Desenvolvimento de argamassas otimizadas para sistemas de pavimentos radiantes

Abstract

As metas europeias para a eficiência energética e descarbonização do setor da construção e do ambiente construído exigem soluções de climatização mais eficientes e sustentáveis na conceção, seleção de materiais e eficiência dos sistemas. Um dos sistemas construtivos em que se pode intervir para melhorar a eficiência energética e conforto no parque edificado são os sistemas de pavimentos radiantes. O presente estudo tem como principal objetivo desenvolver e caracterizar argamassas especialmente concebidas para pavimentos radiantes que contribuam para aumentar a eficiência deste sistema construtivo. A melhoria das propriedades térmicas das argamassas identifica-se como uma das estratégias promissoras para o aumento da eficiência térmica e energética destes sistemas que têm ganho quota de mercado. Tentou-se alcançar esta melhoria através da modificação da transmissão térmica da argamassa com a introdução de agregados densos e através da introdução de materiais de mudança de fase (PCM) para maximizar a capacidade de armazenamento e transmissão de calor. Procurando promover modelos económicos circulares que contribuam para aumentar a sustentabilidade na construção, selecionou-se um resíduo siderúrgico denso, como substituto de agregados naturais na formulação de argamassas para pavimentos radiantes. A utilização deste agregado deu resultados promissores, tal como a posterior incorporação de dois materiais de mudança de fase nas formulações, que se efetuou para melhorar o desempenho térmico das argamassas sem degradar as suas propriedades nos estados fresco e endurecido. No entanto, o aumento do teor de agregado denso não se traduziu num aumento significativo de condutibilidade térmica possivelmente devido ao aumento da porosidade da matriz criada por dificuldades de empacotamento dos agregados. Com base nos resultados de caracterização das argamassas selecionadas, foi efetuado um estudo de simulação térmica por um modelo numérico, com o intuito de estimar o desempenho térmico das argamassas desenvolvidas quando aplicadas num sistema de pavimento radiante. Aferiu-se que a substituição de agregados de granulometria média por resíduo siderúrgico melhora o desempenho térmico do sistema de pavimento radiante, sem comprometer a trabalhabilidade e a resistência mecânica necessária nesta aplicação.

The European targets for energy efficiency and decarbonization of the construction sector and the built environment require more efficient and sustainable climate solutions in the design, selection of materials and efficiency of systems. One of the systems which can intervene to improve energy efficiency and comfort in the building stock are radiant floor systems. The main objective of the present study is to develop and characterize mortars specially design for radiant floors that contribute to increase the efficiency of this systems. The improvement of the thermal properties of the mortars is identified as one of the promising strategies to increase the thermal and energy efficiency of these systems that have been gaining market share. An attempt was made to achieve this improvement by modifying the thermal transmission of the mortar with the introduction of dense aggregates and through the introduction of phase change materials (PCM) to maximize heat storage and transmission capacity. Seeking to promote a circular economic model that contribute to increasing sustainability in construction, a dense steel-making waste as a substitute for natural aggregates in the formulation of mortars for radiant floors. The use of this aggregate gave promising results, such as the subsequent incorporation of two-phase change materials in the formulations, which was made to improve the thermal performance of the mortars without degrading their properties in the fresh and hardened states. However, the increase of the aggregate content does not translate into a significant increase of thermal conductivity possibility due to increase matrix porosity created by the packaging difficulties. Based on the characterization results of the selected mortars, a thermal simulation study was carried out using a numerical model to estimate the thermal performance of the mortars develop when applied to a radiant floor system. It was found that the replacement of medium granulometry aggregates by steel waste improves the thermal performance of the underfloor heating system, without compromising the workability and mechanical resistance required in this application.