Economic, energy and environmental analysis of the application of thermal insulation to buildings on the European continent

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO conforto térmico é algo cada vez mais valorizado pelo ser humano, sendo fundamental para a sua produtividade e o seu bem-estar. Porém, assegurar condições de conforto térmico tem consequências energéticas, económicas e ambientais. Os órgãos de governo da União Europeia consideram que o aumento da eficiência energética dos edifícios é algo de extrema importância, devido a estes serem grandes consumidores de energia. Logo, um método eficaz de reduzir custos energéticos e económicos e impactos ambientais passa por tornar os edifícios muito eficientes energeticamente. A eficiência energética de um edifício está diretamente relacionada com a qualidade das suas soluções construtivas. Uma forma de melhorar as características das soluções construtivas é o uso de isolamento térmico, de modo a diminuir as trocas de calor entre o exterior e o interior de um edifício. O presente estudo tinha como objetivo a realização de uma análise económica, energética e ambiental da aplicação do isolamento térmico aos edifícios do continente europeu. Esta análise permitiu compreender a influência da aplicação de isolamento térmico na eficiência energética dos edifícios e assim perceber a influência desta medida nos custos energéticos, económicos e ambientais do ciclo de vida completo dos edifícios localizados no continente europeu. Adicionalmente, fez-se uma verificação de qual o material isolante térmico mais adequado. A análise foi efetuada segundo as perspetivas económica, energética e ambiental. Os custos do conforto térmico dependem da tipologia de uso do edifício e do tipo de clima. Assim, de forma a representar as tipologias do edificado europeu foram selecionados seis edifícios diferentes, sendo estes: um apartamento e uma moradia (edifícios residenciais), uma clínica (edifício de serviços com funcionamento permanente), uma escola e uma agência bancária (edifícios de serviços com funcionamento intermitente) e um supermercado (edifício de comércio com funcionamento intermitente. Para representar o clima do continente europeu foram selecionadas 5 localizações, em função do número de graus-dia de aquecimento e de arrefecimento, envolvendo assim 5 tipos de clima: Málaga (quente), Lisboa (moderado), Valladolid (frio), Varsóvia (muito frio), Reykjavik (extremamente frio). Recorreu-se à folha de cálculo CalProTerm para a obtenção das propriedades termofísicas das soluções construtivas opacas e ao software SEnergEd para a realização da simulação do comportamento energético, económico e ambiental do ciclo de vida dos edifícios. A versão do software SEnergEd disponibilizada não realizava a análise ambiental do ciclo de vida do edifício, pelo que foi necessário proceder à implementação desta vertente, munindo este software com os algoritmos necessários à realização do cálculo de impactos ambientais.Os resultados obtidos mostram, em termos muito genéricos, que a aplicação de isolamento térmico à envolvente opaca dos edifícios do continente europeu é mais benéfica em termos energéticos e em termos ambientais do que sob a perspetiva económica. Adicionalmente, a espessura ótima de isolamento térmico depende da tipologia de edifício, do tipo de clima e da perspetiva com que foi efetuada a análise (energética, ambiental ou económica).Thermal comfort is something increasingly valued by the human being, being fundamental for their productivity and well-being. However, ensuring thermal comfort conditions has energy, economic and environmental consequences. The Governing Bodies of the European Union consider that increasing the energy efficiency of buildings is extremely important, especially due to being one of the major energy consumers. Therefore, an effective method of reducing energy and economic costs and environmental impacts is to make buildings very energy efficient. The energy efficiency of a building is directly related to the quality of its constructive solutions. One way to improve the characteristics of constructive solutions is the use of thermal insulation, so as to decrease heat exchanges between the outside and the interior of a building.The present study aimed to carry out an economic, energy and environmental analysis of the application of thermal insulation to buildings on the European continent. This analysis made it possible to understand the influence of the application of thermal insulation on the energy efficiency of buildings and thus to understand the influence of this measure on the energy, economic and environmental costs of the complete life cycle of buildings located on the European continent. Additionally, a verification was made of which is the most suitable thermal insulating material. The analysis was carried out according to the economic, energy and environmental perspectives. Thermal comfort costs depend on the type of use of the building and the type of climate. Thus, to represent the typologies of European buildings, six different buildings were selected, namely: an apartment and a house (residential buildings), a clinic (service building with permanent operation), a school and a bank branch (buildings of services with intermittent operation) and a supermarket (commercial building with intermittent operation. To represent the climate of the European continent, 5 locations were selected, depending on the number of degree-days of heating and cooling, thus involving 5 types of climate: Malaga (hot), Lisbon (moderate), Valladolid (cold), Warsaw (very cold), Reykjavik (extremely cold).The CalProTerm spreadsheet was used to obtain the thermophysical properties of the opaque constructive solutions, the SEnergEd software was used to simulate the energy, economic and environmental behavior of the buildings' life cycle. The version of the SEnergEd software initially available did not carry out the environmental analysis of the building's life cycle, therefore it was necessary to implement this aspect, providing this software with the algorithms necessary to carry out the calculation of environmental impacts.The results obtained showed, in very general terms, that the application of thermal insulation to the opaque envelope of buildings on the European continent is more beneficial in energy and environmental terms than from an economic perspective. Additionally, the optimal thickness of thermal insulation depends on the type of building, the type of climate and the perspective from which the analysis was carried out (energy, environmental or economic)