamento de todos os equipamentos bem como monitorizar o consumo energético
de todo o edifício. Estas medidas permitem a otimização das instalações tendo em conta a minimização dos
consumos energéticos, o bom funcionamento dos equipamentos / sistemas, a otimização contínua de custos e
auxiliam na implementação de soluções que permitam minimizar custos.
Figura 4.11 – Sistema de gestão de manutenção (esquerda), PALMs (centro) e sistema de identificação e localização de
equipamentos (Grupo Teixeira Duarte 2014)
Os PALM’s são dispositivos móveis ligados à rede central do edifício por ligação sem fios que permitem aos
técnicos de manutenção um acesso direto à calendarização das inspeções técnicas necessárias durante a semana
e a alertas de avarias que necessitem de reparação urgente. Estão também equipados com leitores de códigos
de barras que são utilizados na identificação e localização dos vários equipamentos do edifício. Desta forma, o
PALM funciona como uma ferramenta de comunicação eficiente entre os técnicos de manutenção e a equipa de
gestão que permite diminuir drasticamente o tempo de resposta a avarias de equipamentos e também como
uma ferramenta de controlo de qualidade dos equipamentos, pois possibilita o registo do histórico de inspeções
e de avarias técnicas em cada equipamento.
O sistema de codificação de equipamentos e localizações consiste na etiquetagem de todos os equipamentos
com códigos de barras previamente gerados pelo software. Desta forma cada equipamento é identificado por
um código específico e único, ao qual estão associadas todas as informações relevantes para a sua correta
manutenção, passível de ser lido pelos PALM’s dos técnicos de manutenção.
92
O software Glose EAMI é utilizado para gerir as intervenções de manutenção das instalações e equipamentos,
permitindo aumentar a disponibilidade dos equipamentos e otimizando os custos de manutenção. O software
recorre ao registo de pedidos de manutenção em cada serviço, registo automático de tempos de resposta e
histórico de intervenções para permitir uma otimização de recursos (pessoas e equipamentos), agendamento de
manutenções preventivas e controlo eficaz de custos.
Figura 4.12 - Sistema de manutenção preventiva (esquerda) e corretiva (direita) e intervenções de manutenção preventiva
num dos sistemas AVAC (centro) (Ministério da saude, 2008)
Na prática, isto traduz-se na definição de percursos de inspeção de acordo com as competências dos técnicos e
num plano semanal de manutenção acessível nos PALM’s no qual consiste o sistema de manutenção preventiva,
e na receção de alertas de avarias e mal funcionamentos que são depois encaminhados diretamente para os
PALM’s dos técnicos competentes.
Figura 4.13 – Número de Horas de manutenção corretiva vezes homem por especialidade no ano de 2012 (Grupo Teixeira
Duarte 2014)
Recorrendo aos dados recolhidos o software possibilita então uma análise estatística capaz de avaliar o
desempenho dos vários recursos humanos e materiais à disposição do sistema de manutenção. Indicadores de
desempenho como a análise estatística de horas-homem, custos, número de intervenções por especialidade/
equipamentos/ serviço e pedidos de trabalho entre outros, permitem ao gestor do edifício uma compreensão
93
rigorosa do comportamento da instalação e dos recursos utilizados, e funcionam como uma ferramenta de apoio
a decisão na otimização da instalação e dos recursos, numa perspetivo de curto, médio e longo prazo.
4.3.4 SISTEMA DE GESTÃO DE CONSUMOS ENERGÉTICOS A especificidade de um edifício hospitalar com muitos equipamentos técnicos que apresentam elevados
consumos elétricos, acrescidos de sistemas AVAC complexos e com grandes exigências funcionais, torna-se quase
indispensável ter uma ferramenta que permita monitorizar o consumo energético do edifício, discriminando
entre consumo de água, gás e eletricidade. Para tal foram instalados contadores inteligentes elétricos em todo
o edifício que permitem uma monitorização dos consumos energéticos discriminados entre sistemas de
aquecimento/arrefecimento, sistemas AVAC e equipamentos técnicos. Adicionalmente são instalados
contadores inteligentes de água e Gás com uma capacidade de monitorização inferior que apenas registam os
consumos mensais totais do edifício.
4.3.5 RESULTADOS A implementação dos equipamentos de monitorização de eletricidade, nomeadamente os contadores
inteligentes de eletricidade, apenas foi feita em larga escala no início do ano 2014. Infelizmente os dados
disponíveis para os consumos diferenciados do edifício estão apenas disponíveis para este ano e não perfazem
um ciclo de 12 meses que seria interessante de analisar.
Figura 4.14 - Consumo de eletricidade total do edifício entre 2011 e 2014 (Grupo Teixeira Duarte, 2014)
Independentemente deste facto, os medidores já instalados forneciam dados mensais de consumo elétrico
fiáveis. Pela Figura 4.14 é percetível a preocupação da diminuição do consumo de eletricidade desde a abertura
do hospital em 2011, essencial para atingir o objetivo de eficiência energética pretendido. A tendência
decrescente foi apenas perturbada nos meses quentes do ano de 2013, provavelmente devido às condições
climatéricas de muito calor e pouca humidade.
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezEletricidade [kWh] - 2011 Eletricidade [kWh] - 2012
Eletricidade [kWh] - 2013 Eletricidade [kWh] - 2014
kWh
94
A implementação do sistema de manutenção tem impacto nesta melhoria de performance energética. O sistema
AVAC e o Sistema de aquecimento são compostos pelos equipamentos que maior consumo de eletricidade
apresentam e portanto, a sua manutenção preventiva eficiente faz com que estes equipamentos funcionem com
altos níveis de desempenho e eficiência energética. A deteção de ineficiências em qualquer um destes sistemas
é prontamente reparada através da manutenção corretiva ou substituição do equipamento, como se pode ver
na Figura 4.13, onde estes sistemas aparecem na 3ª e 5ª posição de maior frequência de manutenção, num
edifício onde os equipamentos técnicos de saúde são a prioridade, representados por “instalações elétricas”. A
implementação do piso técnico contribui assim para uma melhoria significativa nas condições de exploração e
manutenção dos sistemas AVAC bem como para a eficiência global do edifício, promovendo a durabilidade e
eficiência destes equipamentos.
Tabela 4.5 – Controlo de consumo elétrico utilizando os contadores inteligentes (Grupo Teixeira Duarte 2014)
Consumo elétrico do hospital de
cascais 2014
Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho
Fatura Endesa (kWh) 600237 526491 603198 568269 603197 584887
Transformadores (kWh) 590169 499749 591922 558097 595586 578759
Perdas (%) 1,7% 5,1% 1,9% 1,8% 1,3% 1,0%
Total Pisos Identificado (kWh) 494170 438576 487506 517803 485085 460099
Consumos não monitorizados (%) 16,3% 12,2% 17,6% 7,2% 18,6% 20,5%
AVAC (kWh) 239940 208271 236086 274753 235305 230618
Iluminação + Equipamentos (kWh) 350229 291478 355836 283343 360280 348141
A instalação destes contadores possibilita o controlo eficiente dos gastos do edifício. Utilizando como meio de
comparação a fatura mensal de eletricidade é possível perceber se existem perdas ou consumos não
monitorizados, como demonstrado na Tabela 4.5. Estes valores permitem perceber a localização de
equipamentos ou instalações elétricas que não estejam a funcionar como pretendido e efetuar a respetiva
manutenção ao mesmo tempo que permitem otimizar o sistema de monitorização, até não existirem consumos
não monitorizados.
O facto deste sistema de monitorização permitir diferenciar entre as várias salas, serviços e equipamentos que
utilizam corrente elétrica permite que sejam monitorizados os sistemas com mais consumo e que mais influência
têm no consumo energético do edifício, Figura 4.15. Complementarmente torna-se possível monitorizar um total
de 171 espaços e equipamentos diariamente, o que permite a deteção quase imediata de avarias e ineficiências
e também auxilia na procura de soluções que beneficiem ainda mais a eficiência energética do edifício.
Esta monitorização torna-se essencial se for tido em consideração que o Hospital ficou em ultimo lugar no ranking
de eficiência energética de Lisboa e vale do tejo em 2012. O estudo do sistema nacional de saúde teve em conta
a variação de consumos de energia ativa (eletricidade e gás) entre 2011 e 2012 verificando que este Hospital
registou uma subida de 3,6% e elaborou um ranking de eficiência energética com base no número de doentes,
95
gerando o indicador de produção, na Figura 4.16, e com base na área útil dos hospitais, gerando o indicador de
dimensão, na Figura 4.17.
Figura 4.15 – Consumo de eletricidade em 2013 repartido por tipo de utilização (Grupo Teixeira Duarte 2014)
Na altura desta avaliação o hospital de cascais foi considerado 48% mais ineficiente que a média dos hospitais
de Lisboa e Vale do tejo, e foi recomendada uma diminuição do consumo energético do edifício através da
instalação de equipamentos mais eficientes e soluções globais energeticamente mais eficientes, no que
resultaria numa poupança anual de cerca de 469.755€.
Juntamente com este hospital encontra-se o recentemente construído Hospital de Loures. O mau desempenho
energético destes edifícios no ranking do SNS é possível de explicar pelo facto dos indicadores descritos não
considerarem as características das instalações e equipamentos em cada hospital. Estes dois últimos hospitais
foram equipados com sistemas AVAC, de aquecimento central e de tratamento do ar de última geração que
permitem obter níveis de qualidade interior elevados a custo de consumos elevados de eletricidade e gás.
Importa salientar que desde 2012 que o consumo elétrico do edifício hospitalar têm vindo a decrescer
verificando-se uma redução na ordem dos 5%. Aliado a uma estratégia de ventilação natural das áreas comuns,
a um melhor aproveitamento dos ganhos solares no inverno e a regulação da iluminação artificial nas zonas de
menor utilização, acredita-se ser possível a recuperar posições no ranking e atingir o objetivo proposto de
redução de consumos energéticos em 15% tornando o hospital energeticamente mais eficiente (Ministério da
saude 2008; Administração central do Sistema de saude 2013a; Administração central do Sistema de saude
2013b; Grupo Teixeira Duarte 2014).
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
AVAC(UTAs/Bombas/Chillers) - 2013 Consumo Geral - 2013
Iluminação + Equipamentos -2013
kWh
96
Figura 4.16 – Indicador de Produção dos Hospitais do grupo 3 [Kgep/m2] (Administração Central do Sistema de saude
2013a)
Figura 4.17 - Indicador de dimensão dos Hospitais do grupo 3 [Kgep/doente padrão] (Administração Central do Sistema de
saude 2013b)
EDIFÍCIO SOLAR XXI O Edifício Solar XXI tem características de um edifício comercial energeticamente eficiente. Trata-se de um
edifício de demonstração em que os conceitos de tecnologias renováveis foram integrados ainda na fase de
conceção, procurando promover a utilização de materiais, técnicas e tecnologias de baixo consumo energético,
aliando um conjunto de sistemas solares passivos e ativos integrados na sua arquitetura.
Este edifício está insere-se na zona de lisboa, um clima temperado, e ocupa uma área de 1500 m2 com um custo
total de construção de 1,2 milhões de euros.
Neste edifício foram adotadas medidas construtivas que influenciam largamente as condições de conforto
térmico interiores, nomeadamente, isolamento térmico exterior, vãos envidraçados orientados a sul e com
proteção da radiação solar, uma estratégia de ventilação natural com um sistema de tubos enterrados e painéis
fotovoltaicos instalados na fachada principal. Esta última característica garante que cerca de 80% dos consumos
energéticos consumidos têm origem renovável, no entanto, tem pouco interesse para esta dissertação pelo que
não lhe será dada muito relevo.
97
Figura 4.18 – Edifício solar XXI. (Joyce, 2009)
A nível de isolamento térmico a envolvente do edifício e composta por paredes simples de alvenaria de tijolo de
22 centímetros, revestidas exteriormente por 6 centímetros de polistireno expandido, ao que corresponde um
coeficiente de transmissão térmica de U=0,45 W/(m2.K). A laje de cobertura é igualmente isolada exteriormente
com 5 centímetros de polistireno expandido mais 5 centímetros de polistireno extrudido que se traduz num
coeficiente de transmissão térmica de U=0,26 W/(m2.K), bem como a laje de fundação com 10 centímetros do
mesmo revestimento, conferindo-lhe um coeficiente de transmissão térmica de U=0,55 W/(m2.K). Este tipo de
isolamento permite corrigir as pontes térmicas planas e minimizar as perdas térmicas do edifício durante o
período de Inverno. Ao ser colocado pelo exterior, o isolamento torna-se mais eficiente uma vez que, no período
de Inverno, a “massa inercial” é mantida no interior do edifício conservando-o “mais quente” e, no Verão,
constitui uma primeira barreira ao calor exterior. Os vãos envidraçados são constituídos por vidro duplo incolor
com caixilhos de alumínio com um valor de U=4,5 W/(m2K), complementados por um sistema de sombreamento
de estores exteriores de laminas reguláveis na fachada sul. Estes estores são elementos fundamentais na
estratégia energética do edifício permitindo ao ocupante, por serem reguláveis e orientáveis, adequar a entrada
de radiação solar e de luz no seu espaço de trabalho. Ao serem aplicados pelo exterior, constituem uma medida
fundamental para o período de Verão, uma vez que minimizam a incidência solar direta nos vãos e, portanto, do
aquecimento do ar no interior do edifício.
Figura 4.19 – Execução da estrutura e isolamentos do edifício Solar XXI (Aelenei e Rodrigues, 2006)
4.4.1 VENTILAÇÃO NATURAL A estratégia de ventilação natural centra-se em dois tipos de ventilação: ventilação transversal ou cruzada nas
salas e ventilação por efeito de chaminé no poço central do edifício. A ventilação transversal é assegurada pelo
98
posicionamento das aberturas na direção dos ventos predominantes e o efeito de chaminé pelas diferenças na
temperatura do ar entre o piso semienterrado e o piso superior de cerca 5 °C, mais acentuadas no verão.
Figura 4.20 – Entrada e saída de ar existentes atras da fachada com sistema de sombreamento e painéis fotovoltaicos
[W27]
A utilização de aberturas nas diferentes fachadas possibilitam uma ventilação transversal (norte-sul ou sul-norte)
personalizada das salas e do edifício completo enquanto a ventilação por efeito de chaminé é assegurada por
aberturas reguláveis existentes sobre todas as portas que ligam as salas ao corredor e ao poço central, onde
existem também aberturas motorizadas. Fazendo uso do poço central, das escadas de distribuição do edifício e
de uma claraboia de “desenfumagem” motorizada é garantido um fluxo de ar constante que permite não só
manter um nível alto de qualidade do ar interior como também controlar os ganhos térmicos do edifício no
verão. Fazendo uso destes sistemas de dia e principalmente de noite (ventilação noturna) é possível arrefecer o
edifício no verão, fazendo uso das temperaturas exteriores noturnas, quando o edifício não se encontra ocupado.
Os painéis fotovoltaicos tem um papel importante nesta estratégia de ventilação natural e controlo térmico do
edifício. Para além de serem uma fonte de energia renovável, produzem também calor quando estão em
funcionamento.
Assim no verão é importante extrair este calor produzido, que aquece a conduta existente entre os painéis e a
fachada, utilizando duas aberturas comunicantes com o exterior que fechadas promovem a circulação do ar na
conduta e evitam a sua penetração para dentro do edifício. Caso seja necessário é possível também aproveitar
o efeito de chaminé existente dentro da conduta para a evacuação do ar quente do interior da sala e consequente
entrada de ar mais frio para a sala proveniente do lado norte do edifício.
No inverno este sistema é utilizado para aproveitar o calor gerado na face interior dos módulos fotovoltaicos e
contribuir para o aquecimento do ar interior nos gabinetes e espaços contíguos. Nos meses de meia estação o
sistema funciona como um sistema de pré-aquecimento do ar novo, no qual se admite o ar do exterior por
intermédio da abertura exterior inferior, o qual depois de aquecido na conduta é insuflado diretamente no
interior da sala, por convecção natural através da abertura superior interior.
99
Figura 4.21 – Funcionamento do sistema de ventilação natural de fachada no verão (esquerda) e na primavera e inverno
(direita) (Aelenei e Rodrigues, 2006)
4.4.2 SISTEMA DE ARREFECIMENTO PASSIVO POR TUBOS ENTERRADOS.
Paralelamente está instalado um sistema de arrefecimento passivo por tubos enterrados. Este sistema consiste
no arrefecimento do interior do edifício, utilizando admissão de ar exterior através de tubos de manilhas de
cimento de 30 centímetros de diâmetro enterrados a uma profundidade de 4,6 metros. Estes 36 tubos
enterrados funcionam como um “permutador de calor” que, à passagem do ar quente do exterior, promovem
uma transferência de calor do ar com uma fonte fria, o solo. O ar entra no edifício por convecção natural ou
forçada com assistência de ventiladores. O material utilizado apresenta uma grande condutibilidade térmica o
que potencia as trocas de calor e a admissão do ar é feita através de um poço de alimentação que se situa a 15
metros de distância do edifício.
Figura 4.22 – Funcionamento do sistema de arrefecimento de tubos enterrados (Aelenei e Rodrigues, 2006)
Estes tubos acedem ao edifício pelo piso semienterrado, recorrendo a tubagem plástica em PVC, continuando
para o interior por meio de tubagem metálica. A distribuição do ar e feita diretamente e individualmente para
as salas dos pisos térreo e superior, podendo ser controlada pelos ocupantes através de válvulas de abertura e
fecho. Atinge-se uma maior eficiência quando esta distribuição é efetuada a meio da tarde, altura em que o ar
frio promove um arrefecimento do edifício compensando o aumento da temperatura interior. Este sistema é
complementado pela estratégia de ventilação natural acima descrita e depende do comportamento térmico
global do edifício e do comportamento dos seus ocupantes.
100
Figura 4.23 – Execução do sistema de tubos enterrados (esquerda), entrada de ar do sistema (centro) e ventoinhas de
ventilação assistida nas várias salas (direita) [W28]
A temperatura do solo apresenta apenas uma variação sazonal, variando entre os 16 °C no início do verão e os
19 °C no final do verão. A admissão de ar para dentro do edifício através deste sistema pode ser mecanicamente
assistida através de ventoinhas individuais instaladas em cada sala. É assim promovido um arrefecimento
individual de cada sala da ordem dos 2 a 3 °C sem ação da ventoinha e de 5 a 10 °C com a ação da ventoinha.
4.4.3 ILUMINAÇÃO NATURAL
Figura 4.24 – Poço central e superfícies translucidas nas portas (esquerda), claraboia de iluminação e ventilação natural
(centro) e estratégia de iluminação natural no verão (direita cima) e no inverno (direita baixo) (Aelenei e Rodrigues, 2006)
A nível de iluminação natural, foi promovida uma estratégia eficiente de iluminação, recorrendo sobretudo a
iluminação natural durante os períodos diurnos de funcionamento, minimizando o recurso a iluminação artificial.
Para tal foram projetadas aberturas e vãos envidraçados que promovessem a entrada de luz natural: todas as
salas a Sul apresentam grandes áreas envidraçadas e as portas de comunicação com o corredor superfícies
translucidas que permitem o contacto com a zona central do edifício.
Existe também um poço de luz central com claraboias no topo que percorre verticalmente toda a zona central
do edifício, tornando-se um dos principais aspetos desta estratégia de iluminação natural. As salas a Norte
apresentam, para além das superfícies translucidas nas portas, superfícies translucidas nos vãos interiores, que
beneficiam também de uma parede cega exterior que funciona como um elemento refletor que proporciona
excelentes níveis de iluminação na fachada destas salas.
101
4.4.4 RESULTADOS Após a sua construção em 2006, este edifício tem sido alvo de monitorização constante relativamente a
parâmetros de conforto interior do edifício: qualidade do ar interior, conforto térmico e conforto dos ocupantes.
O edifício solar XXI integra estratégias e soluções eficientes que reduzem o consumo energético do edifício e
aproveitam a geração de energias renováveis. O edifício solar XXI apresenta um consumo energético global anual
de 43 kWh/m².ano o que demonstra um potencial de poupança energética na ordem de 48% em relação a um
edifício comercial de escritórios convencional devidamente isolado. Aliada a produção de energia de fontes
renováveis na ordem de 35,6 kWh/m².ano o edifício atinge o patamar de autossuficiência que lhe permite a
distinção de edifícios de balanço energético quase zero.
A aposta em soluções passivas de climatização e de iluminação natural traduz-se neste resultado muito positivo.
O aproveitamento de ganhos solares para aquecimento do edifício no inverno e o sistema de tubos enterrados
para arrefecimento no verão, aliados a uma estratégia de ventilação natural e integrada em todo o edifício,
permitem a mitigação quase total de consumos energéticos do edifício associados a aquecimento/arrefecimento
e ventilação, sendo apenas auxiliados por uma caldeira a gás e coletores solares que alimentam vários radiadores
espalhados pelas salas.
Este facto é comprovado pelas leituras de temperatura interior ao longo de 4 anos de monitorização do edifício.
Analisando os gráficos nas figuras 4.25 e 4.26 é possível perceber que a variação da temperatura do ar no interior
do edifício consegue manter-se a um nível aceitável sem apresentar as grandes flutuações de temperatura do ar
exterior.
Figura 4.25 – Dados de temperaturas interiores e exteriores e incidência solar nos meses frios (esquerda) e Dados de
temperaturas interiores e exteriores e incidência solar nos meses quentes (direita) (Aelenei et al., 2011)
Estas leituras de 2008 mantiveram-se consistentes com os restantes anos em que o edifício foi monitorizado,
podendo-se concluir que no período de inverno a temperatura do ar nos gabinetes localizados a Sul, quer no piso
térreo quer no piso superior manteve-se dentro dos requisitos aceitáveis de conforto térmico denotando que
apenas desceram abaixo dos 18 °C em raras situações, correspondente a menos de 5% do tempo de
monitorização. Tal desempenho positivo é justificado pelo aproveitamento dos ganhos solares através dos vãos
envidraçados, cerca de 46% da área de fachada, e pelo sistema de recuperação de calor existente nas fachadas
com painéis fotovoltaicos.
102
No período de verão, a elevada intensidade de radiação solar característica de Lisboa, poderia sobreaquecer o
edifício. No entanto a temperatura no interior do edifício só ultrapassou os 27 °C em raras situações,
correspondente a 5% do tempo de monitorização. Este desempenho minimizou a utilização do aquecimento a
gás e é justificado pelo controlo eficaz da entrada de ganhos solares diretos, através da regulação dos dispositivos
de sombreamento moveis e do sistema de arrefecimento de tubos enterrados aliado à estratégia de ventilação
natural.
Figura 4.26 – Concentração de CO2 no interior do edifício medida em 2 dias (Aelenei et al., 2011)
A qualidade do ar interior foi avaliada recorrendo a determinação da concentração de dióxido e carbono no
âmbito do projeto “Building Advanced Ventilation Technologies”, com medições diárias. As concentrações em
todas as salas não excederam os valores de 600 ppm (partículas por milhão) e na maioria das situações foram
inferiores a 500 ppm. Estes valores são muito inferiores aos máximos regulamentados, 984 ppm, e revelam uma
ventilação eficiente com ciclos de renovação de ar adequados. Aliado a estas medições foram inquiridos os 19
ocupantes do edifício dos quais 83% se manifestaram favoravelmente as condições de qualidade do ar interior.
Este caso de estudo serve para demonstrar que as estratégias passivas de ventilação,
aquecimento/arrefecimento e de iluminação podem beneficiar os edifícios quando aplicadas logo na fase de
conceção. Uma arquitetura que maximize os ganhos solares e que flexibilize os sistemas de sombreamento tem
um grande impacto na minimização de ganhos solares diretos e utilização de iluminação artificial. Os poços de
ar e estratégias inovadoras de ventilação natural dispensam a utilização de equipamentos de climatização, ou
AVAC, dispendiosos e com grandes consumos energéticos, tirando partido da ventilação cruzada, do efeito de
chaminé e da ventilação noturna.
A integração conjunta destas estratégias passivas beneficiam inegavelmente as condições de conforto térmico e
de qualidade do ar no interior do edifício aliado a uma elevada inercia térmica garantida pelos isolamentos
exteriores. Assim conclui-se que para um edifício devidamente isolado termicamente, a aplicação conjunta deste
tipo de medidas passivas potencia a eficiência energética e promove poupanças energéticas na ordem dos 50%
(Aelenei et al., 2011; Aelenei e Gonçalves, 2014; Aelenei e Rodrigues, 2006; Andrade, 2009; Gonçalves e Horta,
2005).
103
SURPLUS HOME A surPlus home trata-se de um edifício modelo, concebido e projetado para ser implementado no desafio Solar
Decathlon 2009, onde arrecadou o 1º prémio. Trata-se de um edifício de dois pisos com uma área útil de 128 m2,
representativo de um espaço unifamiliar com um custo total de construção estimado entre 50.500€ e 66.0000€.
A estrutura do edifício e composta por elementos pré-fabricados de madeira que compõem as paredes o
pavimento e os pilares e uma superestrutura metálica composta por vigas de suporte e travamento e aparelhos
de fixação. O edifício foi quase totalmente pré-fabricado na Alemanha sendo depois transportado e montado
nos Estados Unidos de onde voltou, passado uma semana, para a sua localização atual na universidade técnica
de Darmstadt.
A envolvente do edifício é composta por isolamento térmico altamente eficiente, paredes opacas e janelas. Para
evitar pontes térmicas, foram utilizados painéis de isolamento em vácuo nas paredes resistentes de madeira.
Para conseguir a redução de cargas de aquecimento e arrefecimento, foram utilizados materiais de mudança de
fase (PCM) colocados no interior de placas de gesso nas paredes e no interior do sistema de refrigeração no teto.
Embora a estrutura de madeira da envolvente do edifício se traduza numa inércia térmica fraca, foi possível
mitigar os picos de temperatura e permitir a utilização ventilação noturna para descarregar a energia térmica
armazenada durante o dia. A fachada e cobertura foram totalmente cobertas por módulos fotovoltaicos de
células CIS de película fina e de silício monocristalino, respetivamente, que conseguiram produzir cerca de 200%
da energia consumida pelo edifício, com rendimentos compreendidos entre 11% e 18%.
Figura 4.27 – O edifício SurPlus Home na Alemanha (esquerda) e planta do edifício (direita) (Darmstadt Echnische
Universitat, 2009)
Neste caso de estudo o interesse foca-se na utilização inovadora dos isolamentos de alta eficiência que são os
painéis de isolamento em vácuo e a utilização de materiais de mudança de fase, PCM, no controlo térmico das
condições interiores do edifício. A integração destas duas tecnologias é pouco comum e apresentam-se aqui
mutualmente benéficas para a eficiência energética global do edifício. Os painéis fotovoltaicos que cobrem a
fachada são um dos pontos fortes deste edifício modelo, no entanto não têm interesse para esta dissertação,
pelo que o seu estudo não será aprofundado.
104
Toda a fachada do edifício foi construída seguindo o princípio de telhas, com proteção contra humidade e
ventilação técnica, onde os vários módulos fotovoltaicos foram acoplados, sendo composta também por um
sistema de sombreamento e controlo de iluminação natural dos vãos envidraçados.
A cobertura plana funciona como uma quinta fachada, combinando a máxima uti lidade com a qualidade de
conceção. Para além de proteger o edifício da chuva e de temperaturas altas também integra um conjunto de 40
módulos fotovoltaicos de alta eficiência que contribuem para a micro geração de energia.
Os sistemas responsáveis pela eficiência energética deste edifício passam pelo isolamento de toda a envolvente
com painéis isolados a vácuo, ou VIP, pela utilização de um material de mudança de fase embutido em placas de
gesso na envolvente, ou PCM, pelo sistema de ventilação natural e pela utilização de sistemas de sombreamento
automatizados.
4.5.1 PCM O material de mudança de fase, ou PCM, foi utilizado nas paredes interiores de parafina com e no sistema de
ventilação instalado no teto sobre a forma de hidrato de sal com espessura de 15mm. Estes materiais instalados
atingem o ponto de fusão a uma temperatura de 23 ° C, podendo armazenar muito calor durante o dia, com
relativa pouca massa. A massa térmica é então descarregada pelo material de mudança de fase para o interior
do edifício à noite, quando as temperaturas baixam.
A capacidade instalada nas paredes interiores é equivalente à energia necessária para o arrefecimento do edifício
num dia. O PCM na parede interior não é controlável, porque é a superfície que limita interior do edifício das
fontes térmicas exteriores, sendo portanto um sistema passivo.
Tabela 4.6 – Características técnicas da placa de PCM utilizada (Darmstadt echnische Universitat, 2009)
MATERIAL ESPESSURA (MM) CALOR LATENTE CONDUTIBILIDADE TÉRMICA
PCM Smartboard 15 330 kJ/m²
100 Wh/m²
0.20 W/(mK)
O PCM instalado no teto é um sistema parcialmente ativo, pois está integrado no sistema de ventilação e
separado da superfície interior do edifício, controlado por ventoinhas de ventilação. Desta forma torna-se
possível controlar a capacidade de arrefecimento do interior do edifício sempre que necessário.
105
Figura 4.28 – Localização dos módulos de PCM (esquerda) e sistema de ventilação com integração de módulos de PCM
(direita) (Darmstadt Echnische Universitat, 2009)
4.5.2 PAINÉIS DE ISOLAMENTO EM VÁCUO VIP O painel VIP é composto por uma placa de núcleo VIP revestido por 4 milímetros VARIOTEC-PUR (poliuretano
reciclado com densidade de 300 kg / m³) em ambas as faces, acrescidas de revestimento de alumínio de 0,3
milímetros. As placas são reforçadas com um lamelado de madeira em ambas as faces, o que permite não só um
aumento da resistência mecânica como evita que sejam perfurados. Esta configuração confere-lhe uma alta
resistência a impactos, grande capacidade de carga, e baixa condução térmica.
Tabela 4.7 – Características técnicas do painel de isolamento em vácuo utilizado (Darmstadt echnische Universitat, 2009)
MATERIAL ESPESSURA
(MM)
CONDUTIBILIDADE
TÉRMICA
RESISTENCIA MECÂNICA À
COMPRESSÃO
DIMENSÕES
(MM)
Painel VIP
estrutural
50 0,019 W/(mK) 200 kg / m 1250 x 3000
Estes painéis revestem toda a envolvente do edifício ficando integrados na estrutura de madeira. Desta forma,
o pavimento, cobertura e todas as fachadas ficam isoladas com um material altamente eficiente e com uma
espessura reduzida. Isto contribui para uma grande inercia térmica como também aumenta o espaço útil no
interior do edifício.
Figura 4.29 – Localização e execução dos painéis VIP na fachada este (esquerda) e na pormenor na cobertura (direita)
(Darmstadt Echnische Universitat, 2009)
106
Figura 4.30 – Núcleo do painel VIP (esquerda), Painel VIP integrado na fachada (centro) e execução da fachada oeste com
painéis de isolamento em vácuo (direita) (Darmstadt Echnische Universitat, 2009)
4.5.3 SISTEMA SOMBREAMENTO E ILUMINAÇÃO NATURAL Para este Sistema foi feita uma abordagem parcialmente ativa. Ao mesmo tempo que é promovida a iluminação
natural durante o dia através dos grandes vãos envidraçados no primeiro e segundo andar, são utilizados
dispositivos de sombreamento em duas formas: estores integrados em janelas e palas de sombreamento
automatizadas, representados na Figura 4.31.
As palas de sombreamento podem ser controladas através do sistema de automação implementado no edifício
e os seus atuadores são compostos por mecanismo alimentado por dois motores integrados na estrutura das
palas. Assim podem ser reajustados para a posição desejada ao longo do dia, podendo ser totalmente fechadas
garantido mais privacidade e minimizando os ganhos solares diretos em dias quentes. Adicionalmente estas palas
são revestidas por módulos fotovoltaicos na sua face exterior, o que não só contribui para micro geração de
energia, como também, devido a sua superfície altamente refletora ilumina a o interior do edifício.
Figura 4.31 – Localização do sistema de palas de sombreamento e de estores integrados nas janelas (esquerda), pormenor
de estores integrados nas janelas (centro) e funcionamento do sistema de palas de sombreamento (direita) (Darmstadt
Echnische Universitat, 2009)
As janelas que não estão cobertas com o sistema de sombreamento são equipados com estores integrados no
vidro. Estes estores podem ajustar-se à altitude solar podendo ser configurados pelos ocupantes individualmente
e estão instalados entre os dois vidros que compõe o vão envidraçado ou janela. A inclinação dos estores é
107
operado por um atuador motorizado e controlado pelo sistema de automação do edifício no decorrer do dia,
podendo a utilização de iluminação natural difusa em sias de sol sem perda de vista para o exterior e garantindo
uma minimização dos ganhos térmicos solares. Não estando exposta ao exterior, este tipo de estores não
necessita de ser recolhido quando as condições climatéricas se agravam, mantendo a eficiência do sistema de
sombreamento.
4.5.4 RESULTADOS A envolvente do edifício SurPlus Home combina aspetos passivos e ativos num só elemento construtivos. Em
termos de isolamentos todos os têm baixos valores de condutibilidade térmica (inferior a 0,1 W / m² K para as
paredes e inferior a 0,8 W / m² K para as janelas). Os painéis de isolamento em vácuo contribuem para a mitigação
das pontes térmicas da envolvente e o sistema de sombreamento torna-se um componente ativo da estratégia
de eficiência energética.
Figura 4.32 – Dados de medidores de temperatura nas várias salas do edifício numa semana quente de Outubro em 2009
(Darmstadt echnische Universitat, 2009)
Para condições de conforto interiores foram definidas as temperaturas compreendidas entre os 22 °C e os 24 °C.
Pela analise no período de uma semana através de sensores de luz e sensores de temperatura e humidade foi
possível perceber as necessidades térmicas de aquecimento e arrefecimento do edifico. Na Figura 4.32 pode-se
ver a caracterização de uma semana quente de outono.
Isto permitiu perceber que o sistema AVAC seria apenas necessário nos dias mais quentes de Verão onde o perigo
de sobreaquecimento do edifício se apresenta maior. Os dispositivos de sombreamento e a ventilação natural
noturna desempenham um papel fundamental nesta estratégia que deve ser potenciada pelo sistema de
automação do edifício.
Finalmente foi possível concluir apos extensa monitorização nos estados unidos e na Alemanha que o consumo
anual do edifício chegaria a 8145,6 kWh anualmente. Isto equivale a um consumo anual de 63,6 kWh/m2 que
representa uma poupança energética de 29% quando comparado com um edifício de escritórios, que ao ser
aliado a uma geração de cerca de 12.000 kWh anual torna este edifício completamente autossustentável e
energeticamente eficiente.
108
Percebe-se que a integração de uma fachada altamente isolada, VIPs, com um sistema de PCM que aguente as
necessidades de aquecimento e arrefecimento de pico de um edifício apresente uma grande eficiência. Embora
estes sistemas possam funcionar de forma independente a sua integração traz grandes benefícios ao
desempenho global. Aliados a uma boa estratégia de ventilação natural e de sombreamento que façam a gestão
da interação do ambiente interior com o exterior é possível atingir um alto nível de eficiência energética em
edifícios. A aplicação deste tipo de solução em edifício de dimensões superiores deve beneficiar a eficiência
energética global, pois passa a existir uma área de fachada menor, com vãos envidraçados concentrados nas
zonas de maior incidência solar, que possibilitam um melhor controlo das condições de conforto interiores (The
Solar Decathlon Partnership 2009; Hegger 2009; Darmstadt Echnische Universitat 2009).
CONCLUSÕES DO CAPÍTULO Os casos de estudo analisados permitem quantificar sobretudo o impacto que certas soluções e tecnologias têm
na redução de consumo energético em edifícios. A integração de vários sistemas num só edifício permite também
avaliar a forma como interagem para melhorar a eficiência energética global do edifício. Na Tabela 4.8 estão
quantificados estes dois parâmetros de análise de acordo com as medições de consumos energéticos reais e com
os valores de transmissão térmica dos vários isolamentos utilizados. A redução do consumo energético foi
calculada pela através do consumo de energia por metro quadrado destes edifícios quando comparados com
edifícios correntes e o aumento da eficiência energética foi calculada comparando o desempenho dos sistemas
de isolamento, ventilação e iluminação inovadores com os sistemas convencionais utilizados em edifícios
correntes.
A aplicação de sistemas automáticos num edifício como o Instituto Superior Técnico, com taxas de ocupação de
espaços muito variáveis, revelou-se eficaz sobretudo no controlo da iluminação e dos sistemas AVAC. A
otimização da utilização destes dois sistemas reduziu o consumo energético do edifício e promoveu alterações
comportamentais dos seus ocupantes, permitindo atingir reduções de consumo entre 10% e 40%.
No Hospital de Cascais a utilização de um piso técnico flexibilizou o espaço interior do hospital e facilitou a
manutenção do sistema AVAC que, aliado a um sistema de gestão da manutenção informatizado, permitiu uma
redução de consumos energéticos de 5%.
A utilização de sistemas passivos de controlo térmico, iluminação e ventilação num edifício de escritórios, como
o solar XXI, permitiu atingir condições de conforto interior personalizadas e extremamente eficientes. Os
sistemas complementam-se na gestão das condições interiores e permitem um aumento da eficiência energética
do edifício de 53% aliado a uma redução de consumo energético na ordem dos 48%.
Finalmente, foi investigada a interação entre isolamentos em vácuo e materiais de mudança de fase. O PCM tem
a função de aumentar a inercia térmica do edifício e contribuir para as necessidades de
aquecimento/arrefecimento, não dispensando isolamento eficiente. Os painéis de isolamento em vácuo
garantem um isolamento térmico altamente eficiente, que aliado a uma gestão térmica das condições interiores
109
através do sistema de ventilação natural com PCM, promovem uma redução do consumo energético do edifício
de 29% e um aumento da eficiência energética de 49%.
Tabela 4.8 – Resumo dos resultados dos edifícios analisados nos casos de estudo
Caso de estudo Redução de consumo
energético (%)
Aumento da eficiência
energética (%) Sistemas integrados
Instituto
Superior
Técnico
10% – 40% 0% Iluminação e AVAC automatizados
Hospital de
cascais 5% 0%
Sistema de gestão de manutenção e
ventilação natural
Edifício Solar
XXI 48% 53%
Fachada ativa ABE, Iluminação e
ventilação natural
SurPlus Home 29% 49% Isolamentos VIP e PCM na cobertura e
no sistema de ventilação natural
Estes valores constituem a base para o próximo capítulo onde se vai proceder a avaliação e integração destas
soluções e tecnologias num edifício modelo de escritórios.
110
111
5. PROPOSTAS DE INTEGRAÇÃO
INTRODUÇÃO Neste capítulo pretende-se avaliar e quantificar os benefícios que as tecnologias e soluções construtivas
abordadas no terceiro capítulo podem oferecer à construção de edifícios. Para tal, é utilizado um edifício modelo
de ocupação mista, com escritórios e apartamentos residenciais, onde estas soluções são integradas e
comparadas com soluções convencionais, cumprindo os regulamentos nacionais de conforto térmico, qualidade
do ar interior e iluminação para o edifício. São então apresentadas três propostas de integração e avaliado o seu
desempenho, com o objetivo de encontrar a melhor solução construtiva com tecnologias inovadoras.
PROPOSTA DE INTEGRAÇÃO São definidos três níveis de integração e aplicação desta metodologia em edifícios, de complexidade, custo e
eficiência crescentes:
Figura 5.1 – Estrutura da proposta de integração e as suas fases
Partindo do princípio que se procura otimizar o ciclo de vida destes materiais e produtos, será tentada uma
integração entre os vários níveis de intervenção sugeridos, combinando tecnologias e materiais que podem ser
aplicados na construção de edifícios novos ou na reabilitação de edifícios já construídos que permitam atingir os
objetivos propostos para redução de consumo energético em edifícios, redução de emissão de gases de estufa e
eficiente utilização de materiais e tecnologias. Esta integração visa principalmente promover a reutilização dos
produtos e materiais de diferentes áreas e o ótimo funcionamento integrado dos mesmos quando combinados
num edifício, resumidos na Tabela 5.1.
2 Integração moderada
3 Integração total
1Integração
ligeira
112
Tabela 5.1 – Proposta de integração
Integração Ligeira Integração moderada Integração total
Métodos
construtivos
Sistemas de distribuição integrados
Pré-fabricação
Núcleos de serviços
centrais
Construção Modular
Fabricação avançada
Eficiência
energética
Painéis de isolamento a vácuo
Aerogel
Materiais de mudança de estado
Janelas inteligentes
Ventilação natural
Sistemas óticos de
iluminação natural
Sistema composto de
eficiência energética
Sistemas de
informação
Sistemas de monitorização e
otimização de consumo Sensores e interfaces
Sistema de automação de
edifícios
Esta estratégia integra as áreas-chave propostas pela união europeia com a exceção da geração de energia
renovável, pois embora possa ser integrada na construção de edifícios, a sua investigação e desenvolvimento
não é feita dentro da esfera da engenharia civil e construção.
EDIFÍCIO MODELO O edifício modelo é retangular em planta, apresentando uma estrutura porticada com uma área de implantação
de 1000m2 e 8 andares acima do solo, com cobertura plana não acessível. As fundações assentam sobre um solo
rochoso e não são analisadas em detalhe. O dimensionamento deste ediíicio modelo foi baseado na consulta dos
dados do Instituto Nacional de Estatística (INE), considerando-se o mais representativo da tipologia dos edificios
construidos no Porto e em Lisboa.
Tabela 5.2 – Características da edifício modelo
Estrutura
(Pilares vigas e lajes) Betão armado cofrado e betonado in-situ
Envolvente
(Fachada)
Alvenaria parede dupla com isolamento dentro da caixa de ar
Vidros duplos incolores
Cobertura
(Cobertura plana não acessível) Laje betão com isolamento interior
Iluminação
(Artificial e natural)
Lâmpadas florescentes
16% Área útil de envidraçados
Ventilação
(Artificial ou natural) Sistema AVAC ou sistemas de climatização passivas
113
As necessidades de conforto interior são calculadas como se se tratasse de um edifício de escritórios e sem
sistema de climatização centralizada, maximizando a flexibilidade de ocupação de todos os andares do edifício.
O edifício é localizado em lisboa com os seguintes requisitos de conforto interior, retirados do regulamento das
características de comportamento térmico dos edifícios (RCCTE). O regulamento consultado é o que está em
vigor desde 2006, não tendo sido utilizado o regulamento mais recente pois, à data da realização desta
dissertação ainda nao tinha sido implementado.
Tabela 5.3 – Requisitos de conforto interior considerados (Diario da republica, 2006)
Ventilação
(Caudal mínimo)
Piso 3000 m3/h
Edifício 24000 m3/h
Iluminação
(Iluminância mínima) Piso 500 lux
Térmica
(coeficiente de transmissão de calor máximo)
Envolvente (opaca) 1,8 W/m².K
Cobertura 1,25 W/m².K
Fator solar
(fator solar máximo) Vãos envidraçados 0,56
5.3.1 EDIFÍCIO DE CONSTRUÇÃO CORRENTE É apresentado um edifcio de construido utilizando técnicas tradicionais e soluções correntes para que possa ser
feita a comparação quantitativa das várias propostas de integração. O edifício de 8 andares é então executado
como uma estrutura porticada com elementos estruturais de betão armado e paredes duplas de alvenaria de
tijolo. As características da construção corrente são apresentadas na Tabela 5.4.
Tabela 5.4 – Características do edifício em construção corrente.
Sistemas construtivos Custo unitário
Elementos Tempo de execução unitário
Tempo de execução total
Custo (€)
Laje 60€/m2 9000 m2 57 min /m2 356 540.000,0
Viga 27,9 € /m 3539,2 m 10 min / m 25 98.743,7
Pilar 133,25 €/pilar 392 Pilares 12 min / pilar 3 52.234,0
Fachada de parede dupla de alvenaria de tijolo 25 €/m2 1857 m2 52 min / m2 67 46.425,0 Secagem do betão 0 € 8 Pisos 10 dias/ piso 80 0
Isolamento térmico Custo unitário
Dimensões / quantidades
Transmissão térmica
Custo (€)
Opaco XPS fachadas 7,3 €/m2 2476 m2 0,44 W/m2.K 18.074,1 XPS
Cobertura 7,3 €/m2 1000 m2 0,81 W/m2.K 7.300,0
Envidraçados Vidro duplo 34 €/m2 661 m2 2,8 W/m2.K 22.474,0
Ventilação Custo unitário
Caudal de ventilação unitário
Dimensões / quantidades
Caudal de ventilação total
Custo (€)
AVAC central 52,5 €/m2 2000 m3/h 8000 m2 16000 m3/h 420.000,0
Iluminação Custo unitário
Fluxo luminoso (Lumens)
Dimensões / quantidades
Iluminância (lux)
Custo (€)
Lâmpada florescente compacta 3.1 €/unid 130 - 3000 167/ Piso 500 4.141,6 €
Este edifício de construção corrente apresenta um custo final aproximado de 1.209.393,1€ e um tempo de
execução de 531 dias de trabalho.
114
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO Para que possa ser feita uma avaliação quantitativa e qualitativa das soluções, torna-se necessário analisar as
tecnologias sugeridas de uma forma objetiva. Pretende-se quantificar o custo de execução de cada solução e os
potenciais benefícios da sua implementação quando comparados com soluções convencionais na Tabela 5.5.
O custo das soluções analisadas é apresentado dentro de um intervalo visto que vários fabricantes foram
consultados a nível internacional, fazendo variar o custo das matérias-primas da mão-de-obra e das tecnologias.
A aplicação representa os elementos construtivos que cada tecnologia visa substituir ou melhorar. O tempo de
execução é calculado com base em estimativas de tempo de construção dos vários elementos que compõem a
superestrutura e a envolvente do edifício em dias de trabalho contínuos de 24h.
Tabela 5.5 – Critérios de avaliação de tecnologias de acordo com a área de atuação
Critérios Métodos
construtivos
Isolamento
térmico
Ventilação
natural
Iluminação
natural
Sistemas
compostos
Tecnologias de
informação
Custo (€) ● ● ● ● ● ●
Aplicação ● ● ● ● ● ●
Potencial de
redução de resíduos
(%)
●
Tempo de execução
(dias de trabalho) ●
Potencial de
redução de
consumo energético
(%)
● ● ● ●
Potencial de
aumento da
eficiência energética
(%)
● ●
O cálculo das potenciais melhorias a nível energético e de produção de resíduos é quantificada da seguinte
maneira:
O potencial de redução de consumo energético é quantificado com base na redução de consumo que
as várias tecnologias apresentam quando comparadas com soluções construtivas convencionais, como
por exemplo a capacidade de aquecimento da fachada ativa no caso de estudo do edifício Solar XXI, que
diminui o consumo dos equipamentos de climatização do edifìcio.
O potencial de aumento da eficiência energética é quantificado com base na diferença de desempenho
das tecnologias quando comparadas com as soluções construtivas convencionais, como por exemplo
calculando a diferença de valores de coeficiente de transmissão térmica de um isolamento XPS e de um
isolamento aerogel.
115
O potencial de redução de resíduos é quantificado com base nos desperdícios não recicláveis que cada
um dos sistemas produz. Assim sendo, quanto menor a quantidade de resíduos não recicláveis
produzidos, maior o potencial de redução de resíduos.
Com a escolha destes critérios pretende-se promover uma comparação direta, qualitativa e quantitativa das
várias propostas de integração. O tempo de execução e a o potencial de redução de resíduos permitem comparar
os sistemas construtivos propostos e quantificar os benefícios que trazem à construção do edifício. A aplicação
permite identificar os elementos que são afetados pela integração das diferentes tecnologias. O potencial de
aumento da eficiência energética e de redução de consumo energético permitem comparar o impacto no
desempenho energético do edifício. O custo permite comparar a viabilidade económica de cada proposta.
5.4.1 PONDERAÇÕES De uma maneira geral, é relativamente fácil quantificar os benefícios que diferentes métodos construtivos
trazem para um edifício em termos de tempos de execução e custos associados. No entanto quando são
analisados sistemas de eficiência energética e sistemas de informação torna-se um processo mais complexo.
De forma a ser possível analisar os benefícios de cada solução para o edifício é necessário definir qual a
importância de cada sistema no comportamento energético global do edifício. Para tal recorre-se a um método
de ponderações onde cada sistema é classificado de acordo com a sua influência na eficiência energética e
redução de custos energéticos na Tabela 5.6. Este ranking é baseado num inquérito feito a empresas de
construção e exploração de edifícios desenvolvido pelo “Jornal of cleaner production”. (Roufechaei et al., 2014)
Tabela 5.6 – Ranking e ponderações afetas a cada solução para consideração da eficiência energética e redução de
consumos global.
Soluções Ranking de importância
Ponderações
Isolamento térmico 1 1 Iluminação 2 0,9 Ventilação natural 3 0,8 Sistemas de fachada 4 0,7 Sensores e interfaces 5 0,6 Sistemas de automação de edifícios 6 0,5 Contadores inteligentes 7 0,4
INTEGRAÇÃO LIGEIRA Focando-se em sistemas de distribuição de água, drenagem de águas residuais, eletricidade e ventilação
integrados pretende-se uma abordagem mais eficiente à distribuição de serviços, que facilite a manutenção e
durabilidade destes componentes. Seguidamente são apresentadas soluções de isolamento térmico e ventilação
natural que promovem a eficiência energética de edifícios de uma forma passiva e com baixo custo de compra
de materiais e equipamentos. Finalmente são introduzidos os sistemas de monitorização inteligentes que
permitem obter os consumos energéticos dos edifícios em tempo real e promover comportamentos dos
ocupantes energeticamente mais eficientes.
116
Na integração ligeira a estrutura do edifício é executada de maneira convencional com a integração de sistemas
de distribuição de serviços. Esta integração pode ser feita substituindo a laje de pavimento pelo sistema slimline
ou aplicando o sistema matura sobre a laje já existente.
Tabela 5.7 - Avaliação dos sistemas construtivos propostos
Custo unitário
Aplicação Tempo de execução (min/m2)
Tempo de execução total (dias de trabalho)
Custo total (€) Potencial de redução de resíduos
Slimline 150 €/m² 8 Lajes 7 39 1.200.000 € 60% - 80%
Matura 45€/m²
Pavimento flutuante
4 22 432.000 € 5% - 20%
Toda a envolvente do edifício é isolada recorrendo a painéis de isolamento em vácuo ou a placas de aerogel
aplicadas na caixa-de-ar entre os dois panos de alvenaria que constituem as fachadas e na cobertura.
Tabela 5.8 – Avaliação dos isolamentos térmicos propostos
Custo unitário (€/m²)
Aplicação Dimensões / quantidades (m2)
Custo total mínimo (€)
Custo total máximo (€)
Potencial de aumento da eficiência energética (%)
Potencial de redução de consumo energético (%)
VIP 10 - 20 Fachada e cobertura
3476 34.760,0 69.520,0 0 83
Sílica aerogel (placas)
18 - 43 Fachada e cobertura
3476 62.568,0 149.468,0 0 48
PCM micro/ macro encapsulado
10 - 32
Cobertura, pavimento e sistema de ventilação
2000 20.000,0 64.000 69 15
Janela cristais líquidos (filme)
180 - 250
Vãos envidraçados e janelas
661 118.980,0 165.250,0 54 Este: 8 - 52 Oeste: 11 - 51 Sul: 10 - 53
Janela cristais líquidos
230 - 430
661 152.030,0 284.230,0 54
Janela Electrocrómica (filme)
230 - 320
661 152.030,0 211.520,0 7
Janela Electrocrómica
320 - 400
661 211.520,0 264.400,0 7
Sílica aerogel (janelas)
42
661 27.762,0 € 27.762,0 € 48 0
São utilizados materiais de mudança de fase aplicados nas duas faces das lajes e incorporados no sistema de
ventilação para gestão das necessidades de aquecimento/arrefecimento do edifício. Os vãos envidraçados são
compostos por janelas de cristais líquidos ou janelas electrocrómicas ou ainda aerogel de sílica transparente.
A ventilação natural assegura o caudal necessário ao edifício recorrendo a um de três sistemas principais: coletor
de vento, chaminé solar ou ventilador de turbina, todos instalados sobre a cobertura do edifício. As grelhas de
ventilação e a breathing wall funcionam como sistemas auxiliares de ventilação natural, sendo instalados na
fachada do edifício.
117
Tabela 5.9 – Avaliação de sistemas de ventilação natural propostos
Custo unitário
Aplicação Dimensões / quantidades
Caudal de ventilação total (m3/h)
Custo total mínimo (€)
Custo total máximo (€)
Potencial de redução de consumo energético (%)
Pri
nci
pa
l
Coletor de vento
3.500 € - 15.000 €
Cobertura 33 Coletores 23760 115.500,0 495.000,0 17 - 40
Chaminé Solar
14.500 - 36.000 €
Cobertura 6 Chaminés solares
23400 87.000,0 216.000,0 20 - 50
Ventilador de turbina
40 € / Peça
Cobertura 18 ventiladores
66600 720,0 720,0 15
Au
xilia
r Breathing Wall
ND Fachada 23,2x5 (m2) 129,92 ND ND 20
Grelhas de ventilação
10 - 40 €/m²
Duas por Fachada
0,8x31 (m2) 198,4 1.984,0 7.936,0 10
Finalmente são instalados contadores inteligentes, um por piso, no sistema de distribuição de água, gás e
eletricidade recorrendo a um dos seguintes sistemas da Tabela 5.10.
Tabela 5.10 - Avaliação dos contadores inteligentes propostos
Custo unitário Aplicação Custo total (€)
Potencial de redução de consumo energético (%)
WaterBeep (água) 12 € - 20 € /Mês Contador de água do piso 96,0 0 - 10
Re:dy (eletricidade) 100 € + 5,90 €/Mês Contador de eletricidade do piso Tomadas inteligentes
800,0 0 - 10
The owl (eletricidade) 60 € Contador de eletricidade do piso Tomadas inteligentes
480,0 0 - 10
Cloogy (eletricidade) 240 € Contador de eletricidade do piso Tomadas inteligentes
1.920,0 0 - 10
5.5.1 EXECUÇÃO DA PROPOSTA Nesta proposta de integração ligeira aposta-se na utilização do sistema matura. Este sistema é aplicado como
pavimento flutuante sobre a laje já existente. Desta forma, evita-se a criação de ligações diretas ao resto da
estrutura, necessária ao sistema slimline, e mantem-se um nível de flexibilidade elevado. Com um custo elevado
e uma razoável redução de resíduos, esta solução destaca-se pela flexibilidade que acrescenta ao
desenvolvimento dos serviços no espaço interior.
A nível de isolamentos térmicos, a aposta recai sobre um sistema com resultados já comprovados. O isolamento
da envolvente do edifício (fachadas e cobertura), recorrendo a painéis exteriores de isolamento em vácuo, VIPs,
e a integração de materiais de mudança de fase, PCM, na cobertura e pavimento. Nos vãos envidraçados a
escolha recai sobre as janelas de cristais líquidos pois o permitem não só um aumento de eficiência energética
como também uma redução dos consumos energéticos, a um custo acrescido baixo (vão envidraçado já
118
contemplado no custo total da tecnologia). Estes três sistemas permitem um aumento da inercia térmica do
edifício e um isolamento eficiente.
O sistema de ventilação natural faz uso da chaminé solar, associado a grelhas de ventilação instaladas nos
caixilhos das janelas e na fachada para promover fluxos de ventilação elevados. O facto da chaminé solar ser um
sistema passivo de elevada eficiência motivou esta escolha. A estratégia de ventilação natural contemplada faz
uso das grelhas de ventilação colocadas a duas cotas diferentes nas fachadas de cada piso para promover a
ventilação cruzada e de um só lado personalizada, recorrendo ao PCM instalado na caixa-de-ar entre os dois
panos de alvenaria como sistema de aquecimento/arrefecimento do ar insuflado. As chaminés solares
promovem a ventilação com base no efeito de chaminé recorrendo à interligação dos espaços independentes
com os espaços comuns do edifício de onde e feita a exaustão do ar.
A nível de contadores inteligentes foram escolhidos o sistema owl e o sistema waterbeep pois são os que
apresentam maior capacidade de integração num edifício de grandes dimensões.
INTEGRAÇÃO MODERADA Após a implementação de métodos construtivos eficientes em pequena escala são introduzidos os núcleos
centrais de serviços e a pré-fabricação de elementos estruturais na construção.
A nível de eficiência energética são introduzidos os sistemas óticos de iluminação natural e finalmente
introduzem-se os sistemas de sensores e interfaces que não só ajudam a monitorizar as condições de conforto
interior de edifícios, como também, através de algoritmos informáticos otimizam o seu funcionamento e
promovem uma interação constante com os ocupantes.
Tabela 5.11 – Avaliação do sistema construtivo proposto
Sistemas construtivos Custo unitário
Aplicação Tempo de execução
Tempo de execução total (dias trabalho)
Custo total (€)
Potencial de redução de resíduos (%)
Pré-fabricação Laje 80 €/m²
Superestrutura do edifico
29 min/m2 181 720.000,0 -47
Pilar 380 €/pilar 45,6 min / pilar 4 42.560,0 15 - 20 Viga 130 €/m 9 min /m viga 22 460.096,0 90 - 97
Núcleo serviço central Variável Estrutura de suporte a serviços
Variável Variável Variável 5 - 10
Na integração moderada a estrutura porticada do edifício é toda pré-fabricada, transportada e montada no local
utilizando ligações diretas com dispositivos de fixação entre elementos seguido de enchimento e vedação das
juntas.
119
Tabela 5.12 – Avaliação dos sistemas de iluminação propostos
Custo unitário
Aplicação Dimensões / quantidades
Custo total mínimo (€)
Custo total máximo (€)
Potencial de redução de consumo energético (%)
Sist
ema
1
Lente Fresnel Linear / calha parabólica
500 - 2000 € / Unidade
Cobertura 2 Coletores 1.000,0 4.000
20 - 45
Mini parabólica com rastreador de sol
200 - 500 € /Unidade
Cobertura 9 Parabólicas (conjuntos de 4)
1.800,0 4.500
Fibra ótica plástico / Vidro (máximo 20m com perdas de 72%)
10 €/m Todo o edifício
7 Feixes de fibra/piso 1323 m de fibra
13.230,0 13.230
Difusor hibrido (Led + fibra ótica)
50 - 100 € /unid
Iluminação 143 Lâmpadas / piso
42.900,0 85.800
LED 10 - 30 € /unid
Iluminação 143 Lâmpadas/piso
2.860,0 8.580 50 - 60
Sist
ema
2
Tubo Solar
400 - 1.500 € /unid + 30% tubos refletores
Cobertura 6 Tubos solares /piso
2.520,0 9.450
60
Difusor de luz 25 - 50 € / unid
Iluminação 6 Difusores / piso
1.200,0 2.400
LED 10 - 30 € /unid
Iluminação 143 Lâmpadas/piso
11.440,0 34.320 50 - 60
Sist
ema
s a
uxi
liare
s
Betão translucido (40% condições exteriores a 2 metros da parede)
1.000 € / m2 Fachada 248 m2 248.000,0 248.000 1 - 5
Microprismas eletromecânicos (40% condições exteriores a 2 metros das janelas)
ND Vãos envidraçados
132 m2 (20% de 661 m2)
ND ND 1 - 5
Legenda: ND - Não definido
O aproveitamento da iluminação natural assegura a iluminância necessária durante o dia e à noite recorrendo a
sistemas híbridos de iluminação natural e artificial. São concebidos dois sistemas principais e dois sistemas
auxiliares:
Sistema 1: Recorrendo a um coletor instalado na cobertura, lentes fresnel, calhas parabólica ou mini
parabólicas óticas, é encaminhada a luz para um sistema de distribuição de luz, composto por feixes de
19 fibras óticas de grande diâmetro, que servem difusores híbridos (led + fibra ótica) instalados nos 6
andares superiores do edifício. Nos restantes pisos são utilizadas lâmpadas led.
Sistema 2: Tubos solares são instalados na cobertura e na fachada na forma de grandes cúpulas
prismáticas que coletam e direcionam a luz para dentro do edifício, através de tubos radiantes que
emitem luz ao longo do seu desenvolvimento. Difusores dentro do edifício emitem luz para cada piso.
São também utilizadas lâmpadas led em todos os pisos como sistema de iluminação artificial.
120
Sistema auxiliar: é aplicada uma pelicula de microprismas eletromecânicos sobre a parte superior dos
vãos envidraçados de modo a direcionar os raios solares para dentro do edifício e é utilizado betão
translucido nas fachadas.
Finalmente são instalados sensores de humidade, temperatura e qualidade do ar dentro do edifício. Para tal
recorrem-se a soluções modulares de pequena complexidade, como os termostatos inteligentes nest e ecobee
e micro sensores instalados nos dispositivos móveis pessoais, ou então a redes de sensores sem fios mais
abrangentes e fiáveis em grandes edifícios.
Tabela 5.13 – Avaliação dos sistemas de sensores e interfaces propostos
Custo unitário
Aplicação Custo total (€)
Potencial de redução de consumo energético (%)
Micro sensores ND Dispositivos móveis dos ocupantes ND 0 - 40
Ecobee 340 € Termostato inteligente / piso 2.720,0 26
Nest 190 € Termostato inteligente / piso 1.520,0 20
Rede de sensores sem fios
17000 € Sensores sem fios instalados em vários pontos do edifício
136.000,0 0 - 40
Legenda: ND - Não definido
5.6.1 EXECUÇÃO DA PROPOSTA Nesta proposta de integração moderada aposta-se na execução de toda a superestrutura do edifico recorrendo
a elementos pré-fabricados de betão. Nestes elementos está contemplado também um núcleo de serviços
central que abastece todos os pisos do edifício. A flexibilidade dimensional, velocidade de execução e potencial
de redução de resíduos são os principais atrativos deste método construtivo.
A iluminação do edifício contempla a utilização do sistema 1, com recurso a conjuntos de 4 mini parabólicas com
rastreador de sol. Esta solução beneficia de ser de mais fácil integração no edifício pois as fibras óticas são muito
mais flexíveis e pequenas que os tubos solares. O sistema hibrido de distribuidores de luz permite garantir a
iluminância necessária dentro do edifício independentemente das condições exteriores e sem recurso a
iluminação artificial adicional. Como sistema auxiliar escolheu-se a aplicação de micro prismas eletromecânicos
nos vãos envidraçados pois apresentam-se como uma tecnologia extremamente promissora no
redireccionamento de luz para dentro do edifício.
A nível de sensores e interfaces foi escolhida a rede de sensores sem fios aliada a micro sensores instalados nos
dispositivos móveis dos ocupantes por serem os mais adequados a edifícios destas dimensões. Os interfaces
dispostos no edifício permitem o controlo de vários cenários de iluminação e temperatura. Fazendo uso dos
dados recolhidos por cada dispositivo móvel dos ocupantes, é possível otimizar a eficiência do edifício. Esta
otimização torna as leituras de temperatura, humidade e iluminação mais fiáveis e permite analisar em detalhe
o comportamento dos ocupantes, aumentando o potencial de redução de consumo energético para intervalos
entre 20% - 40%.
121
INTEGRAÇÃO TOTAL Na integração total, ultima desta proposta, analisam-se tecnologias que ainda não tiveram tempo para se
tornarem soluções comerciais correntes, devido à incerteza do seu comportamento em condições reais, sendo
necessário desenvolver mais investigação para que tal aconteça.
Métodos construtivos inovadores como a construção modular e a fabrico avançado são analisados como
alternativa aos atuais métodos construtivos. Na área da eficiência energética são analisados sistemas dinâmicos
de isolamento de fachadas e coberturas, de natureza modular, que promovem uma resposta ativa do edifício as
condições exteriores, permitindo uma mediação entre o ambiente interior e o ambiente exterior com baixo
consumo energético.
Finalmente é introduzido o conceito de automação de edifícios onde a gestão das condições de conforto térmico,
qualidade do ar e consumos de energia são integrados num só sistema que responde ativamente às necessidades
dos seus ocupantes.
A estrutura do edifico é construída através de um de dois sistemas construtivos: construção modular e
fabricação avançada.
Na construção modular o edifício é fabricado em módulos de 5 m x 10 m compostos por uma estrutura mista
metálica/betão, com lajes leves e paredes exteriores de betão já com isolamento e negativos para os vãos
envidraçados. Os módulos apenas têm capacidade resistente para suportar 5 andares, tendo os 3 primeiros
andares da estrutura de ser construídos de maneira convencional. Estes módulos apenas têm de ser montados
em obra e a sua fixação faz-se utilizando ligações diretas com dispositivos de fixação entre os módulos seguido
de enchimento e vedação das juntas.
Na fabricação avançada a estrutura do edifício é construída com recurso a grandes máquinas de contour crafting
que depositam betão in-situ sobre uma estrutura de suporte de forma automatizada, sendo colocadas lajes pré-
fabricadas entre pisos. A envolvente interior do edifício recorre à impressão 3d em fábrica para conseguirem
criar paredes com “negativos” para a integração de serviços e isolamentos. As paredes são então transportadas
para obra e ligadas ao resto da estrutura recorrendo a ligações diretas com dispositivos de fixação entre
elementos seguido de enchimento e vedação das juntas.
A envolvente do edifício utiliza sistemas compostos de eficiência energética para controlar as condições do
ambiente interior. São utilizados os sistemas de fachada dinâmica ABE e CAS fixados com dispositivos de fixação
à superestrutura do edifício, seguido de enchimento e vedação das juntas. Opcionalmente são introduzidas as
varandas dinâmicas bloomframe e fakro como elementos de flexibilização de espaço útil na fachada e cobertura
(inclinada), também fixados com dispositivos de fixação à superestrutura do edifício.
122
Tabela 5.14 – Avaliação dos sistemas construtivos propostos
Custo unitário
Aplicação Tempo de execução
Tempo de execução total (dias)
Custo total mínimo (€)
Custo total máximo (€)
Potencial de redução de resíduos (%)
Construção modular
700 - 2100 €/m2
Edifício pronto (5 pisos)
27 min/m2
150 3.500.000,0 10.500.000,0
90 - 95 Construção convencional
92 €/ m2 super estrutura (3 pisos)
81 min/ m2
169 276.000,0
276.000,0
Contour crafting
56 € / m2
Superestrutura do edifício
3 min /m2 23 448.000,0 448.000,0 80 - 100
Impressão 3d 75 €/m2 Paredes interiores
3 min /m2 21 139.275,0 139.275,0 80 - 100
Tabela 5.15 – Avaliação dos sistemas compostos de eficiência energética propostos
Custo unitário
Aplicação Dimensões / quantidades
Custo total mínimo (€)
Custo total máximo (€)
Potencial de aumento de eficiência energética (%)
Potencial de redução de consumo energético (%)
ABE 250 €/m2 - 320 €/m2
Fachada Sul
900 - 3100 mm 793,6 m2
198.400,0 253.952,0 50 (vidro) + 68 (Opaco)
6
CAS 220 €/m2 - 400 €/m2
Fachada Sul
900 - 3100 mm 793,6 m2
174.592,0 317.440,0 7 (vidro) + 89 (opaco)
20
Bloomframe 8000 - 10000 € /Unidade
Fachada Sul
2620 x 1050 mm 10 Varandas/piso
640.000,0 800.000,0 57 (vidro) + -29 (opaco)
0
Fakro 3.000 € /Unidade
Cobertura (inclinada)
940 x 2550 mm 10 varandas /cobertura
30.000,0 30.000,0 54% (vidro) 0
É utilizado um sistema de automação integrado em todo o edifício. Este sistema faz uso da informação recolhida
pelos vários sensores instalados para controlar as condições de conforto interiores. Recorrendo a um conjunto
de atuadores que controlam a abertura das janelas e entradas de ventilação, os sistemas de sombreamento, o
sistema de iluminação e o sistema AVAC, caso exista, consegue-se uma melhoria significativa da eficiência
energética do edifício independente do comportamento dos ocupantes.
Tabela 5.16 - Avaliação do sistema de automação de edifícios propostos
Custo unitário Aplicação
Custo total mínimo (€)
Custo total máximo (€)
Potencial de redução de consumo energético (%)
Sistemas de automação de edifícios
10000 € - 40000 €
Sensores espalhados pelo edifício e atuadores nas janelas, condutas de ventilação, iluminação e AVAC
80000,0 320000,0 30 - 40
123
5.7.1 EXECUÇÃO DA PROPOSTA A nível do sistema construtivo foi escolhida a solução de construção modular. Devido às restrições de resistência
mecânica dos módulos apenas se podem executar os 5 pisos superiores do edifício com esta solução, sendo os
restantes 3 inferiores executados de maneira corrente. Esta solução é muito vantajosa do ponto de vista de
produção de resíduos e tempo de execução, sendo no entanto muito dispendiosa. O tempo de execução
apresentado garante um edifício pronto a utilizar, com acabamentos executados e com todos os serviços
integrados no edifício.
A fachada do edifício é composta por painéis pré fabricados que compõem a fachada adaptável CAS. Esta solução
apresenta uma grande área de vãos envidraçados, devidamente isolados, e a inclusão de materiais de mudança
de fase. Para além de apresentar o maior potencial de redução de consumo energético, promove uma fonte
abundante de iluminação natural, aumenta a inercia térmica do edifício e integra-se muito bem com o sistema
construtivo escolhido.
Finalmente, o sistema de automação de edifícios, faz uso de uma rede de sensores sem fios aliada a um conjunto
de atuadores sobre janelas, sistemas de ventilação, sistemas AVAC e iluminação, para garantir que todas os
requisitos de conforto interior são cumpridos. Este sistema tem uma influência direta sobre a eficiência dos
restantes sistemas instalados pois tem a capacidade de “aprender” com o comportamento dos ocupantes e assim
otimizar as soluções instaladas de forma automática.
CONCLUSÕES DO CAPÍTULO Analisam-se as propostas escolhidas para a avaliação do cumprimento dos objetivos propostos:
Eficiente utilização de recursos na construção de edifícios
Aumento da eficiência energética em edifícios
Redução do consumo energético em edifícios em 20%
As propostas apresentadas demonstram que, para se conseguir uma redução de resíduos consideráveis nos
sistemas construtivos, é necessário um investimento avultado numa obra destas dimensões. Promovem também
progressivamente uma flexibilização dos edifícios, permitindo uma maior gama de utilizações e configurações,
bem como a sua desconstrução eficaz. Os tempos de execução são progressivamente reduzidos e permitem
prazos de entrega de obras mais curtos e com grande controlo de qualidade.
Traça-se assim um possível caminho para o cumprimento do objetivo de uma eficiente utilização de recursos na
construção de edifícios, como apresentado na Tabela 5.17.
Representados na Tabela 5.18, os sistemas de eficiência energética e sistemas de informação propostos traçam
um caminho faseado para o cumprimento dos objetivos propostos. Na primeira proposta o foco está em
melhorar a eficiência energética do edifício pois tem um retorno imediato no aumento da qualidade da
construção. Na segunda proposta o foco passa para a redução dos consumos do edifício onde há um retorno
maior do investimento, exige um menor esforço financeiro mas apresenta um baixo impacto na qualidade da
124
construção. Finalmente, na terceira proposta as soluções apresentam desempenhos mais equilibrados, fruto da
sua capacidade de adaptação e resposta as condições exteriores ao edifício.
Tabela 5.17 – Avaliação das propostas de sistemas construtivos
Critérios Avaliação
Soluções escolhidas
Lig
eira
Potencial de redução de resíduos (%)
12,5%
Execução de um pavimento flutuante com tubagens, instalações elétricas e condutas de ventilação integradas.
Custo acrescido (%) 35,7% mais caro
Tempo de execução (%) 0% (mesmo tempo de instalação de serviços)
Mo
der
ad
a
Potencial de redução de resíduos (%)
11,2%
Pré fabricação e montagem da superestrutura com núcleo de serviços central.
Custo acrescido (%) 44% mais caro
Tempo de execução (%) 46% Mais rápido
Tota
l
Potencial de redução de resíduos (%)
92,5% Construção corrente dos 3 pisos primeiros pisos do edifício. Elevação de módulos pré-fabricados para os restantes 5 pisos.
Custo acrescido (€) Entre 210,9% e 789,7% mais caro
Tempo de execução (%) 40% Mais rápido
Tabela 5.18 - Avaliação das propostas de eficiência energética e sistemas de informação
Critérios Avaliação ponderada Total
Lig
eira
Potencial de Redução de consumo energético (%) 8,4% (isolamento térmico) + 2% (contadores inteligentes)
10,4%
Potencial de Aumento da eficiência energética (%) 10,5% (isolamento térmico) + 18% (ventilação natural)
28,5%
Custo acrescido (%) Entre 11,6% e 27,3% mais caro
Mo
der
ad
a Potencial de redução de consumo energético (%) 12,6% (iluminação hibrida) + 18% (sensores e interfaces)
30,6%
Potencial de Aumento da eficiência energética (%) 0% 0%
Custo acrescido (%) Entre 7% e 21% mais caro
Tota
l
Potencial de redução de consumo energético (%) 14% (fachada CAS) + 17,5% (automação de edifícios)
31,5%
Potencial de aumento da eficiência energética (%) 16,4% (fachada CAS) 16,4%
Custo acrescido (%) Entre 21,1% e 52,7% mais caro
125
6. CONCLUSÃO E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
CONCLUSÕES GERAIS Na conclusão desta dissertação percebe-se que o caminho para a inovação na construção depende de uma
cooperação e comprometimento geral de todos os agentes do setor construtivo, desde os decisores políticos,
passando pelas construtoras e fabricantes, até aos utilizadores finais. As soluções que foram sugeridas não
apresentam grande complexidade quando consideradas ainda na fase de projeto de um edifício. A complexidade
aumenta quando se tenta a sua aplicação em obras de reabilitação de edifícios. O desempenho geral das soluções
é considerado positivo visto que atua sobre os três objetivos propostos pela união europeia e que seguindo as
propostas de integração se conseguem alcançar esses objetivos.
Foi feito um estudo da literatura existente sobre a teoria da inovação que inclui as várias definições que foi
adquirindo ao longo do tempo, os principais agentes intervenientes e modelos de classificação. Após a definição
do setor da construção português e europeu, foi possível concluir que o modelo de inovação de Chandy e Tellis
seria o mais indicado para ser transposto para o setor da construção, possibilitando uma classificação dos vários
tipos de inovação existentes.
A definição de uma estratégia para a inovação na construção atual baseou-se num documento oficial emitido
pela União Europeia denominado de Horizonte 2020. Trata-se de um plano transversal a todos os sectores
económicos e tem um impacto profundo no setor da construção, onde são definidos vários objetivos para a
construção de edifícios aliados a um plano de investimento comunitário ambicioso, como a redução de resíduos
da construção, o aumento da eficiência energética e a diminuição do consumo de energeia em edifícios.
Com o foco neste plano de ação foi proposto um conceito de construção de edifícios, denominado de eficiência
inteligente. Nesta proposta foram analisadas e caracterizadas soluções construtivas e tecnologias aplicáveis à
construção de edifícios que visam o cumprimento destes objetivos e que contribuem uma nova fase de inovação
tecnológica na construção civil. As principais áreas onde foram identificadas soluções inovadoras foram as de
isolamento térmico, ventilação, iluminação natural em edifícios e sistemas de informação.
O conceito de eficiência inteligente e a metodologia proposta permitiram que os objetivos definidos fossem
alcançados e que fosse acrescentada flexibilidade aos componentes do edifício com ciclo de vida mais curto,
promovida a maior eficiência energética através da utilização de materiais e sistemas compostos, e melhorada a
monitorização e automação do edifício para uma mais rápida resposta a mudanças das condições exteriores.
Conclui-se que a integração de painéis de isolamento em vácuo, ou VIP, e materiais de mudança de fase, ou PCM,
ajudam a aumentar a massa térmica do edifício e minimizam as variações de temperatura no seu interior. A
utilização de chaminés solares na cobertura e grelhas de ventilação na fachada permitem uma poupança
energética alta e promovem um arrefecimento/aquecimento do edifico sem recurso a sistemas AVAC. A
iluminação hibrida com recurso a mini parabólicas consegue diminuir o consumo energético do edifício e aliada
126
a sistemas inteligentes de monitorização de consumo e condições interiores. Concentrando isolamento térmico
e ventilação natural num elemento de fachada como a fachada CAS (fachada adaptável) garante uma melhor
gestão da temperatura interior e acrescenta valor a este elemento construtivo. A utilização de sistemas
inteligentes de monotorização das condições interiores e a automação de processos aumenta a eficiência de
todos estes sistemas mencionados e ajuda a promover comportamentos energeticamente mais responsáveis por
parte dos ocupantes do edifício.
A nível de sistemas construtivos foram analisados três métodos de execução de edifícios. O sistema matura
garante uma flexibilização do tipo de ocupação do edifício e a prefabricação e construção modular possibilitam
uma redução do tempo de construção e da quantidade de resíduos produzidos.
Para a validação da proposta foram também analisados edifícios comerciais que utilizaram soluções inovadoras
e permitiram uma avaliação real da eficácia das soluções estudadas na proposta. O resultado final da dissertação
culminou na definição de um plano de ação para a inovação da construção de edifícios a nível comunitário.
CONCLUSÕES ESPECÍFICAS Foram identificadas todas as etapas para a correta implementação da proposta com a definição de uma
estratégia de inovação, a seleção de soluções e tecnologias inovadoras, a proposta de implementação em
edifícios, a sua validação com base em casos de estudo e a avaliação final. A partir da elaboração deste plano foi
possível chegar às seguintes conclusões:
A estratégia de inovação na construção deve focar-se na interação entre o setor privado e publico. A cooperação
entre centros de investigação e empresas privadas permite o desenvolvimento a curto e longo prazo de produtos
inovadores para a construção. Apostando em inovações incrementais e modulares, com menor investimento, é
possível desenvolver soluções a curto prazo.
As inovações de complexidade superior, exigem tempos de investigação e desenvolvimento mais longos e um
maior capital de investimento, mas garantem produtos para a construção com qualidade superior, maior
integração e funcionam como vantagem competitiva diferenciadora para as instituições e empresas envolvidas.
A difusão da inovação deve ser tratada como uma prioridade para o sucesso deste plano de ação, sendo as
pequenas e médias empresas de construção as principais impulsionadoras da introdução e experimentação
destas novas soluções nos mercados. São estas as empresas que compõem a maior parte do tecido empresarial
europeu e que o maior número de agentes incorporam com capacidade de implementar mudanças no setor. O
grande desafio reside na necessidade de investimento avultado que este papel acarreta, mas tal entrave pode
ser amenizado ao recorrerem aos mecanismos de financiamento recém-criados pela União Europeia. A agenda
2020 exige que os projetos candidatos aos mecanismos de financiamento cumpram determinadas metas na
construção e exploração de edifícios, tento em vista os objetivos traçados pelo documento.
127
A maioria das soluções inovadoras apresentadas para aplicação em reabilitação e construção de edifícios, são do
tipo incremental, modular e de sistema por serem possíveis difundir recorrendo a empresas individuais com
contacto direto com os proprietários da obra, neste caso as pequenas e médias empresas de construção.
Nos sistemas construtivos verificou-se que a separação dos vários componentes em elementos independentes,
facilitando a desconstrução e aumentando o ciclo de vida dos edifícios tem um impacto significativo no aumento
da sustentabilidade do processo construtivo. Desde a primeira proposta, onde apenas os serviços são
flexibilizados, até à última, onde parte da super estrutura é composta por módulos completamente
independentes, verifica-se que há um aumento da independência dos vários elementos e uma crescente
diminuição de produção de resíduos. O custo deste tipo de sistemas construtivos aumenta ao mesmo ritmo que
se flexibiliza a estrutura, mas garante uma maior qualidade na execução dos edifícios, prazos mais reduzidos, e
menor desperdício de materiais.
Na análise das soluções que influenciam diretamente a eficiência energética e consumos energéticos em edifícios
verificou-se que é possível atingir as metas definidas até 2020, reduzindo consumos energéticos em 20%,
aumentando a eficiência energética dos edifícios e diminuindo a produção de resíduos.
Conclui-se que os sistemas de isolamento térmico e ventilação natural têm um impacto repartido no
desempenho energético do edifício contribuindo para a redução de consumos energéticos em 10,4% e no
aumento da eficiência energética do edifício em 28,5%. Percebe-se também que a introdução destes materiais
equipamentos aumenta a qualidade da construção do edifício e o grau de passividade dos sistemas de eficiência
energética. A combinação de painéis de isolamento Vips, placas de PCM, e ventilação natural controlada melhora
a resposta do edifício as condições exteriores e acrescenta-lhe valor.
A proposta economicamente mais vantajosa, a de integração moderada, utiliza sistemas de iluminação híbridos
aliados a redes de sensores e interfaces inteligentes e resultam numa redução do consumo energético de 30,6%
. Tem também a vantagem de poder contribuir para a melhoria do comportamento dos ocupantes do edifício
através de uma interação simples e intuitiva com os vários sistemas tecnológicos implementados.
A proposta de integração total faz uso de sistemas compostos para aumentar a eficiência energética do edifício
em 16,4% e diminuir o consumo em 31,5%. Os sistemas tem a capacidade de responder ativamente na criação
de ambientes interiores controlados e, de forma automatizada, manter a qualidade e o conforto interior de um
edifício. Aqui culmina o conceito de eficiência inteligente, com sistemas inteligentes com interação física com o
edifício que proporcionam a otimização da resposta do edifício ao seu meio envolvente. Através de fachadas que
incorporam vários sistemas de isolamento, ventilação, aquecimento/arrefecimento e redes tecnológicas que
monitorizam e controlam todos os componentes do edifício, esta proposta demonstra ter o maior potencial de
redução de consumos e aumento de eficiência energética.
128
DESENVOLVIMENTOS FUTUROS Na elaboração desta dissertação estudou-se o potencial benéfico da introdução destas soluções e tecnologias
em edifícios, bem como todo o processo que leva à sua criação, desenvolvimento e implementação. Várias
questões surgiram ligadas a interação entre os vários agentes inerentes a inovação e ligadas à interação entre as
várias soluções propostas. Estas questões demonstram um grande potencial para estudos futuros.
Recomenda-se o estudo e definição mais clara do papel dos centros de investigação e universidades na inovação
na construção, e de que forma a sua ação pode ter mais impacto na criação de tecnologias e soluções para
edifícios e na formação dos inovadores do futuro.
Tendo analisado sistemas maioritariamente já comercializados, sugere-se o estudo da viabilidade económica da
criação de edifícios modelo por parte dos centros de investigação e universidades em Portugal. Recorrendo a
mecanismos de investimento comunitários e parecerias privadas, independentes de orçamentos para a
educação, pensa-se ser possível a realização destes projetos experimentais muito fiáveis e com valor
acrescentado para os envolvidos, como forma de fomentar esta fase crucial da inovação, a invenção.
Um estudo mais aprofundado de sobre os métodos de execução dos vários sistemas apresentados permitiria
obter um custo de execução mais ajustado à realidade nacional e comunitária e funcionaria como um guia prático
para pequenas e médias empresas de construção que pretendessem inovar nesse sentido.
Um estudo detalhado sobre a interação dos sistemas de informação com os ocupantes permitiria também
perceber o real valor que estes sistemas tecnológicos acrescentam ao edifício. Boas práticas energéticas dentro
um edifício podem ser estimuladas recorrendo a interfaces intuitivos que podem ser partilhados por todos os
ocupantes, através dos smatphones e tablets, aliados a um nível de automação elevada dos sistemas do edifício.
Desta forma a interação com o edifício passa do simplistico ligado/desligado para uma linguagem mais interativa.
A nível tecnológico vive-se uma era de constante atualização, progresso e reinvenção. Este ritmo difere do ritmo
da evolução da construção de edifícios, pelo que o estudo de plataformas de partilha de informação,
conhecimento e experiencia, entre empresas privadas e publicas é imperativo para que o processo de inovação
na construção seja mais rápido e continuo.
129
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Acs, Z.J., Audretsch D.B., “Innovation and Small Firms”. MIT Press, Cambridge, MA, 1990. Administração central do Sistema de saude. 2013a. “Ranking de Eficiência Energética E Hídrica Hospitais Do SNS.” Administração central do Sistema de saude. 2013b. “Relatorio de Monitorização Trimestral de Energia, Agua E
Residuos”, 1 – 38. Aelenei, Laura, and Carlos Rodrigues. 2006. “SOLAR XXI : A Portuguese Office Building towards Net Zero-Energy
Building”, no. March 2012: 34–40. Aelenei, Laura, and Helder Gonçalves. 2013. “From Solar Building Design to Net Zero Energy Buildings :
Performance Insights of an Office Building.” International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 00: 23 – 25.
Aelenei, Laura, Helder Gonçalves, and Carlos Rodrigues. 2011. “The Road Towards ‘ Zero Energy ’ in Buildings : Lessons Learned from SOLARXXI Building in Portugal”, 1 – 8.
Afonso, F. P. et al., “ O sector da construção - diagnóstico e eixos de intervenção”. Lisboa: IAPMEI (Instituto de Apoio às Pequenas e Médias Empresas e ao Investimento). Observatório das PME, 1998.
Afuah, A. N., Bahram, N. , “The Hypercube of Innovation.” Research Policy, 24, 1995. Afuah, A., “Innovation Management. Strategies, Implementations and Profits”. Oxford University Press, 1998. Alam, M., H. Singh, and M.C. Limbachiya. 2011. “Vacuum Insulation Panels (VIPs) for Building Construction
Industry – A Review of the Contemporary Developments and Future Directions.” Applied Energy 88 (11). Elsevier Ltd: 3592–3602.
Anne Landin and Per Kampe , “Industrializing the construction sector through innovation”. CIB World building congress, 2007.
Arditi, D., Kale, S. e Tangkar, M., “Innovation in Construction Equipment and its Flow into the Construction Industry”. Journal of Construction Engineering and Management, 1997.
Arundel, A. , “Enterprise strategies and barriers to innovation”. A. Arundel and R. Garre lfs, (eds) Innovation measurement and policies, EIMS publications, European Commission, 1997.
Ascione, Fabrizio, Nicola Bianco, Rosa Francesca De Masi, Filippo de’ Rossi, and Giuseppe Peter Vanoli. 2014. “Energy Refurbishment of Existing Buildings through the Use of Phase Change Materials: Energy Savings and Indoor Comfort in the Cooling Season.” Applied Energy 113 (January). Elsevier Ltd: 990–1007.
Aynsley, Richard. 2007. “Natural Ventilation in Passive Design Actions Towar Ds Sustainable Outcomes” 5 (1): 3–12.
Baetens, Ruben, Bjorn Petter Jelle, and Arild Gustavsen. 2010. “Properties, Requirements and Possibilities of Smart Windows for Dynamic Daylight and Solar Energy Control in Buildings: A State-of-the-Art Review.” Solar Energy Materials and Solar Cells 94 (2). Elsevier: 87–105.
Baetens, Ruben, Bjorn Petter Jelle, and Arild Gustavsen. 2011. “Aerogel Insulation for Building Applications: A State-of-the-Art Review.” Energy and Buildings 43 (4). Elsevier B.V. 761–69.
Baganha, M. I; Marques, José C; Góis, Pedro, “O Sector da Construção Civil e Obras Públicas em Portugal: 1990-2000”, 2010.
Bakens, Wim, “International trends in building & Construction research & development”, patorreb, 2009. Binz, Armin, Gregor Steinke, Hans Simmler, Zae-bayern Germany, Ulrich Heinemann, Hubert Schwab, and Martin
Tenpierik. 2005. “Vacuum Insulation in the Building Sector”, 1 – 111. Blackley and Shepard , “The Diffusion of Innovation in Home Building” Department of Economics, Le Moyne
College, Syracuse, New York 13214-1399, 1996. Blindenbach-Driessen F., van den Ende J. , “Innovation in Project-Based Firms: the Context Dependency of
Success Factors”, Research Policy, Vol. 35, 2006 Boer, Bart De, and Gerrit Jan Ruijg. 2011. “Climate Adaptive Building Shells for the Future – Optimization with an
Inverse Modelling Approach”, 1413–22. Bon, in A. Manso, “Construção e Obras Públicas”, Estudos e Documentos, N.º7, CGD, Dezembro 1993. Bosscher, Paul, Robert L. Williams, L. Sebastian Bryson, and Daniel Castro-Lacouture. 2007. “Cable-Suspended
Robotic Contour Crafting System.” Automation in Construction 17 (1): 45–55. Bossink , “Managing Drivers of Innovation in Construction Networks.”, Journal of Construction Engineering and
Management 130 (3), 2004 Breschi, S., Malerba, F., Orsenigo, L. , “Technological regimes and Schumpeterian patterns of innovation”,
Economic Journal, 110, 2000. Brito, Jorge De. 2004. “DESCONSTRUÇÃO - UMA VISÃO POSSÍVEL DO FUTURO DA”, 13–15.
130
Brown, Lester, “Building a Sustainable Society “,1981. Brzev, Svetlana, “Advanced technologies in housing construction”, British Columbia Institute of Technology,
Canada, 2001. Buswell, R A, A G F Gibb, R C Soar, and S A Austin. 2007. “Applying Future Industrialised Processes to
Construction”, 2536–47. Buswell, R.a., R.C. Soar, a.G.F. Gibb, and a. Thorpe. 2007. “Freeform Construction: Mega-Scale Rapid
Manufacturing for Construction.” Automation in Construction 16 (2): 224–31. Callow, By Joel. 2003. “Daylighting Using Tubular Light Guide Systems”, no. May. Castellacci, F. , “How does innovation differ across sectors in Europe? Evidence from the CIS-SIEPI database.”
University of Oslo, Centre for technology, innovation and culture, 2004 CERF , Civil Engineering Research Foundation. A nation-wide Survey of Civil Engineering-related R&D, American
Society of Civil Engineers, Washington, USA, 1993. Chandy e Tellis , “Radical Innovation Across Nations: The Preeminence of Corporate Culture”, Journal of
Marketing, American Marketing Association, 1998. Cohen W. M., Levinthal D. A. , “Innovation and Learning: the Two Faces of R&D”, Economic journal, Vol. 99, 1989. Costa, Luis F., “Estruturas, apoios e programas de inovação nacionais e europeus.”, Revista Ingenium, Outubro,
2013. Couto, Armanda bastos, João Pedro Couto, and José cardoso Teixeira. 2006. “Desconstrução – Uma Ferramenta
Para Sustentabilidade Da Construção”, no. 1: 1 – 9. CRISP , Construction Research and innovation Strategy panel. “Creating climate of innovation in construction”,
CRISP Motivation Group, London, UK, 1997. Cupelli, Daniela, Fiore Pasquale Nicoletta, Sabrina Manfredi, Marco Vivacqua, Patrizia Formoso, Giovanni De
Filpo, and Giuseppe Chidichimo. 2009. “Self-Adjusting Smart Windows Based on Polymer-Dispersed Liquid Crystals.” Solar Energy Materials and Solar Cells 93 (11). Elsevier: 2008–12.
Cuperus, Ype. 2001. “An Introduction to Open Building.” da Costa, António M. A. , “Integrar rumo à qualidade - a importância das novas tecnologias”. Q IC2006, 2006 Da Cruz, Sílvia I. D., “Inovação em Portugal: o caso do sector da construção”, Universidade de Aveiro, 2007. Darmstadt echnische Universitat. 2009. “Final Construction Drawings.” Solar Decathlon 2009, 1 – 429. Deb, Satyen K., Se H. Lee, C. Edwin Tracy, J. Roland Pitts, Brian a. Gregg, and Howard M. Branz. 2001. “Stand-
Alone Photovoltaic-Powered Electrochromic Smart Window.” Electrochimica Acta 46 (13-14): 2125–30. Dewick, P., Miozzo, M. , “Sustainable Technologies and the construction industry: an international assessment
of regulation, governance and firm networks.”, 2006. Diario da republica. 2006. “Regulamento Das Características de Comportamento Térmico Dos Edifícios.” Diario
Da Republica, 2468–2513. Dimitroulopoulou, C. 2012. “Ventilation in European Dwellings: A Review.” Building and Environment 47
(January). Elsevier Ltd: 109–25. Dolan, D.F. , “The British Construction Industry” (London, Macmillan Press), 1979. Douthwaite, B. , “Enabling Innovation: A practical guide to understanding and fostering technological
innovation”. Zed Books:London, UK, 2002 Dussault, Jean Michel, Louis Gosselin, and Tigran Galstian. 2012. “Integration of Smart Windows into Building
Design for Reduction of Yearly Overall Energy Consumption and Peak Loads.” Solar Energy 86 (11). Elsevier Ltd: 3405–16.
E-CORE , European Construction Research Network, “E-CORE Strategy for construction RTD.” A project by ECCREDI (European Council for Construction Research). http://www.e-core.org/, 2005.
ECTP , “Challenging and Changing Europe’s Built Environment: A Vision for a Sustainable and Competitive Construction Sector by 2030”. European Construction Technology Platform, European Commission, 2005.
Emilia van Egmond-deWilde de Ligny , “Innovation and Technology Diffusion in Construction by means of Strategic Niche Management”, 2008.
Euroconstruct , “Country Report” 75th Euroconstruct conference, Copenhagen, 2013. Euroconstruct , “Summary Report” 75th Euroconstruct conference, Copenhagen, 2013. European Commission , “EUROPE 2020: a strategy for smart, sustainable and inclusive growth”, CE, Bruxelas,
2010. European Commission , “Livro Verde sobre a Inovação”, CE, Bruxelas, 1995. Eurostat , “Eurostat regional yearbook 2013”, 2013. Eurostat , “Innovation and information society - statistics on science, technology and innovation”, 2013
131
Freeman , “The Nature of Innovation and the Evolution of the Productive System”, paper for the OECD International Seminar on Science, Technology and Economic Growth, 1989.
Gann D. M., “Putting Academic Ideas into Practice: Technological Progress and the Absorptive Capacity of Construction Organizations, Construction Management and Economics”, Vol. 19, 2001.
Gann, D. , “Innovation in the Construction Sector”,M. Dodgson & R. Rothwell (Eds), The Handbook of Industrial Innovation (Cheltenham, Edward Elgar), 1994.
García M. A., “Challenges of the Construction Sector in the Global Economy and the Knowledge Society”, International Journal of Strategic Property Management, Vol. 9, 2005.
Garcia, R., Calantone, R. , “A critical look at technological innovation typology and innovativeness terminology: a literature review”, Journal of Product Innovation Management, Vol. 19 No. 2, 2002.
Ghisi, Enedir, and John a. Tinker. 2006. “Evaluating the Potential for Energy Savings on Lighting by Integrating Fibre Optics in Buildings.” Building and Environment 41 (12): 1611–21.
Gijsbers, Ir R. 2005. “Towards Adaptability in Structures to Extend the Functional Lifespan of Buildings Related to Flexibility in Future Use of Space”, 1 – 5.
Gomes, Ricardo P., “Portuguese Construction Internationalization: Key Figures and Main Markets”, Ordem dos engenheiros, Portugal, 2013.
Gomes, Ricardo, Gonçalo Almeida, Henrique Pombeiro, Paulo Carreira, Miguel Carvalho, and Pedro Domingues. 2013. “Smart campus – Building-User Learning Interaction for Energy Efficiency.” Smart campus, 1 – 46.
Gonçalves, Helder, and Cristina Horta. 2005. “EdifícioSOLAR XXI Um Edifício Energeticamente Eficiente Em Portugal”, 1 – 6.
Gosling, Jonathan, Paola Sassi, Mohamed Naim, and Robert Lark. 2013. “Adaptable Buildings: A Systems Approach.” Sustainable Cities and Society 7 (July). Elsevier B.V. 44–51.
Grupo Teixeira Duarte. 2014. “GESTÃO INTEGRADA DE EDIFÍCIOS -HOSPITAL DE CASCAIS CASE STUDY 18-07-2014”, 1 – 58.
Gustavsen, Arild, and Ruben Baetens. 2010. “The High Performance Thermal Building Insulation Materials and”, 1 – 9.
Han, H. J., Y. I. Jeon, S. H. Lim, W. W. Kim, and K. Chen. 2010. “New Developments in Illumination, Heating and Cooling Technologies for Energy-Efficient Buildings.” Energy 35 (6). Elsevier: 2647–53.
Han, Hyunjoo, and Jeong Tai Kim. 2010. “Application of High-Density Daylight for Indoor Illumination.” Energy 35 (6). Elsevier: 2654–66.
Hasselaar, Bas, and Remco Looman. 2007. “The Climate Adaptive Skin , the Integral Solution to the Conflict between Comfort and Energy Performance”, 1115–25.
Hegger, Manfred. 2009. “Project Manual.” Solar Decathlon 2009, 1 – 127. Henderson R.M. & K.B. Clark , "Architectural Innovation: The Reconfiguration of Existing Product Technologies
and the Failure of Established Firms", Administrative Science Quarterly, 1990. Hendriks, Nico A, Haico Van Nunen, and Paul G S Rutten. 2002. “Project Flexible Breakthrough Methodology And
Design”, 1–8. Hennetier, Luc , “O papel dos nanomateriais na construção sustentável”, CTCV, Coimbra, Portugal, 2012 Hou, L, J Zhang, N Smith, J Yang, and J Heikenfeld. 2010. “A Full Description of a Scalable Microfabrication Process
for Arrayed Electrowetting Microprisms.” Journal of Micromechanics and Microengineering 20 (1): 1 – 12.
Imbabi, M. S E. 2006. “Modular Breathing Panels for Energy Efficient, Healthy Building Construction.” Renewable Energy 31 (5): 729–38.
Imbabi, Ms, and a Peacock. 2003. “Smart Breathing Walls for Integrated Ventilation, Heat Exchange, Energy Efficiency and Air Filtration.” Invited Paper, Joint ASHRAE/CIBSE Conference, …, 1–21. http://www.cibse.org/pdfs/8cimbabi.pdf.
InCI , “O Sector da Construção em Portugal ‐ 2012”, Instituto da Construção e do Imobiliário, Ministério da Economia e do Emprego, 2012.
Ishiguro, Bunya, Takashi Arai, Ryoji Yoshitake, Masao Kato, Yasuto Morishima, and Nobuhiro Takasaki. 1997. “Of Automated Weather-Unaffected Construction System Building” 6: 215–27.
J&P Building Systems Limited. 2005. “Invisible Connections”, November. Routledge, 1 – 8. Joyce, António. “Edifício Solar XXI : Introdução.” Khan, Naghman, Yuehong Su, and Saffa B. Riffat. 2008. “A Review on Wind Driven Ventilation Techniques.”
Energy and Buildings 40 (8): 1586–1604. Khire, Ritesh a., Achille Messac, and Steven Van Dessel. 2005. “Design of Thermoelectric Heat Pump Unit for
Active Building Envelope Systems.” International Journal of Heat and Mass Transfer 48 (19-20): 4028–40.
132
Khoshnevis, Behrokh. 2004. “Automated Construction by Contour Crafting—related Robotics and Information Technologies.” Automation in Construction 13 (1): 5–19. doi:10.1016/j.autcon.2003.08.012.
Kimber, Mark, William W. Clark, and Laura Schaefer. 2014. “Conceptual Analysis and Design of a Partitioned Multifunctional Smart Insulation.” Applied Energy 114 (February). Elsevier Ltd: 310–19.
Kippo, Asko, and Veikko Koivumaa. 2014. “D2 . 3 – SMART CAMPUS Energy Audit”, 1 – 103. Koivu T., Mäntylä K., Loikkanen K., Appel M., Pulakka S. , “Innovaatiotoiminnan Kehittäminen Rakennus- ja
Kiinteistöklusterissa.” VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, VTT Research Notes, Espoo, 2103. KOTLER, Philip; Armstrong, Gary . “Princípios de marketing”. Prentice/Hall do Brasil, 1993. LI, HENG , “Virtual experiment of innovative construction operations. Automation in Construction”, 12, 2003. Lichtenberg, Jos. 2004. “A Rethinking of Building , a Strategy for Product Development”, no. September: 19–22. Lichtenberg, Jos. 2006. “Slimbouwen , a Strategy for Efficient and Sustainable Building Innovation”, 1 – 11. litracon. 2010. “TECHNICAL DATA SHEET / LITRACON”, 1. LLC, Newport Partners. 2005. “Concept Home Principles - Organized & Accessible Systems Research Summary”,
no. June: 1 – 32. Lomas, Kevin J. 2007. “Architectural Design of an Advanced Naturally Ventilated Building Form.” Energy and
Buildings 39 (2): 166–81. doi:10.1016/j.enbuild.2006.05.004. Loonen, R C G M, M Tr, D Cóstola, and J L M Hensen. 2010. “Performance Simulation of Climate Adaptive Building
Shells - Smart Energy Glass as a Case Study”, 1–19. Loonen, R C G M, M Tr, D Cóstola, and J L M Hensen. 2013. “Climate Adaptive Building Shells : State-of-the-Art
and Future Challenges” 25: 483–93. Lopes, Jorge, “The impact of Economic and Monetary Union on the Construction Market in Portugal”, RICS
Research Conference – Cutting Edge 2000, London, 2000. Lundvall, B. A. , “National Systems of Innovation”, Pinter, London, 1992. Male, S., Stocks, R. , “Competitive Advantage in Construction”. (London, Butterworth–Heinemann), 1991. Malerba, F., Orsenigo, L. , “Technological regimes and firm behavior”, Industrial and Corporate Change, vol.2,
1993. Manley K.J. , “Against the Odds: Small firms in Australia Successfully Introducing new Technology on Construction
Projects”, Research Policy, Vol. 37 (10), 2008. Manseau, A. , “Who cares about the overall industry innovativeness?” Building Research & information, 26(4),
1998. Manso, A. Costa , “O futuro da indústria da construção a nível mundial”, Estudos e Documentos, Caixa Geral de
Depósitos nº 7, 1993. Manso, A. Costa, “O futuro da indústria da construção a nível mundial”, Estudos e Documentos, Caixa Geral de
Depósitos nº 7, pp 109 – 120, 1993. Meijer, David. 2010. “Infra+ Innovatief Vloerconcept Met Integrale Kostenbesparing”, 15–23. Ministério da saude. 2008. “Projecto de Execução Do Hospital de Cascais.” Ministério das Obras Públicas, Transportes e Comunicações , “Evolução recente dos sectores da construção e
habitação”, Gabinete de Estudos e Planeamento, Centro de Informação e Documentação, do Instituo Superior de Economia e Gestão (CID/ISEG), 1991.
Miozzo, M., Betts M., Clark, A., Grilo, A., “Deriving an IT-enabled Process Strategy for Construction”, Computers in Industry, 35, 1988.
Miozzo, M., Dewick, P. , “Building competitive advantage: innovation and corporate governance in European construction.” Research Policy, 31, 2002.
Miozzo, M., Ivory, C. , “Restructuring in the British Construction Industry: Implications of Recent Changes in Project Management and Technology”, Technology Analysis & Strategic Management, Vol.12, nº4, 2000.
Myers S, Marquis DG. , “Successful Industrial Innovations”, NSF 69-17. Washington D.C.: U.S. Government Printing Office, 1969.
Nunes, Catarina, Construção: O Desafio da especialização. Lisboa: GEPE - Gabinete de Estudos e Prospectiva Económica do Ministério da Economia, 2001
Oh, Seung Jin, Wongee Chun, Saffa B. Riffat, Young Il Jeon, Spencer Dutton, and Hyun Joo Han. 2013. “Computational Analysis on the Enhancement of Daylight Penetration into Dimly Lit Spaces: Light Tube vs. Fiber Optic Dish Concentrator.” Building and Environment 59 (January). Elsevier Ltd: 261–74.
Parameshwaran, R., and S. Kalaiselvam. 2013. “Energy Efficient Hybrid Nanocomposite-Based Cool Thermal Storage Air Conditioning System for Sustainable Buildings.” Energy 59 (September). Elsevier Ltd: 194–214.
Pendlebury, Martyn. 2007. “Architectural Freeform Construction : Does the Future Start Here ?”, 1–11.
133
Petter, Bjørn, Arild Gustavsen, and Steinar Grynning. 2010. “Nanotechnology and Possibilities for the Thermal Building Insulation Materials of Tomorrow”, 121–32.
Pires, L., Pedro D. Silva, and J.P. Castro Gomes. 2013. “Experimental Study of an Innovative Element for Passive Cooling of Buildings.” Sustainable Energy Technologies and Assessments 4 (December). Elsevier Ltd: 29–35.
Pombeiro, Henrique R M L, and Carlos A S Silva. 2014. “Linear , Fuzzy and Neural Networks Models for Definition of Baseline Consumption Early Findings from Two Test Beds in a University Campus in Portugal”, 1–7.
Portugal, Alexandre, “A colaboração entre universidades e empresas”, PTPC, COBA, Lisboa, 2012. Principi, Paolo, and Roberto Fioretti. 2012. “Thermal Analysis of the Application of Pcm and Low Emissivity
Coating in Hollow Bricks.” Energy and Buildings 51 (August). Elsevier B.V. 131–42. Pronk, Arno. 2011. “Presentation of a New Floor”, 263–74. Ramcharan, R., “Strategic impact of innovations in information technology in construction.” MSc thesis, MIT,
Cambridge, Mass, 1997. Rashwan, Ahmed, Osama Farag, and Wael Seddik Moustafa. 2013. “Energy Performance Analysis of Integrating
Building Envelopes with Nanomaterials.” International Journal of Sustainable Built Environment, no. December (December). The Gulf Organisation for Research and Development: 1 – 15.
Robby Soetanto, Andrew Dainty, Chris Goodier, Chris Harty, Simon Austin, Andrew Price, Tony Thorpe , “Synthesising emerging issues within key futures study reports in construction”, 2009.
Rogers Everett M., “Diffusion of Innovations” (Fourth Edition), New York, Free Press, 1995. Roufechaei, Kamand M., Abu Hassan Abu Bakar, and Amin Akhavan Tabassi. 2014. “Energy-Efficient Design for
Sustainable Housing Development.” Journal of Cleaner Production 65 (February). Elsevier Ltd: 380–88. Russell A.D., Tawiah P., De Zoysa S., “Project Innovation — a Function of Procurement Mode?”, Canadian Journal
of Civil Engineering, Vol. 33, 2006. Saadatian, Omidreza, Lim Chin Haw, K. Sopian, and M. Y. Sulaiman. 2012. “Review of Windcatcher Technologies.”
Renewable and Sustainable Energy Reviews 16 (3). Elsevier Ltd: 1477–95. Schartinger, D., “Sectoral Innovation Foresight – Construction Sector, Final Report Task 2”, Europe INNOVA
Sectoral Innovation Watch, for DG Enterprise and Industry, European Commission, Bruxelas, 2010. Schlanbusch, Reidun Dahl. 2013. “A New Nano Insulation Material for Applications in Zero Emission Buildings”,
1 – 94. Schmookler, J.. “The changing deficiency of the American economy.” Rev. of Economics and Statistics, 1952 Schot , J.W. & Rip, A., The past and future of constructive technology assessment, in: “Technology Forecasting
and Social Change”, 1996. Schulze, Tobias, and Ursula Eicker. 2013. “Controlled Natural Ventilation for Energy Efficient Buildings.” Energy
and Buildings 56 (January). Elsevier B.V. 221–32. doi:10.1016/j.enbuild.2012.07.044. Schumpeter, J.A., “The theory of economic development”. Harvard University Press, Cambridge (USA), 1934. Seabra, Miguel “O investimento na ciência e a valorização económica de conhecimento.”, Revista Ingenium,
Outubro, 2013. Seaden, G., Manseau, A., “Public policy and construction innovation.” Building Research & information, 29(3),
2001. Serra, S, M. de A. Derreira, and B. Pigozzo. 2004. “A Evolução Da Indústria Da Construção Civil Em Função Do Uso
de Pré - Fabricados Em Concreto (1)”, no. 1: 1 – 25. Short, C.a., M.J. Cook, and a. Woods. 2009. “Low Energy Ventilation and Cooling within an Urban Heat Island.”
Renewable Energy 34 (9). Elsevier Ltd: 2022–29. doi:10.1016/j.renene.2009.02.013. Silva, Monteiro. 2012. “Using pcm to improve building ’ s thermal performance”, 2–7. Slaughter, E. Sarah, “Implementation of construction innovations”, Building Research & Information, 28:1, 2010. Slaughter, S. E. , “Models of Construction innovation.”, Journal of Construction Engineering and Management,
Vol. 124, n.º3 , May/June, 1998. Slaughter, S. E., “Builders as sources of innovation.” Journal of Construction Engineering and Management,
119(3), 1993. Smith, Neil R, Don C Abeysinghe, Joseph W Haus, and Jason Heikenfeld. 2006. “Agile Wide-Angle Beam Steering
with Electrowetting Microprisms.” Optics Express 14 (14): 6557–63. Sorri, J., K. Kähkönen, and J. And Rannisto. 2013. “Construction Business with Innovative Cellular Structures ,
Modules and Buildings”, 1 – 12. Souitaris, V. “Technological trajectories as moderators of firm-level determinants of innovation”, Research Policy
31, 2002.
134
Squicciarini, M., A.-L. Asikainen , “Sectoral Innovation Performance in the Construction Sector. Final report Task 1”, Europe Innova Sectoral Innovation Watch, for DG Enterprise and Industry, European Commission, 2009.
Suleiman, S., and B. Himmo. 2012. “Direct Comfort Ventilation. Wisdom of the Past and Technology of the Future (wind-Catcher).” Sustainable Cities and Society 5 (1): 8–15.
Tekelioglu, Murat, and Byard D. Wood. 2009. “Solar Light Transmission of Polymer Optical Fibers.” Solar Energy 83 (11). Elsevier Ltd: 2039–49. doi:10.1016/j.solener.2009.08.002.
Teles, Paulo, Lima, Rosa, “Construção civil e obras públicas: Análise sectorial”, Banco Português do Atlântico, Direcção de Estudos Económicos e Planeamento, Lisboa, 1992.
The Solar Decathlon Partnership. 2009. “Solar Decathlon 2009 Instrumentation and Monitoring”, 4–5. Toole, M. T., “Uncertainty and home builder’s adoption of technological innovations.” Journal of Construction
Engineering and Management, 1998. Tsai, Bor-Jang Tsai Bor-Jang, and Chien-Ho Lee Chien-Ho Lee. 2010. “Active Building Envelope System (ABE): Wind
and Solar-Driven Ventilation, Electricity and Heat Pump.” Energy and Sustainable Development: Issues and Strategies (ESD), 2010 Proceedings of the International Conference on, 1 – 10.
Ullah, Irfan, and Seoyong Shin. 2014. “Highly Concentrated Optical Fiber-Based Daylighting Systems for Multi-Floor Office Buildings.” Energy and Buildings 72 (April). Elsevier B.V. 246–61. doi:10.1016/j.enbuild.2013.12.031.
Vanier, D J. 1999. “DESIGNING FOR DISASSEMBLY TO EXTEND SERVICE LIFE AND”, no. Brand 1994: 1983 – 1992. Vloerbergh, I , “Implementation & Diffusion of a Foreign Innovative Technology in the Residential Construction
Industry”, MSc thesis supervised by E.L.C. van Egmond and P.A. Erkelens, Eindhoven, University of Technology, Eindhoven, The Netherlands, 2005.
Von Hippel, E., “The sources of Innovation”. Oxford University Press. New York. Oxford, 1988. Wang, Chen, H. Abdul-Rahman, and S. P. Rao. 2010. “Daylighting Can Be Fluorescent: Development of a Fiber
Solar Concentrator and Test for Its Indoor Illumination.” Energy and Buildings 42 (5). Elsevier B.V. 717–27.
Web (11/2013), “http://www.crcvirtual.org/vfs/old_crcv/biblioteca/ccivil/cap_2.html” Werring, Christopher G. 2009. “Design and Application of Fiber Optic Daylighting Systems”, 1 – 77. West, Shane. 2001. “Improving the Sustainable Development of Building Stock by the Implementation of Energy
Efficient, Climate Control Technologies.” Building and Environment 36 (3): 281–89. Widén K., Hansson B., “Diffusion Characteristics of Private Sector Financed Innovation in Sweden”, Construction
Management and Economics, Vol. 25(5), 2007. Winch, G. , “Zephyrs of creative destruction: understanding the management of innovation in construction”.
Building Research and Information, 26(4), 1998. Xu, Xu, and Steven Van Dessel. 2008. “Evaluation of a Prototype Active Building Envelope Window-System.”
Energy and Buildings 40 (2): 168–74. Xu, Xu, Steven Van Dessel, and Achille Messac. 2007. “Study of the Performance of Thermoelectric Modules for
Use in Active Building Envelopes.” Building and Environment 42 (3): 1489–1502. Yamazaki, Yusuke “Future innovative construction technologies: directions and strategies to innovate
construction industry”, Technology Planning Office, SHIMIZU CORPORATION, Tokyo, 2004. Zhang, Jing, and Behrokh Khoshnevis. 2013. “Optimal Machine Operation Planning for Construction by Contour
Crafting.” Automation in Construction 29 (January). Elsevier B.V. 50–67. Zhang, Xiaodong. 2002. “Daylight Performance of Tubular Solar Light Pipes”, no. November: 1 – 217. Zhao, Yue, Tengfei Tim Zhang, Shugang Wang, and Yang Geng. 2011. “AN ACTIVE BREATHING WALL TO IMPROVE
INDOOR ENVIRONMENT School of Civil Engineering , Dalian University of Technology ( DUT ) 2 Linggong Rd , Dalian 116024 , China School of Architecture and Fine Art , Dalian University of Technology ( DUT ) 2 Linggong Rd ”, 14–16.
REFERÊNCIAS DE INTERNET
[W1] http://www.habraken.com/html/downloads/matura_slide_show_from_canvas.ppt (Outubro, 2014) [W2] http://www.uniglas.de/technology-fields-of-application-172.html (Outubro, 2014) [W3] http://phasechangematerials.blogspot.pt/ (Outubro, 2014) [W4] http://home.howstuffworks.com/home-improvement/construction/green/smart-window4.htm (Outubro, 2014)
135
[W5] http://www.scuolacascia.it/attivita/clil2/webquest/resources/consumerenergycenter/www.consumerenergycenter.org/home/windows/windows_future.html (Outubro, 2014) [W6] http://www.edsl.net/main/Software/Designer/Evaluating.asp (Outubro, 2014) [W7] http://www.archiexpo.com/prod/aereco-ventilation-limited/window-vents-69621-1251515.html (Outubro, 2014) [W8] http://www.vent-axia.com/product/non-vision-door-grille-matching-flange-brown-600-x-150mm.html (Outubro, 2014) [W9] http://dc.urbanturf.com/articles/blog/row_house_features_dcs_first_solar_chimney/1702 (Outubro, 2014) [W10] http://www.scgh.com/featured/indoor-heating-by-a-concrete-wall/ (Outubro, 2014) [W11] http://www.aeieng.com/services/sustainability/natural_ventalation.php (Outubro, 2014) [W12] http://homework.uoregon.edu/pub/class/es202/conc.html (Outubro, 2014) [W13] http://www.elmanet.info/en-us/22/photovoltaic-parabolic-solar-concentrators.html (Outubro, 2014) [W14] http://www.ece.uc.edu/devices/NDL_Research.html (Outubro, 2014) [W15] http://inhabitat.com/solar-tube/ (Outubro, 2014) [W16] http://seacourse.dk/wiki/tiki-index.php?page=Example%3A+LED+lamp (Outubro, 2014) [W17] http://www.bloomframe.com/ (Outubro, 2014) [W18] https://energia.edp.pt/particulares/servicos/redy.aspx (Outubro, 2014) [W19] http://www.epal.pt/waterbeep/ (Outubro, 2014) [W20] http://www.bosch-sensortec.com/en/homepage/products_3/environmental_sensors_1/bme280/bme280_1 (Outubro, 2014) [W21] https://nest.com/ (Outubro, 2014) [W22] http://www.libelium.com/ (Outubro, 2014) [W23] http://www.bronzecraft.com/index.php/products/window-control-systems/ultraflex-control-systems/quasar/ (Outubro, 2014) [W24] http://www.buildingtechnologies.siemens.com/bt/global/en/buildingautomation-hvac/hvac-products/damper-actuators/pages/damper-actuators.aspx (Outubro, 2014) [W25] http://www.coltinfo.co.uk/solar-shading.html (Outubro, 2014) [W26] http://newsletter.tecnico.ulisboa.pt/2/html/5/ (Outubro, 2014) [W27] http://www.lneg.pt/download/4078/BrochuraSolarXXI_Dezembro2005.pdf (Outubro, 2014) [W28] http://www.lneg.pt/download/4079/BrochuraSolarXXI_Maio2010.pdf (Outubro, 2014)
136
i
ANEXOS
ii
A.1 TECNOLOGIAS NÃO INTEGRADAS NO EDIFÍCIO MODELO
A.1.1 SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO INTEGRADOS O sistema Slimline é uma combinação de um teto e pavimento para serviços multidirecionais, integrados na
construção de um painel de laje extremamente leve e resistente que pode atingir flechas de 16 metros.
Este sistema permite a realização de edifícios de qualidade que oferecem a vantagem adicional de possibilitar
mudanças de utilização de um edifício (de escritório para unidades residenciais) sem recorrer a grandes obras de
reabilitação, permitindo o desenvolvimento de edifícios, que acomodam o uso residencial e comercial, ou uma
combinação variável dos dois.
Figura A.1 – Esquema do sistema slimline e seus componentes (esquerda) e Comparação de sistemas residenciais e
comerciais com o sistema multifuncional Slimline (direita).
O sistema slimline é significativamente mais leve do que outros sistemas de construção alternativos, permitindo
poupar mais de 50% no peso de toda a construção. Como o sistema de piso slimline é produzido à medida com
elementos pré-fabricados, minimizando assim a quantidade de resíduos, bem como o risco de erros de
construção.
Na Figura A.1 é representado o sistema que é composto por uma laje de betão pré-fabricado de 70 ou 80 mm de
espessura com vigas de aço integradas e aparafusadas. A camada de laje de betão suporta as cargas durante o
processo de instalação e execução da obra, sendo também responsável pelo aumento da estabilidade
dimensional do edifício, proteção contra incêndio e isolamento acústico. Os elementos de betão pré-fabricados
podem ser pré-esforçados ou armados segundo as direções de maior solicitação de carga, e são ligados entre si
através de “aranhas” metálicas situadas na extremidade da laje de betão.
As vigas de aço contêm aberturas, que proporcionam um espaço onde todos os cabos e tubos podem ser
livremente instalados. Este espaço tem uma altura entre 0,6 e 1,2 metros e acomoda condutas de ar, para
ventilação, aquecimento e refrigeração, tubagens de distribuição e recolha de água e instalações elétricas e de
comunicação. Os perfis utilizados para as vigas de aço variam conforme a flecha da laje, entre IPE e HEB, e são
utilizados vários sistemas de ligação entre o sistema slimline e os restantes elementos construtivos.
iii
Todas as instalações são facilmente acessíveis através de portas móveis no pavimento. O acesso aos serviços
instalados é feito através de pontos de acesso especialmente cortados (zonas de acesso flexível) no teto e
pavimento. (Lichtenberg 2006; Pronk 2011)
A.1.2 FABRICAÇÃO AVANÇADA Fabricação rápida (rapid manufacturing), e impressão 3D são tipos de tecnologias de produção aditivas, que
pertencem à mesma família de processos. Em termos gerais, estes processos produzem componentes
adicionando ou depositando material para formar um objeto. Estes processos contrastam com os métodos
tradicionais, usualmente de natureza subtrativa.
Fabricação rápida é o termo utilizado para descrever as máquinas de prototipagem rápida que são usadas para
produzir peças para uso final. Neste processo é criado um modelo 3D sólido do elemento desejado no software
CAD. O modelo é então traduzido em linguagem "STL", um formato de dados padrão que pode ser utilizado pela
maioria das máquinas de fabricação rápida, que define a sequência de impressão do objeto. A máquina
reconstrói então um objeto 3D por deposição sequencial de camadas bidimensionais de material.
Ferramentaria rápida (Rapid tooling) caracteriza as máquinas que produzem elementos e pecas que são
utilizadas para ferramentas, moldes, ou estruturas de cofragem. O sector da construção está a adotar a
ferramentaria rápida como um meio de formar moldes e ferramentas com geometrias e formas livres que
permitam a produção de elementos de forma rápida e em grandes quantidades. Estes moldes e cofragens
apresentam grande utilidade quando utilizados na reabilitação de elementos arquitetónicos em gesso e betão
de pequenas dimensões e grande complexidade, pois reduzem os tempos de moldagem ou escultura destas
peças complexas e a necessidade de mão-de-obra especializada. (R. a. Buswell, Soar, Gibb, e Thorpe, 2007;
Pendlebury, 2007)
Mais recentemente, o processo de Countor crafting foi desenvolvido para produzir elementos de grandes
dimensões, como paredes interiores e painéis de fachada (> 1m). Utilizando materiais tixotrópicos com
propriedades de cura rápida e características de retração reduzidas, tornam a produção de painéis de parede
rápida e atrativa. Estas máquinas combinam um processo de extrusão para formar as superfícies de objetos e
um processo de enchimento (por vazamento ou extrusão) para construir o núcleo do objeto. A fim de melhorar
o acabamento das superfícies visíveis, o material fornecido ao equipamento é moldado por um manipulador
secundário, ou colher de pedreiro. A combinação dos processos resulta num sistema que pode depositar
(relativamente) grandes quantidades de material, mantendo um acabamento de superfície de alta qualidade.
Esta tecnologia é atualmente líder no campo de automatização de processos construtivos.
iv
Figura A.2 – Processo de Contour crafting, onde está representado sistema que permite obter acabamentos lisos (esquerda)
e Maquina de Contour crafting (direita) (Bosscher et al., 2007)
Os equipamentos de Contour Crafting de maiores dimensões, como a mostrada na Figura A.2, têm sido
desenvolvidos para a construção de estruturas maiores. A operação de construção pode ser totalmente
automatizada requerendo um mínimo de supervisão. Algumas das vantagens importantes do Countor crafting,
em comparação com outros processos de fabricação em camadas são a superior qualidade de acabamento da
superfície, maior velocidade de fabricação, integração de serviços e um maior leque de materiais. (Bosscher,
Williams, Bryson, e Castro-Lacouture, 2007; Khoshnevis, 2004; J. Zhang e Khoshnevis, 2013)
Figura A.3 – Painéis de betão fabricados para obter uma menor condutividade térmica (esquerda) parede de betão
resistente com instalação elétrica e conduta de ventilação integrada (direita)
A impressão 3D segue os mesmos princípios de produção do Contour crafting, ficando apenas limitado pelo
tamanho das peças que pode produzir. Para a produção de tubagens e condutas de ventilação plásticas estas
ferramentas garantem um produto final com maior qualidade dimensional e com materiais mais complexos.
Estes dois sistemas combinados tornam-se muito versáteis para a produção de elementos estruturais e não
estruturais utilizados na construção de edifícios. Esta versatilidade permite criar elementos com serviços
embutidos que acrescentam valor e funcionalidades a elementos construtivos convencionais como naFigura A.3.
v
Adicionando mais funcionalidade a um produto, com um pequeno custo de fabricação extra, aumenta a
viabilidade destes processos. Os painéis de teste produzidos por este equipamento demonstram um
desempenho pelo menos tão bom como o do betão celular, aliado a um valor de transmissão termica de 0,112
W / mK e um custo de produção inferior ao de um painel de betao normal, 75€/m2. As paredes com serviços
integrados produzidas com estas tecnicas demoram cerca de 35% menos tempo que uma parede normal com
um custo acrescido de cerca de 47 €/m2, que reflete a integração de todos os serviços do edificio e a ausencia de
desperdicio. (R. a. Buswell et al., 2007; Lichtenberg 2004)
A.1.3 ISOLAMENTO TÉRMICO
A.1.3.1 Aerogel (Material de nano-isolamento) Um material de nano-isolamento pode ser definido como um material que é basicamente homogéneo e que
alcança um alto desempenho e qualidade de isolamento térmico, principalmente devido à sua estrutura porosa,
aberta ou fechada, de pequenas dimensões (menor que 50nm).
O aerogel é um dos materiais de nano-isolamento que tem uma condutividade térmica baixa à pressão
atmosférica, tirando partido do efeito de Knudsen, podendo ser fabricado com estrutura granular ou monolítica.
Os aerogéis comuns têm tamanhos médios de poro entre 10 e 40 nm que lhes conferem notáveis propriedades
físicas, térmicas óticas e acústicas, em detrimento da resistência mecânica (material frágil) e do mau
desempenho quando em contacto com água.
Este material apresenta um elevado coeficiente de transmissão de radiação dentro da gama da luz visível,
tornando-o num ótimo material de isolamento para envidraçados, tanto na forma granular (translucido) como
monolítica (transparente), na Figura A.4, para além da sua aplicação como material de isolamento para fachadas
e coberturas. O aerogel também apresenta elevado desempenho como barreira acústica, com elevados níveis
de reflexão de ondas sonoras audíveis.
Figura A.4 – Aerogel transparente (esquerda) e placa de aerogel opaca (direita)
Devido à sua gama de propriedades óticas, dependentes do processo de produção, o aerogel pode ser usado no
isolamento térmico de envidraçados e elementos translúcidos, como exemplificado na Figura A.5, tirando partido
da sua transparência, ou em elementos opacos, como paredes, pavimentos ou coberturas. (Baetens, Jelle, e
Gustavsen, 2011; Schlanbusch, 2013)
vi
Figura A.5 – Exemplos de isolamentos térmicos com aerogel translucido (esquerda) e de isolamentos térmicos com placas
de aerogel opacas (direita)
A.1.4 VENTILAÇÃO NATURAL
A.1.4.1 Coletores de vento A ventilação através de coletores de vento tira partido do vento e do efeito de chaminé para promover a
ventilação natural num edifício. É vantajoso para edifícios de vários andares e com grandes áreas e requer uma
abertura na cobertura, como representado na Figura A.6. Este sistema promove um fluxo bidirecional com o
abastecimento e extração de ar num só ponto.
Figura A.6 – Representação de diferentes formas e dimensões de coletores de vento
Um coletor de vento pode capturar o vento ao nível da cobertura e direcioná-lo para o interior do edifício. O ar
é simultaneamente extraído proporcionando ventilação onde é necessária. O ar fresco é aspirado no lado de
barlavento e é direcionado para dentro do edifício. São utilizadas grelhas intempéries para proteger o interior
do edifício e válvulas de controlo de volume para moderar o fluxo de ar. O sistema apresenta várias geometrias
mas é normalmente dividido em quatro quadrantes que se tornam entradas de ar ou extratores de acordo com
a direção do vento, tornando o sistema menos vulnerável a mudanças de vento periódicas (Khan et al., 2008;
Saadatian et al., 2012).
A.1.4.2 Ventilador de turbina Um ventilador turbina é um extrator de ar impulsionado pelo vento. Um ventilador turbina inclui uma série de
pás verticais (lâminas curvas ou retas) embutidas numa matriz esférica ou cilíndrica montada sobre uma
estrutura com uma cúpula intempérie no topo, como representado na Figura A.7. Quando o vento sopra sobre
vii
o dispositivo as forças de sustentação e arrasto resultantes poem a turbina a girar. Esta rotação produz uma
pressão negativa no interior da turbina, que extrai o ar. O ar entra na turbina axialmente através de uma conduta
de extração e é então expelida radialmente. Na ausência de vento, um ventilador turbina promove a ventilação
tirando partido do efeito chaminé.
Este tipo de ventilação natural é muito eficiente na extração de ar quente de dentro dos edifícios sendo utilizada
como um sistema de ventilação completo juntamente com entradas de ar na fachada ou cobertura (Khan, Su,
and Riffat 2008; West 2001).
Figura A.7 – Funcionamento de um ventilador de turbina (esquerda) e ventiladores de turbina instalados em serie (direita)
A.1.4.3 Breathing wall A breathing Wall consiste num elemento de parede modular que faz uso de materiais fibrosos de isolamento
convencionais para criar um sistema de ventilação e filtração do ar natural para edifícios, em conjunto com as
propriedades isolantes dos materiais utilizados. Esta parede pode ser implementada em fachadas exteriores ou
divisórias interiores e permite a integração de sistemas de ventilação passivos ou ativos, e sistemas de
recuperação de calor, como representado na Figura A.8.
Figura A.8 – Componentes de uma parede modular Breathing Wall (esquerda) e Redução das emissões de CO2 devido à
construção de paredes (direita)
Esta nova abordagem para a construção de paredes que respiram forma a base para um sistema de ventilação
integrado onde o elemento construtivo conjuga as funções estruturais com as de um permutador de calor e as
de um filtro de poluentes atmosféricos. O ar exterior é aspirado para dentro do edifício, usando meios ativos
viii
e/ou passivos, e à medida que passa através dos painéis de parede é aquecido ou arrefecido, e filtrado de forma
muito eficiente.
A utilização de uma grande área de parede permite que a filtragem do ar ocorra para velocidades de fluxos baixa,
quando comparada com um filtro HEPA convencional. Assim o ar que sai do edifício é mais limpo do que aquele
que é utilizado para ventilar o edifício. Implementado esta tecnologia em larga escala, é possível criar ambientes
urbanos de autolimpeza, oferecendo benefícios significativos para os moradores e ajudando a combater a
poluição global.
O isolamento com recurso a fibras representa a opção mais atraente para uso em edifícios com isolamento
dinâmico, devido à sua eficiência e eficácia em baixa velocidade do fluxo de ventilação, ampla disponibilidade e
baixo custo.
É garantido o não entupimento deste sistema de filtragem e ventilação através do princípio da filtração em
profundidade que retém partículas tanto na espessura como na superfície do filtro. Papéis de filtro de celulose
e fibras de vidro são filtros de profundidade, sem poros definidos, que tiram partido da sua matriz de fibras
entrelaçadas para reter as partículas de dimensões inferiores a 0,01 mm e superiores a 10 mm na superfície e
partículas intermédias no seu interior.
Com um tempo de vida útil de 60 anos estes painéis de parede conseguem uma eficiência de filtração na ordem
dos 99%, podendo ser utilizados em construção nova ou reabilitação de edifícios residenciais e comerciais. Para
além da filtragem do ar estes módulos funcionam também como um mecanismo de recuperação de calor,
contribuindo para a ventilação natural de edifícios, com qualidade de ar interior superior e menores gastos
energéticos associados a ventilação e aquecimento/arrefecimento ( Imbabi e Peacock, 2003; Imbabi, 2006; Zhao
et al., 2011).
A.1.5 SISTEMAS ÓTICOS DE ILUMINAÇÃO NATURAL
A.1.5.1 Betão translúcido Betão translúcido, ou betão transmissor de luz, é um material de construção com base de betão com
propriedades de transmissividade de luz, recorrendo a elementos óticos de luz embutidos, geralmente fibras
óticas, tornando possível a transmissão de luz de uma extremidade à outra do elemento de betão, representado
na Figura A.9. As fibras têm que ser embutidas no material e permanecerem paralelas entre sim e
perpendiculares à face da peça de betão. Isto resulta num determinado padrão de luz na outra superfície que
depende da estrutura e do diâmetro da fibra, que varia entre 2 µm e 2mm.
O Betão translúcido é usado com fins arquitetónicos, como um material de fachada e de revestimento de paredes
interiores. A principal vantagem desta tecnologia é a capacidade de permitir a entrada de luz natural em
elementos de fachada monolíticos e promover o melhor aproveitamento da luz natural no interior de edifícios
quando aplicado a paredes divisórias.
ix
Figura A.9 – Exemplo de betão translucido e das suas propriedades óticas (Litracon, 2013)
A produção de betão translucido baseia-se num betão leve de agregados finos (95%) e apenas 5% de fibras
condutoras de luz, que são adicionados durante o processo de cofragem. Estes elementos de betão são então
cortados em peças com as dimensões máximas de 2 m. (litracon 2010)
A.2 VALORES UTILIZADOS NA DESCRIÇÃO E ANÁLISE DAS TECNOLOGIAS E SOLUÇÕES Os valores utilizados na descrição e análise das várias tecnologias e soluções apresentadas resultam de uma
exaustiva pesquisa online por fabricantes e construtoras nacionais e internacionais.
Os valores definidos para os custos unitários das várias tecnologias e materiais devem ser vistos como indicativos
e surgem na forma de um intervalo, pois dependendo do fabricante e da localização do edifício verifica-se uma
variação do preço das matérias-primas, processos de produção, mão-de-obra e transporte.
Os valores definidos para o tempo de execução, custo e produção de resíduos dos vários métodos construtivos
analisados resulta da consulta do software “cype”, no caso da construção convencional e da pré-fabricação, e da
bibliografia consultada no caso da fabricação avançada, e construção modular.
Os valores definidos para a transmitância térmica, fluxo luminoso e caudal de ventilação resultam da consulta
de tabelas técnicas de alguns fabricantes deste tipo de soluções, estando carentes de ensaios independentes.