19/11/2007 RELATÓRIO INTERMÉDIO. Prof. Manuel Dias de Castro Prof. Eduardo Oliveira Fernandes

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1 ESTUDO DE POSSIBILIDADES TECNOLÓGICAS DE INTERVENÇÃO NA REABILITAÇÃO DE EDIFÍCIOS NA ZONA HISTÓRICA DO PORTO E SUAS CONSEQUÊNCIAS NA ETIQUETAGEM ENERGÉTICA 19/11/2007 RELATÓRIO INTERMÉDIO Francisco Pacheco Craveiro Orientação: Prof. Vítor Leal Prof. Manuel Dias de Castro Prof. Eduardo Oliveira Fernandes

2 ÂMBITO E ABORDAGEM No âmbito de trabalhos relativos à conclusão do Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica no ramo de Energia Térmica, foi proposto a elaboração do presente tendo em vista a quantificação da influência das diversas tecnologias energéticas no desempenho final dos edifícios históricos da baixa do Porto sujeitos a intervenções de requalificação e reabilitação. Tendo como referência a moldura actual do Sistema Nacional de Certificação Energética e do Ar Interior dos Edifícios (SCE D.L. nº. 79/2006 de 4 de Abril), resultante da transposição da directiva n.º 2002/91/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, que tem como finalidade assegurar a aplicação regulamentar no que diz respeito às condições de eficiência energética, à utilização de sistemas de energias renováveis e ainda às condições de garantia da qualidade do ar interior, é de elevada relevância o estudo aprofundado das suas condições de aplicabilidade, nomeadamente no campo crítico que é a reabilitação de edifícios seculares como são os da zona histórica da cidade do Porto. Tais edifícios estão a ser alvo de apreciações e intervenções estratégicas com vista à sua requalificação urbana e social com o objectivo de devolver à cidade um importante pólo habitacional entretanto perdido para zonas periféricas. Assim, é aplicável a cada uma das fracções deste tipo de equipamento edificado o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE D.L. nº. 80/2006 de 4 de Abril) que estabelece as regras a observar nos edifícios de habitação sem sistemas de climatização centralizados. O conhecimento dos seus contornos e restrições permitirá uma abordagem adequada aquando da fase dos projectos de arquitectura e especialidades que conduzirá a uma estrutura que tenta responder a todas as medidas do regulamento. Como apoio ao processo conducente ao cumprimento dos objectivos a AdEPorto, Agência de Energia do Porto, facultou as vias necessárias à recolha de dados relativos a edifícios contextualizados nas circunstâncias supra descritas, nomeadamente por interacção com a Porto Vivo, SRU Sociedade de Reabilitação Urbana, detentora dos projectos em execução. Numa primeira iteração, a Porto Vivo disponibilizou 4 projectos. Um já concluído, um em arranque de obra, outro em fase de obra avançada e um outro a aguardar licenciamento. Página 1

3 PANORAMA Segundo as memórias descritivas, apenas um dos projectos (o de intervenções mais profundas) cumprirá o disposto no RCCTE. Dois dos pedidos de licenciamento alegam isenção de cumprimento, um deles em particular pela escadaria com clarabóia e pela fachada do edifício se encontrarem classificados pelo IPPAR ao abrigo do D.L. nº. 29/84. O edifício já em funcionamento foi reabilitado sem a inclusão no seu caderno de encargos de projecto de térmica e, portanto, sem quaisquer cuidados relativos ao disposto no regulamento. Analisados os projectos de execução disponíveis, é saliente a característica de uso generalizado de gesso cartonado como solução construtiva de zonamento e divisão de fracções, bem como forma de acabamento do lado interior da envolvente granítica. Naturalmente, este comportamento levará a uma penalização da inércia térmica do edifício. Dessa análise, e antes de aprofundada a metodologia de cálculo prevista no regulamento os resultados são previsíveis quanto ao seu cumprimento: os coeficientes de transmissão térmica superficiais dos elementos construtivos não respondem aos requisitos mínimos de qualidade térmica estipulados. Por outro lado, a não existência de instalação de sistemas solares térmicos para aquecimento de água sanitária, quando o edifício apresenta claramente uma exposição solar adequada da cobertura inclinada, nem tão-pouco sendo sombreado por qualquer obstáculo, impedirá também o cumprimento do regulamento. Página 2

4 METODOLOGIA Examinados os processos de intervenção, e como base de partida ao estudo, foi seleccionado um edifício que se suspeitava de inferior desempenho de acordo com premissas assentes em factores como a existência de sombreamento por elementos urbanos, exposição Norte da fachada principal, maior recurso a elementos de gesso cartonado e ainda mais do que uma solução construtiva de fachada o que permitiria a comparação de comportamento em diferentes fracções do mesmo edifício. Ao edifício seleccionado foi aplicado o processo de cálculo estipulado pelo RCCTE, por intermédio das folhas de cálculo disponíveis, com o objectivo de apurar os seus indicadores de eficiência energética: Nic Necessidade nominais de energia útil de aquecimento, Nvc Necessidades nominais de energia útil de arrefecimento, Nac Necessidades de energia para preparação das águas quentes sanitárias e Ntc Necessidades nominais globais de energia primária. A caracterização dos elementos da envolvente no que diz respeito aos coeficientes de transmissão térmica foram calculados de acordo com ITE 50 do LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil. Página 3

5 CASO BASE EDIFÍCIO 1 Envolvente descrição geral O edifício seleccionado como ponto de partida do estudo foi um edifício de exposição Norte Sul sendo que a fachada Nascente é contígua a um edifício adjacente e a fachada Poente fortemente sombreada pela envolvente urbana. Este edifício insere-se na Zona de Intervenção Prioritária (ZIP). Naturalmente, sendo este um edifício típico da zona, é caracterizado por uma envolvente granítica (espessura média de 80cm) que lhe confere um aspecto robusto. À presente data em fase de reabilitação, o edifício é constituído por cave, R/C e 4 pisos superiores, sendo o último ligeiramente recuado e com maior nível de intervenção, nomeadamente no que diz respeito à envolvente, com demolição da existente e substituição por paredes leves de chapa metálica ondulada sobre o isolamento térmico assente numa estrutura metálica e revestida interiormente por placas de VIROC. No piso térreo funcionará um estabelecimento de serviços com entrada independente e todos os pisos elevados serão destinados a habitação. As tipologias usadas serão sete fracções T1 e uma fracção T0. Página 4

6 Os elementos transparentes serão compostos por caixilharia simples de madeira com quadrícula de vidro duplo e a protecção solar adoptada serão cortinas opacas de cor clara. As paredes divisórias interiores bem como as de separação de fogos serão em gesso cartonado com isolamento térmico e acústico entre as placas. Na cobertura será aplicada telha cerâmica sobre placas sandwich do tipo ONDUTHERM com 8cm de isolamento térmico. Sistemas de aquecimento ambiente e produção de água quente sanitária O aquecimento das habitações será efectuado por radiadores locais do tipo painel convector em aço de elementos montados na parede e providos de válvulas termoestáticas. A água quente (a 80ºC/65ºC) de alimentação dos radiadores será produzida por intermédio de uma caldeira mural mista a gás natural a instalar nas cozinhas e que assegurará também a produção de águas quentes sanitárias. As caldeiras previstas possuirão uma potência de 24kW e uma produção instantânea de água quente de 11,2 l/min ( T=30ºC). Todas as tubagens serão isoladas exteriormente e as de alimentação dos radiadores serão instaladas sobre o tecto falso descendo em roço pelas paredes para ligação aos radiadores. Para comando e controlo remoto da caldeira mural, será instalado na parede do hall de entrada de cada habitação um controlador termoestático que, segundo a memória descritiva, ficará regulado para 20ºC. Ventilação Para ventilação das cozinhas prevê-se a instalação de exaustores de fumos sobre os fogões. Nas instalações sanitárias prevê-se a existência de pequenos electroventiladores que serão accionados por interruptores do tipo iluminação, mas independente desta. Página 5

7 Caracterização geométrica Página 6

8 Cada um dos pisos é composto por duas fracções individuais, frente e traseiras, com área bruta que varia entre os 60 e os 70m 2. O zonamento é distribuído entre hall de entrada, sala, cozinha, um quarto e uma instalação sanitária. A fracção frente tem exposição solar Norte-Oeste enquanto que a habitação das traseiras tem exposição Sul-Oeste. A habitação T0 situa-se no piso superior (recuado) e é voltada a Sul com área bruta de 58 m 2. Caracterização Térmica das Soluções Construtivas ELEMENTOS DA ENVOLVENTE OPACA EXTERIOR U [W/m2.ºC] U máx [W/m2.ºC] Parede exterior existente Parede de pedra natural, com espessura média de 80cm Espaço de ar não ventilado Placa de gesso cartonado, espessura mínima de 1.5 cm Parede exterior do recuado Chapa metálica ondulada, isolamento térmico tipo lã-de-rocha com espessura mínima de 8cm Estrutura metálica de suporte Caixa-de-ar de 16cm Placa de revestimento interior, tipo VIROC com 19mm de espessura Cobertura Telha cerâmica Painel em sandwich tipo ONTHUTHERM com 8cm de isolamento térmico (XPS) Espaço não útil situação de Inverno (fluxo ascendente) situação de Verão (fluxo descendente) ELEMENTOS DA ENVOLVENTE OPACA INTERIOR U [W/m2.ºC] U máx [W/m2.ºC] Paredes de separação dos apartamentos com caixa de escadas/elevador Placa de gesso cartonado, espessura mínima de 1,5cm Espaço de ar Isolamento térmico à base de lã-de-rocha de espessura mínima de 5cm Placa de gesso cartonado, espessura mínima de 1,5cm Pavimento Laje colaborante de betão armado com lâmina de compressão de 6cm Isolamento térmico tipo lã-de-rocha, espessura mínima de 5cm situação de Inverno (fluxo descendente) situação de Verão (fluxo ascendente) Página 7

9 Pontes Térmicas VÃOS ENVIDRAÇADOS PONTES TÉRMICAS PLANAS Vidro laminado duplo incolor Caixilharia simples de madeira com quadricula Dispositivo móvel de sombreamento solar (cortina de cor clara) U [W/m2.ºC] 3.0 PONTES TÉRMICAS LINEARES Ψ [W/m2.ºC] Fachada com pavimentos intermédios e m = ; e p = 0.45 Duas paredes verticais e m = 0.25 Fachada com pavimentos intermédios (recuado) e m = ; e p = 0.55 Duas paredes verticais (recuado) e m = 0.1 Fachada com padieira, ombreira ou peitoril 0.2 Fachada com cobertura inclinada ou terraço (recuado) e m = ; e p = 0.7 COEFICIENTE DE REDUÇÃO DAS PERDAS TÉRMICAS PATA LOCAIS NÃO AQUECIDOS Quarto 0.4 Hall de entrada 0.4 Cozinha 0.6 Sala (recuado) 0.6 τ Página 8

10 Taxa de Renovação de Ar Todas as fracções de habitação do edifício serão providas de exaustores de cozinha e de sistema de exaustão nas instalações sanitárias. No entanto, estes últimos também terão um regime de funcionamento pontual sendo controlados por interruptor. Assim sendo, as habitações serão ventiladas naturalmente. Sabendose que o edifício não obedece à norma NP e admitindo caixilharias sem classificação, a taxa de renovação horária nominal foi obtida através do processo de cálculo previsto pelo RCCTE e com uma exposição ao vento do tipo 2 (Exp.2 periferia de uma zona urbana). A taxa de renovação horária apresenta então um valor de 1.1 h -1 (incluindo o agravamento de 0.1 h -1 uma vez que a área de envidraçados é superior a 15% da área útil de pavimento. Factores solares na estação de aquecimento X G Fs Fg Fw Norte Sul Oeste Página 9

11 PRIMEIROS RESULTADOS EDIFÍCIO 1 Nic Necessidades de aquecimento Fracção Nic Ni Nic/Ni Verifica [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] Piso 1 T1 Norte % Não Piso 1 T1 Sul % Não Piso 4 T1 Norte % Não Piso 4 T0 Sul % Não Nvc Necessidades de arrefecimento Fracção Nvc Nv Nvc/Na Verifica [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] Piso 1 T1 Norte % Sim Piso 1 T1 Sul % Não Piso 4 T1 Norte % Sim Piso 4 T0 Sul % Não Nac Águas quentes sanitárias Fracção Nac Na Nac/Na Verifica [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] Piso 1 T1 Norte % Sim Piso 1 T1 Sul % Sim Piso 4 T1 Norte % Sim Piso 4 T0 Sul % Sim Ntc Energia primária Fracção Ntc Nt Ntc/Nt Verifica [kgep/m 2.ano] [kgep/m 2.ano] Piso 1 T1 Norte % Sim Piso 1 T1 Sul % Sim Piso 4 T1 Norte % Sim Piso 4 T0 Sul % Sim Página 10

12 Classe Energética Virtual Verificando-se o não cumprimento do regulamento pela parte dos requisitos mínimos de qualidade térmica para a envolvente do edifício em questão, nomeadamente no que diz respeito aos coeficientes de transmissão térmica superficiais de elementos opacos exteriores em zona corrente, é aqui tomada uma abordagem académica, isto é, é exposta a classe energética (tomando o nome de classe energética virtual) que representa a classe correspondente caso os requisitos mínimos supra indicados não influíssem na determinação da mesma. Fracção Classe Piso 1 T1 Norte B - Piso 1 T1 Sul B Piso 4 T1 Norte B - Piso 4 T0 Sul B PROXIMAS ETAPAS Prosseguimento para delineação de estratégias de melhoramento do desempenho energético, tendo como objectivo a classificação A +. Aplicação da metodologia descrita a outros edifícios propostos para reabilitação. Quantificação da influencia de cada uma das tecnologias energéticas no desempenho final do edifício. Página 11