Construir segundo requisitos Passivhaus: modelação de pontes térmicas

Abstract

Atualmente tem-se vindo a lutar contra vários problemas de índole económica e ambiental, nomeadamente contra as principais causas do consumo excessivo de energia, recurso cada vez mais escasso e consequentemente, mais caro. Para inverter essa tendência tem-se procurado encontrar soluções do ponto de vista sustentável e implementar medidas que reduzam o consumo global de energia. Os edifícios são um dos setores que mais contribuem para os elevados consumos de energia, sendo necessário ir ao encontro de medidas que visam torná-los mais eficientes. A Diretiva 2010/31/EU estabeleceu limites aos estados membros da União Europeia para que na construção de edifícios novos se alcance consumos de energia quase nulos. Os requisitos para se atingir um edifício passivo, segundo o conceito Passivhaus, são essenciais para se conseguir atingir esses limites, estando mesmo na génese dos edifícios de consumo quase nulo. No âmbito do balanço térmico, as pontes térmicas contribuem para uma percentagem significativa da energia que é desperdiçada pela envolvente dos edifícios, pelo que, o conceito Passivhaus estabelece que a envolvente apresente características que permitem eliminar ou pelo menos minimizar significativamente as pontes térmicas. O primeiro objetivo desta dissertação foi desenvolver um catálogo de pormenores construtivos de ligações que obedeçam às exigências da construção segundo os requisitos Passivhaus, para cada um dos quais se apresentou os valores correspondentes de Ψ (W/(m.ºC)), obtidos quer com medições exteriores quer com interiores. No desenvolvimento dos pormenores construtivos, teve-se em conta os sistemas de construção mais comuns em Portugal. Para cada uma das ligações construtivas (ponte térmica) foi realizado um estudo paramétrico, possibilitando a identificação das soluções ótimas a adotar, a fim de cumprir os requisitos Passivhaus, respeitando o valor do coeficiente de transmissão térmica linear (Ψ) ≤ 0,01 W/(m.ºC). O segundo objetivo foi fornecer suporte técnico a arquitetos, engenheiros e construtores, para projetarem e construírem segundo os requisitos Passivhaus, em relação à resolução e definição construtiva de pontes térmicas lineares. O estudo iniciou-se com o desenho das ligações e posteriormente obteve-se o valor do coeficiente de transmissão térmica linear (Ψ (W/(m.ºC))) utilizando o método de cálculo definido na EN ISO 10211: 2007. Em cada um dos pormenores de pontes térmicas realizou-se a sua modelação usando o software THERM 7® para obter o fluxo de calor em 2D. Durante o estudo paramétrico foram combinadas diferentes espessuras de isolamento térmico dos elementos construtivos e a variação da posição da camada isolante. Também foi realizado o cálculo do parâmetro de coeficiente de transmissão térmica linear (Ψ (W/(m.ºC))) usando as medições externas das dimensões dos elementos construtivos (de acordo com a metodologia Passivhaus) e internas, de acordo com o Regulamento das Características de Comportamento Térmico de Edifícios (RCCTE) e por último foi realizada uma análise crítica. Para cada ligação otimizada foi concebido o respetivo pormenor construtivo com a sua descrição e foi representado graficamente o valor do coeficiente de transmissão térmica linear (Ψ (W/(m.ºC))) para cada combinação da espessura do isolamento. O desenvolvimento de diversas soluções de ligações permitiu atingir a condição (Ψ)≤0,01 W/(m.ºC) para diferentes configurações de pontes térmicas lineares em quase todos os pormenores. No entanto, foi possível constatar que a variação da espessura da camada de isolamento não se traduz sempre na redução do coeficiente de transmissão térmica linear (Ψ (W/(m.ºC))). Para obter esta redução são essenciais aspetos construtivos, tais como a continuidade e a posição da camada de isolamento. A combinação de todos estes aspetos nos pormenores construtivos traduz-se em valores de coeficientes de transmissão térmica linear significativamente mais baixos do que os que estão tipificados no regulamento Português. Em suma, este estudo demonstra a viabilidade do projeto e da construção de acordo com o padrão Passivhaus aplicando os métodos construtivos correntes em Portugal e releva a importância da correção das pontes térmicas na fase de conceção e execução dos edifícios.

The struggle against diverse economic and environmental problems is a common issue nowadays, particularly in what respects excessive energy consumption, increased resource use and therefore more expensive. In order to invert this tendency, there’s been made a general pursuit for sustainable solutions and consequently implementation of measures to reduce the overall energy consumption. Buildings are one of the sectors that most contribute to high energy consumption and it is crucial to implement measures which make them more efficient. The Directive 2010/31/EU established limits for member states of the European Union for the construction of new buildings in order to reach Nearly Zero Energy Consumption demand. In order to achieve these levels, the Passivhaus requirements are essential, being inclusively in the genesis of the NZEB building. Within the context of heat balance, thermal bridges contribute to a significant proportion of energy losses through the building envelope. As a result, the Passivhaus concept establishes that the surrounding of the building must provide characteristics which allow the elimination or very significant minimization of thermal bridges. The first objective of this thesis was to develop a catalog of construction details which satisfy the requirements of construction according to the requirements of Passivhaus, presenting detailed calculation and the corresponding values of the linear thermal transmittance (Ψ (W/(m.ºC))), obtained either with external or internal dimensional measurements. For the development of construction details, it was taken into account the most common building systems used in Portugal. For each detailed constructive connection (thermal bridge) was conducted a parametric study which allowed the identification of the optimal solutions to adopt in order to fulfill the Passivhaus requirement, respecting the target value of the linear thermal transmittance (Ψ)≤0,01 W/(m.°C). The second objective was to provide technical support to architects, engineers and builders, to design and build according to the Passivhaus requirements, concerning the resolution and constructive definition of linear thermal bridges. The study began with the drawings of the connections and the subsequent correspondent calculation of the linear thermal transmittance (Ψ (W/(m.°C))), using the calculation method defined in EN ISO 10211:2007. Each thermal bridge detail was modelled, using software THERM 7® in order to calculate 2D heat flow. For the parametric study different thicknesses of thermal insulation of building elements and the variation of the position of the insulating layer were modeled and studied. It was also calculated the parameter of linear thermal transmittance (Ψ (W/(m.°C))) using the external measurements of the dimensions of building details (according to the Passivhaus standard) and internal, according to the Portuguese National Thermal Code (RCCTE) and finally performed a critical analysis. For each optimized connection it was conceived a designed detail with the respective description and then plotted the linear thermal transmittance Ψ (W/(m.°C)) for each combination of insulation thickness defined. The development of various connection solutions allowed to reach the target condition of Ψ ≤ 0,01 W/(m.°C) for different linear thermal bridge configurations for almost every detail. However, it was possible to establish that the variation of insulating layer’s thickness does not always translate in reducing the linear thermal transmittance Ψ (W/(m.°C)). To obtain this reduction, constructive aspects are essential, such as the continuity and the position of insulating layer. The combination of all these aspects in the construction details result in linear thermal transmittance (Ψ (W/(m.°C))) significantly lower than the typified in the Portuguese thermal code (RCCTE). In summary, this study demonstrates the viability of design and consequent construction according to the Passivhaus standards applied to common constructive methods used in Portugal and enhances the importance of the correction of thermal bridges in the design phase and building planning.