Desempenho térmico de edifícios com materiais de reduzida energia incorporada: caso de estudo de um sistema construtivo modular pré-fabricado

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2017Segundo a Comissão Europeia, o sector dos edifícios é responsável por 40% do consumo de energia e 36% das emissões de CO2 na União Europeia. Embora o desempenho energético de um edifício seja afetado por vários fatores, é a envolvente do edifício, o chamado “building envelope”, que desempenha o papel mais significativo, sendo responsável por cerca de 25% do total de uso de energia num edifício, o que inclui também toda a energia incorporada nos materiais constituintes, a energia gasta no transporte e durante a fase de construção. Assim, é de maior importância a aposta em desenvolvimentos de envolventes exteriores mais eficientes, uma vez que podem contribuir fortemente para a redução da energia relativa ao aquecimento e arrefecimento dos espaços. A presente dissertação tem como principal objetivo o estudo do comportamento térmico de uma habitação unifamiliar constituída por paredes exteriores concebidas através de um sistema construtivo modular pré-fabricado, utilizando na sua maior parte materiais renováveis, no sentido de ter um baixo impacto ambiental, e uma elevada eficiência energética. Para isso são utilizados dois métodos de análise energética, o método quase estacionário e o software EnergyPlus. Pretende-se, igualmente, realizar análises comparativas entre este tipo de módulos e a solução construtiva mais comum em Portugal (parede de alvenaria dupla) em termos de coeficiente de transmissão térmica, quantidade de energia e CO2 incorporados nos materiais e relativos ao seu transporte, e em relação à energia despendida durante a fase de operação da habitação. Os resultados obtidos pelos dois métodos de análise revelaram uma diferença de carga de aquecimento de 17,3 kWh/m2.ano, concluindo-se que esta é sobredimensionada pelo regulamento. Quanto à análise da habitação em condições aproximadas ao real, esta mostrou que, em regime free-floating com ventilação natural, tem um bom desempenho térmico, uma vez que em 70% das horas num ano encontra-se dentro de uma gama de temperatura que proporciona conforto (20-25ºC). Quanto à comparação entre o módulo de parede exterior da habitação com a solução construtiva de parede dupla, o primeiro revelou que, para além de um melhor coeficiente de transmissão térmica, tem uma menor percentagem de energia e CO2 incorporado, uma menor energia associada ao transporte dos materiais constituintes e uma energia operacional também inferior.According to the European Commission, the buildings sector accounts for 40% of energy consumption and 36% of CO2 emissions in the European Union. Although the energy performance of a building is affected by several factors, it is the building envelope which plays the most significant role, accounting for about 25% of the total energy use in a building. This includes all the energy incorporated in the constituent materials, the energy spent in transport and during the construction phase. Thus, the development of more efficient outdoor enclosures is of greater importance, since it can contribute greatly to the reduction of energy related to heating and cooling of the spaces. The main objective of this dissertation is to study the thermal behavior of a single-family dwelling consisting of exterior walls designed through a prefabricated modular building system, using mostly renewable materials, in the sense of having a low environmental impact, and a high energy efficiency. For this, two methods of energy analysis are used, the quasi-stationary method and the EnergyPlus software. It is also intended to perform comparative analyzes between this type of modules and the most common constructional solution in Portugal (double masonry wall) in terms of coefficient of thermal transmissivity, amount of energy and CO2 incorporated in the materials and related to their transport and in relation to the energy expended during the phase of operation of the dwelling. The results obtained by the two methods of analysis revealed a heating load difference of 17.3 kWh/m2.year, concluding that this is oversized by the Portuguese regulation. Regarding the analysis of housing in real conditions, this showed that, in a free-floating regime with natural ventilation, it has a good thermal performance, since 70% of the hours in a year are within a comfortable temperature range (20-25°C). As for the comparison between the exterior wall module of the housing and the double walled building solution, the first one revealed that, in addition to a better coefficient of thermal conductivity, it has a lower percentage of energy and CO2 incorporated, a lower energy associated with transport of the constituent materials and also lower operating energy