ANÁLISE DO DESEMPENHO AMBIENTAL, ENERGÉTICO E ECONÓMI- CO DE ETICS COM ISOLAMENTO DE CORTIÇA NA REABILITAÇÃO ENERGÉTICA DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS

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1 ANÁLISE DO DESEMPENHO AMBIENTAL, ENERGÉTICO E ECONÓMI- CO DE ETICS COM ISOLAMENTO DE CORTIÇA NA REABILITAÇÃO ENERGÉTICA DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS J. D. SILVESTRE Prof. Auxiliar Instituto Superior Técnico Lisboa; Portugal jose.silvestre@tecnico.ulisboa.pt J. J. CORREIA-DA-SILVA Prof. Auxiliar Universidade de Évora Évora; Portugal jcs@uevora.pt A. M. P. CASTELO Bolseiro Eng.ª Civil Universidade de Évora Évora; Portugal andrempcastelo@gmail.com J. de BRITO Prof. Catedrático Instituto Superior Técnico Lisboa; Portugal jb@civil.ist.utl.pt M. D. PINHEIRO Prof. Auxiliar Instituto Superior Técnico Lisboa; Portugal manuel.pinheiro@tecnico.ulisboa.pt RESUMO Este estudo apresenta uma análise do desempenho ambiental, energético e económico do sistema de ETICS (sistema compósito de isolamento térmico pelo exterior), utilizando como material de isolamento o aglomerado de cortiça expandida, quando aplicado na reabilitação energética da envolvente de um edifício, considerando um período de estudo de 50 anos. O balanço do impacte ambiental é dado por uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) do Berço-ao-Berço, com ênfase nas emissões de carbono e na energia primária não renovável (PE-NRe) consumida pelos materiais utilizados na produção e instalação deste sistema construtivos. O balanço energético considera as principais características de isolamento deste sistema, incluindo o desempenho energético da envolvente dos edifícios após a aplicação destes materiais e as poupanças energéticas correspondentes. O balanço final do desempenho ambiental e energético inclui uma estimativa C2G da redução das emissões de carbono e da redução do consumo de PE-NRe. 1. INTRODUÇÃO Existe actualmente um elevado número de materiais renováveis que podem ser utilizados na construção de edifícios, como o bambu, a madeira, a cortiça e os materiais reciclados. Apesar de Portugal ser o maior produtor e exportador mundial de materiais à base de cortiça, não existe nenhum programa local de incentivos ou programas de apoio à utilização de materiais com cortiça como material sustentável que permite uma melhoria da eficiência energética dos edifícios. As placas de isolamento em aglomerado de cortiça expandida (Insulation Cork Boards - ICB) são constituídas por materiais 100% naturais e inteiramente renováveis, constituídas por cortiça sem adição de colas sintéticas nem quaisquer outros aditivos. Podem ser aplicadas na envolvente de novos edifícios e de edifícios reabilitados para a melhoria da sua eficiência energética. O comportamento térmico do ICB é caracterizado pelo seu reduzido coeficiente de condutibilidade térmica ( ) que pode variar entre 0,040 e 0,045 W/m.ºC). Os ETICS são constituídos por uma placa de isolamento fixada sobre o substrato (colada, fixada mecanicamente ou ambos), sobre a qual são aplicadas uma ou duas camadas finas de revestimento reforçado, como é demonstrado na Figura 1. O revestimento também poderá ser utilizado para fixar o material de isolamento e deverá ter uma boa aderência ao substrato, elevada resistência à fissuração, baixa capilaridade e uma resistência significativa à perfuração e ao impacto [1]. Este estudo inclui uma avaliação comparativa do desempenho ambiental, económico e energético (Environmental, Economic and Energy - 3E) de um ETICS com ICB como material isolante. A caracterização do desempenho 3E deste sistema construtivo foi baseada em literatura de referência, trabalhos de investigação, dados de empresas e bases de dados. A análise do desempenho ambiental é baseada numa Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) do Berço ao Berço (Cradle to Cradle - C2C), com incidência nas emissões de carbono e no consumo de energia primária não renovável de todos os componentes. A análise do desempenho económico C2C tem em consideração os custos de aquisição e a poupança energética permitida pela implementação destes sistemas de reabilitação da envolvente dos edifícios. Os desempenhos

2 ambiental e económico Gate to Grave são caracterizados para as seguintes fases do ciclo de vida: transporte e instalação no local, manutenção, demolição e deposição final. O desempenho energético considera as principais características do isolamento térmico permitido por este material quando utilizado neste sistema, incluindo a melhoria do desempenho energético da envolvente do edifico após a sua instalação. Figura 1 - ETICS com ICB aplicado como solução de revestimento e isolamento de uma fachada de um edifício [1] 2. CASO DE ESTUDO Como objecto de estudo, foi considerado um piso intermédio do edifício Hexa [2], localizado em Évora, constituído por 5 pisos residenciais e que representa as técnicas construtivas e arquitectónicas mais utilizadas em Portugal. De modo a ter em consideração a reabilitação energética da envolvente do edifício com a aplicação de ETICS com ICB, foram consideradas duas paredes de referência sem isolamento: uma parede simples constituída por tijolo cerâmico furado com 0,22 m (W1); e uma parede dupla constituída por dois panos de 0,15 m e 0,11 m do mesmo material (W8). Foram então consideradas mais três soluções com a utilização de ETICS com ICB para cada tipo de parede (Tabela 1). As operações de manutenção, reparação e substituição dos revestimentos i nteriores (de todas as soluções) e exteriores (ECS1 para W1 e W8) após a reabilitação da envolvente estão descritas na Tabela 2. Tabela 1 - Tipo de parede, designação, espessura e coeficiente de transmissão térmica (U) das soluções estudadas. Tipo de parede Designação Espessura (m) Valor de U Placa de ICB Total [W/(m 2.ºC)] W1-0,26 1,36 Parede simples W2 0,04 0,30 0,58 W4 0,06 0,32 0,45 W6 0,08 0,34 0,37 W8-0,35 0,95 Parede dupla W9 0,04 0,39 0,49 W11 0,06 0,41 0,39 W13 0,08 0,43 0,33 Tabela 2 - Operações de manutenção, reparação e substituição dos revestimentos interiores e exteriores considerados. Solução de revestimento Operações de manutenção, reparação e substituição ECS1 - Revestimento (0,02 m reboco e tinta aquosa) Limpeza total e pintura a cada 5 anos e reparação de ECS2 - ETICS com revestimento em argamassa cimentícia 35% da área após 25 anos Limpeza total e pintura a cada 5 anos e reparação ICS1 - Revestimento (0,02 m reboco e tinta aquosa) de 5% da área após 10 anos 3. MÉTODO DE AVALIAÇÃO 3E-C2C Neste estudo, foi realizada uma abordagem integrada para a avaliação do desempenho 3E do berço ao berço (3E - C2C) do ciclo de vida de materiais de construção e processos construtivos estritamente relacionados com o de-

3 sempenho térmico do edifício [3]. O método 3E-C2C tem em consideração todo o ciclo de vida dos materiais de construção e processos construt ivos tendo em conta todos os factores que poderão afectar os mesmos, tal como o desempenho do sistema construtivo na fase de utilização, a vida útil e o seu potencial de reciclagem. A ACV considera as seguintes fases do ciclo de vida: Fase de produção (A1-A3): A1 - Extração e processamento de matérias-primas, processamento e entrada de material secundário, A2 - Transporte para o fabricante e A3 - Produção; fase de instalação (A4-A5): A4 - Transporte até o local de construção e A5 - Instalação no edifício; fase de utilização - módulos de informação referentes à manutenção do edifício (B1-B5): B1 - Utilização ou a aplicação do produto, B2 - Manutenção, B3 - Reparação, B4 - Substituição e B5 - Remodelação; fase de utilização - módulos de informação referentes à operação do edifício (B6- B7): B6 - Utilização de energia para operação e B7 - Utilização de água para operação; fase de fim de vida (C1-C4): C1 - Desconstrução / demolição, C2 - Transporte para o tratamento de resíduos, C3 - Processamento dos resíduos para reutilização, recuperação e/ou reciclagem e C4 - Eliminação dos resíduos; e Benefícios e cargas para além dos limites do sistema; (D): Potencial de reutilização, recuperação e/ou reciclagem (3R). A unidade de comparação utilizada neste estudo foi um metro quadrado de parede exterior por um período de 50 anos após a reabilitação energética (aplicação do ETICS), não considerando uma unidade funcional, e tendo em conta as etapas de fim de vida e a vida útil de cada alternativa. É possível efectuar a comparação entre diversas soluções com diferentes coeficientes de transmissão térmica porque os impactes ambientais provocados pelo desempenho térmico no período de estudo já são considerados na ACV. 3.1 Desempenho ambiental A quantificação do desempenho no método 3E-C2C segue o modelo estabelecido nas normas internacionais [4] [5] e a maioria dos princípios estabelecidos nas normas europeias [6] [7]. O desempenho ambiental de cada fase do ciclo de vida é definido por: - Fase de produção (A1-A3): os dados da ACV de cada um dos materiais de construção utilizados resultaram do correspondente Inventário do Ciclo de Vida (ICV). A composição considerada para cada material do ETICS com isolamento em ICB é baseada num produtor português; - Fase de montagem (A4-A5): a instalação do ETICS no edifício corresponde à operação de reabilitação da envolvente e inclui: remoção do revestimento anterior e respetivo transporte e disposição; revestimento e isolamento da parede exterior com ETICS com ICB de diferentes espessuras; - Fase de utilização - manutenção, reparação e substituição (B2-B4): o impacte ambiental dos materiais utilizados nas operações de manutenção, reparação e substituição e os respectivos desperdícios durante o período de estudo; - Fase de utilização - desempenho energético (B6): o método 3E-C2C determina o desempenho energético a partir de uma estimativa das necessidades energéticas para aquecimento e arrefecimento durante a utilização do edifício. Por este método, estas necessidades são divididas pela área total da parede exterior de modo a obter um valor relativo à unidade comparativa utilizada. Este valor e os impactes ambientais são estimados tendo em conta as necessidades de aquecimento e arrefecimento e o mix energético Português [8]. - Fase de fim do ciclo de vida (C): o método 3E-C2C considera o transporte e a deposição do produto como parte do processamento e transporte de resíduos (C2), do processamento de resíduos (C3) e da eliminação de resíduos incluindo o pré-tratamento físico e gestão do local de deposição (C4); os impactes ambientais de demolição (C1) não são considerados por serem similares entre todas as soluções. 3.2 Desempenho económico O estudo económico das soluções pelo método 3E-C2C é baseado no método Whole-Life Cost (WLC) [9] e segue a maioria dos princípios estabelecidos nas normas europeias [10]. O desempenho económico de cada fase do ciclo de vida é definido por: - Fases de produção e de instalação (A1-A5): o custo de instalação do ETICS com isolamento em ICB no edifício corresponde à utilização deste processo construtivo em reabilitação e não inclui os custos de mão-de-obra para a remoção do revestimento anterior e os custos de instalação dos andaimes necessários para a instalação na fachada do edifício. Estes custos são obtidos através de: um dos produtores portugueses de ETICS com ICB; estudos anteriores [11]; estudos de mercado, empresas de construção e fornecedores de materiais [12]; e documentos de referência nacionais [13]; - Fase de utilização - manutenção, reparação e substituição (B2-B4): o custo da energia no ano n por metro quadrado de parede exterior para as operações de manutenção, reparação e substituição ocorridas naquele ano; - Fase de utilização - desempenho energético (B6): o custo da energia no ano n por metro quadrado de pare-

4 de exterior corresponde à energia necessária para aquecimento e arrefecimento, calculada de acordo com o método descrito no regulamento português em vigor quando o projeto do edifício Hexa foi executado [14] [15]; - Fase de fim do ciclo de vida (C e D): o custo económico no ano 50 por metro quadrado de parede exterior, inclui apenas os custos de transporte e de deposição dos elementos construtivos e os custos / receitas do reuso, reciclagem e recuperação energética [16]. 4. COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO AMBIENTAL, ECONÓMICO E ENERGÉTICO (3E) DA REABILI- TAÇÃO ENERGÉTICA DA ENVOLVENTE DOS EDIFÍCIOS. O método 3E-C2C foi utilizado para quantificar e comparar o desempenho 3E da das alternativas estudadas de reabilitação energética em comparação com as duas soluções de referência consideradas sem isolamento (W1 e W8). A reabilitação da envolvente é efectuada pela instalação de ETICS com ICB, considerando diferentes espessuras para este material. A abordagem utilizada neste estudo está em conformidade com as normas e certificações internacionais e europeias. A comparação do desempenho ambiental das diferentes soluções incidiu sobre as emissões de carbono (expressa pela categoria de impacte ambiental Global Warming Potential - GWP) e no consumo de energia primária não renovável (PE-NRe) dos materiais utilizados na reabilitação energética. A comparação económica C2C resultou da aplicação do método 3E-C2C e teve em consideração os custos de aquisição e a poupança energética, na energia de aquecimento e arrefecimento, possibilitada pela instalação do ETICS na envolvente do edifício. A comparação do desempenho energético teve em consideração as principais características do ETICS com ICB como material isolante, incluindo a melhoria do desempenho energético da envolvente do edifício após a sua reabilitação e a possível poupança energética. Com as actuais mudanças na forma de ocupação dos edifícios e nas exigências de conforto, que levam a um maior consumo de energia por equipamentos de aquecimento e arrefecimento, foi considerado neste estudo não só o valor de 10% das necessidades de energia (valor padrão no regulamento português em vigor na fase de projeto deste edifício [15]), como também valores mais elevados (de a 50%) de modo a simular cenários futuros de consumo de energia para edifícios residenciais unifamiliares [17] ou edifícios residenciais multifamiliares [18]. 4.1 Análise das emissões de carbono e consumo de energia de ETICS com ICB Os resultados obtidos na comparação ambiental e de consumo de energia relativos às emissões de carbono, expressas pelo GWP (Figura 2), demostram um impacte ambiental nas fases A1-A3 entre 72 e 74% (não considerando as necessidades energéticas para aquecimento e arrefecimento) do GWP C2C total, e nas fases C2-C4 e D entre 1 e 3%. O GWP nas fases B2-B4 é similar para todas as alternativas, devido a terem o mesmo plano de manutenção, apresentado na Tabela 2, e representa entre 32 e 39% do GWP C2C total nas soluções reabilitadas e cerca de 98% para as paredes de referência. 20 A1-A3 A4 A5 B2-B4 C2-C4, D W1 W2 W4 W6 W8 W9 W11 W13-5 Figura 2 - C2C GWP (em kg CO 2 eq., não considerando as necessidades energéticas para aquecimento e arrefecimento) das soluções de paredes exteriores estudadas

5 O consumo C2C de PE-NRe (Figura 3) demonstra um desempenho similar ao do GWP. O impacte das fases A1- A3 representa entre 61 e 66% e na fase do fim de vida representa entre -1 e 0%. As fases B2-B4 representam os restantes 98% do consumo de PE-NRe C2C para as soluções de referência e entre 32 e 39% para as restantes soluções, sem considerar a energia necessária para aquecimento e arrefecimento. 350 A1-A3 A4 A5 B2-B4 C2-C4, D W1 W2 W4 W6 W8 W9 W11 W Figura 3 - C2C PE-NRe (em MJ, não considerando as necessidades energéticas para aquecimento e arrefecimento) das soluções de paredes exteriores estudadas 4.2 Análise dos custos económicos e benefícios da aplicação de ETICS com ICB Os resultados obtidos na avaliação do desempenho económico demostram que o Valor Atual Líquido (VAL) do custo C2C (Figura 4) das soluções de ETICS com ICB nas fases A1-A3, A4 e A5 variam entre 31 e 33% e na fase de fim de vida correspondem a aproximadamente 1%. O VAL das fases B2-B4 é similar para todas as alternativas e representa entre 52 e 55% para as soluções reabilitadas e cerca de 41% para as soluções de referência. A restante contribuição do VAL é dada pelo consumo energético de cada alternativa, dependendo das necessidades de aquecimento e arrefecimento, e é de aproximadamente 46% para W1, 43% para W8, e varia entre 24 e 26% para as restantes soluções. Com os resultados ilustrados na Figura 4, é também possível concluir que nenhuma das soluções onde ocorreu a aplicação de ETICS permite obter alguma poupança económica quando comparada com as soluções de referência. No entanto, os resultados ilustrados foram obtidos tendo em consideração um consumo de energia durante a subfase B6 de apenas 10% para as necessidades de aquecimento e arrefecimento. Se forem considerados valores superiores de consumo para simular futuros cenários para edifícios residenciais unifamiliares e multifamiliares, então essas poupanças económicas tornam-se reais e significativas, como ilustrado na Figura Análise das poupanças energéticas no aquecimento e arrefecimento com a aplicação de ETICS com ICB Os resultados obtidos na comparação do impacte ambiental relativo às poupanças energéticas no aquecimento e arrefecimento demonstraram que o uso da espessura máxima no ETICS na superfície exterior das paredes exteriores pode resultar numa redução das emissões de carbono entre 22 e 31%. Resultados semelhantes foram obtidos para as poupanças no impacte ambiental do consumo de PE-NRe para as energias de aquecimento e arrefecimento durante o período de estudo. 5. CONCLUSÕES Em termos qualitativos, foi demonstrado que as paredes de referência apresentam o pior desempenho energético de todas as alternativas durante a fase de utilização (B6). No entanto, essas alternativas apresentam um melhor desempenho ambiental e económico do que as restantes alternativas no final do ciclo de vida devido aos efeitos de eliminação do produto e do peso significativo do ICB no aterro.

6 175 A1-A5 B2-B4 B6 C2-C4, D W1 W2 W4 W6 W8 W9 W11 W13 Figura 4 - VAL dos custos económicos (fases A1-A5, B2-B4 e C2-C4 e D) e energéticos (fase B6) de cada alternativa de parede exterior 35% 25% W1 W2 W4 W6 W8 W9 W11 W13 31% 29% 20% 15% 10% 5% 0% -5% 0% 1% -1% -2% -5% -8% -8% -8% -7% -10% -9% -10% 10% 35% 50% -15% Figura 5 - Diferença entre o VAL dos custos económicos (fases A1-A5, B2-B4 e C2-C4 e D) e energéticos (fase B6) de cada alternativa de parede exterior e o VAL de W1, considerando diferentes padrões de consumo para a fase de utilização (garantindo 10, 35 ou 50% das necessidades energéticas) -5% 0% -2% -3%

7 A análise ambiental C2C do ciclo de vida demonstrou que, independentemente do consumo de energia para aquecimento e arrefecimento ser de 10, 30 ou 50% das necessitadas estimadas, as soluções de ETICS com o isolamento em ICB com uma espessura de 8 mm apresentam sempre o consumo mais baixo de PE-NRe C2C, correspondendo à solução W6 nas paredes simples e à solução W13 nas paredes duplas. A análise económica C2C da ACV indicou que, considerando apenas o consumo de 10 e da energia total consumida para as necessidades de aquecimento e arrefecimento, as paredes de referência apresentam sempre o menor custo económico. No entanto, se se considerar um consumo de 50% das necessidades de aquecimento e arrefecimento estimadas, todas as soluções de parede simples reabilitadas com a aplicação de ETICS com ICB e todas as soluções de parede dupla com uma espessura de ICB superior a 6 mm no ETICS apresentam um valor económico mais reduzido em comparação com as paredes de referência. 6. REFERÊNCIAS [1] Weber (2013). Weber.therm natura Saint-Gobain Weber Portugal, Carregado, Portugal. Obtido a , em [2] Ferreira, J.; Pinheiro, M.D., In search of a better energy performance in the Portuguese buildings - The case of the Portuguese regulation. Energy Policy. 39 (12), [3] Silvestre, J. D.; de Brito, J.; Pinheiro, M.D., From the new European Standards to an environmental, energy and economic assessment of building assemblies from cradle-to-cradle (3E-C2C), Energy and Buildings, 2013, 64, pp [4] ISO (2006): Environmental management - Life cycle assessment- Principles and framework, ISO 14040:2006(E): International Organization for Standardization. [5] ISO (2006): Environmental management - Life cycle assessment - Requirements and guidelines, ISO 14044:2006(E): International Organization for Standardization. [6] CEN (2011): Sustainability of construction works- Assessment of buildings - Part 2: Framework for the assessment of environmental performance, EN Brussels, Belgium; Comité Européen de Normalisation. [7] CEN (2011): Sustainability of construction works - Assessment of environmental performance of buildings Calculation method, EN Brussels, Belgium; Comité Européen de Normalisation. [8] ERSE (2012): Rotulagem de electricidade. Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos. Obtido a , de [9] ISO (2008): Buildings and construction assets - Service life planning - Part 5: Life-cycle costing, ISO :2008, International Organization for Standardization. [10] CEN (2012): Sustainability of construction works - Assessment of environmental performance of buildings - Calculation method, EN Brussels, Belgium; Comité Européen de Normalisation. [11] Silvestre, J. D., Life cycle assessment from Cradle to Cradle of building assemblies - Application to external walls. Tese de Doutoramento em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2012, Portugal. [12] Real, S. F., Contributo da análise dos custos do ciclo de vida para projectar a sustentabilidade na construção, Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2010, Portugal. 153 p. [13] Manso, A. et al, Informação sobre custos - Fichas de rendimentos, Lisboa, Portugal; Laboratório Nacional de Engenharia Civil, [14] Mateus, R.; Bragança, L., Sustainability assessment and rating of buildings: Developing the methodology SBTool PT - H. Building and Environment, 46, 2011, pp [15] RCCTE (2006): Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios. Decreto-Lei No. 80/2006, D.R.I-A Série

8 [16] Coelho, A.; Brito, J. de, Economic analysis of conventional versus selective demolition - A case study; Resources Conservation and Recycling. 55(3), 2011, pp [17] Monteiro. H.; Freire. F., Life-cycle assessment of a house with alternative exterior walls: comparison of three assessment methods. Energy and Buildings, 47, 2012, pp [18] Pinto. A., Aplicação da avaliação do ciclo de vida à análise energética e ambiental de edifícios, Tese de Doutoramento em Engenharia Mecânica, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2008, Portugal, 329 p.