divisÓ rias leves em climas temperados · de paredes divisórias interiores utilizam geralmente...

Paredes divisórias: Passado, presente e futuro

DIVISÓRIAS LEVES EM CLIMAS TEMPERADOS

Paulo MENDONÇA

Professor Auxiliar

Universidade do Minho, Guimarães

SUMÁRIO

Este artigo pretende demonstrar que é possível utilizar membranas em paredes divisórias

interiores e fachadas exteriores

clima temperado, como Portugal onde, por questões culturais e de desempenho

associa o elevado peso das soluções construtivas à qualidade da construção. Neste contexto, as

propriedades das soluções leves, nomeadamente de membrana, deverão ser bem

para que estas possam ser aceites

consegue ser ainda mais leve

comum é a de gesso com estrutura em perfis de aço

convencionais pesadas, tais como

fácil desconstrução / reutilização

apresentando outros indicadores demonstradores de um menor impacto ambiental.

exterior, as membranas arquite

para aquecimento (promoção de efeito estufa) e

arrefecimento por evapora

viável em climas invariavelmente

contexto climático, as membranas

capacidade de armazenamento térmico. No entanto, a pesquis

membrana, com comportamento passivo e ati

suas potencialidades a paredes d

contemporâneas de conforto.

ganhos térmicos - por exemplo

também para alcançar inércia térmica. Em

foi estudada a capacidade de armazenamento térmico em pavimentos

mudança de fase (PCM). No presente estudo pretende

de membranas em paredes divisórias interiores

Minho, Guimarães.

1. INTRODUÇÃO

As membranas arquitetónicas são hoje utilizadas com custos competitivos para construções

divisórias: Passado, presente e futuro, P.B. Lourenço et al. (eds.)

RIAS LEVES EM CLIMAS TEMPERADOS

MENDONÇA

Professor Auxiliar


Mónica MACIEIRA

Investigadora



xteriores, mesmo em edifícios de habitação localizadas

como Portugal onde, por questões culturais e de desempenho


propriedades das soluções leves, nomeadamente de membrana, deverão ser bem

para que estas possam ser aceites. As soluções de membrana empregam pouco material e

mais leves do que as convencionais soluções leves para divisórias

comum é a de gesso com estrutura em perfis de aço. Em comparação com soluções

, tais como a paredes de tijolo vazado, as membranas permitem

fácil desconstrução / reutilização, além de uma menor energia incorporada especifica e

apresentando outros indicadores demonstradores de um menor impacto ambiental.

membranas arquitetónicas podem ser utilizadas como sistemas passivos ou ativos,

para aquecimento (promoção de efeito estufa) e arrefecimento (sombreamento, ou mesmo de

evaporação). Mas a utilização de materiais leves é funcionalmente

invariavelmente quentes ou frios do que em climas temperados

, as membranas apresentam problemas relacionados com a sua baixa

capacidade de armazenamento térmico. No entanto, a pesquisa de novos materiais de

comportamento passivo e ativo para a regulação térmica, permite estender

potencialidades a paredes divisórias interiores com o objetivo de atender a demandas

contemporâneas de conforto. Sistemas ativos e/ou passivos podem ser usados para regular os

or exemplo, painéis radiantes e/ou de arrefecimento por evapora

também para alcançar inércia térmica. Em estudos anteriores apresentados pelo primeiro autor

foi estudada a capacidade de armazenamento térmico em pavimentos, usando

. No presente estudo pretende-se mostrar alguns exemplos de aplicação

de membranas em paredes divisórias interiores e exteriores em curso na Universidade do

tónicas são hoje utilizadas com custos competitivos para construções

149

RIAS LEVES EM CLIMAS TEMPERADOS

Mónica MACIEIRA



localizadas em regiões de

como Portugal onde, por questões culturais e de desempenho funcional, se


propriedades das soluções leves, nomeadamente de membrana, deverão ser bem exploradas

pouco material e

para divisórias - a mais

Em comparação com soluções

membranas permitem uma

, além de uma menor energia incorporada especifica e

apresentando outros indicadores demonstradores de um menor impacto ambiental. Na pele

s como sistemas passivos ou ativos,

(sombreamento, ou mesmo de

funcionalmente mais

u frios do que em climas temperados. Neste último

apresentam problemas relacionados com a sua baixa

a de novos materiais de

vo para a regulação térmica, permite estender

de atender a demandas

/ou passivos podem ser usados para regular os

evaporação, mas

estudos anteriores apresentados pelo primeiro autor

, usando materiais com

se mostrar alguns exemplos de aplicação

Universidade do

tónicas são hoje utilizadas com custos competitivos para construções

Divisórias Leves em Climas Temperados 150

com grandes vãos. No entanto também podem ser adequadas para construções de pequenas

dimensões, tais como os edifícios de habitação [1].

O facto de ser a tecnologia construtiva mais leve, para fachadas e revestimentos, utilizada em

edifícios e com uma vida útil superior a 25 anos faz com que as membranas arquitetónicas

sejam extremamente competitivas em termos de montagem/desmontagem, energia incorporada,

custo económico e durabilidade, mesmo em aplicações no exterior como se demonstra em

Mendonça [1], Miravete [2] e Ossola [3]. Além disso, as membranas têm a vantagem de ser ao

mesmo tempo translúcidas, e com menos peso por metro quadrado do que outros materiais,

como o vidro. Geralmente, as membranas são translúcidas, mas não transparentes, pois na

maioria dos casos são compósitos - com uma estrutura têxtil (poliéster e fibra de vidro) e com

um revestimento polimérico - tal como o cloreto de polivinilo (PVC), o politetrafluoretileno

(PTFE) ou a silicone (SI) [4].

As membranas arquitetónicas transparentes, feitas de folhas poliméricas homogéneas, estão a

ter aplicação cada vez mais frequente. Exemplos de membranas arquitetónicas com essas

características são: o PVC transparente e as películas de ETFE. A primeira é comummente

utilizada em estufas agrícolas e estruturas efémeras como toldos. A segunda é mais utilizada

em estruturas permanentes, geralmente em sistemas de estruturas pneumáticas [5], com

durabilidade superior, mesmo em ambientes exteriores, mas com um custo significativamente

superior.

2. EVOLUÇÃO DAS PAREDES DIVISÓRIAS

O presente estudo toma como referência as soluções construtivas de paredes divisórias

existentes na Europa do Sul, especificamente em Portugal. Os exemplos apresentados referem-

se àqueles que são mais significativos na evolução das soluções de paredes divisórias. As

primeiras soluções construtivas podem ser consideradas soluções vernaculares – solução com

blocos de terra seca ao sol (adobe) - característica das zonas ricas em argila, essencialmente nas

regiões sul do Alentejo e Algarve [6], e a solução de tabique (figura 1a) ou “taipa de fasquio”

como designada na região do Minho. Esta última é composta por tábuas de madeira colocadas

em tabuado vertical ou diagonal e sobreposto a este pequenas tiras de secção trapezoidal, nas

quais adere a argamassa. No entanto, devido à perda da tradição das técnicas empregues e ao

consequente encarecimento de mão-de-obra, estas soluções de paredes divisórias deram lugar a

outros tipos de parede, como o tijolo maciço (figura 1b)), que mais tarde deu lugar ao tijolo

furado (figura 1c)).

Figura 1: Evolução das soluções de paredes divisórias interiores em Portugal. a) Tabique, b)

Tijolo maciço; c) Tijolo furado; d) Painel de gesso cartonado com subestrutura em madeira; e)

painel de gesso cartonado com subestrutura metálica leve

A utilização de tijolo cerâmico furado (fig. 1c)) em alvenaria não estrutural tornou-se cada vez

a) b) c) d) e)

Séc. XVIII-XIX Séc. XIX-... Séc. XX -... Anos 70 Anos 90

40 kg/m2 200kg/m

2 150kg/m

2 29,53kg/m

2 20,41kg/m

2

P. Mendonça, M. Macieira

mais comum por razões económicas e de facilidade de construção

15cm, mas com mais frequência de 11cm, este sistema tornou

ainda permanece como tal. Mesmo

eficientes, a maioria delas não pode competir com a solução de alvenaria de tijolo furado

devido à mentalidade conservadora dos diversos agentes do sector da construção.

Uma exceção é a solução de gesso cartonado com sub

desenvolvimento desde a década de 70. Primeiro, esta tinha uma

preenchida com cartão de núcleo alveolar à qual se fixava as placas de gesso (figura 1d)). Ma

tarde, por volta dos anos 90, a

leve - constituída por perfis em aço galvanizado

2.1. Paredes Divisórias em Membrana

Mesmo que não sendo comum,

paredes divisórias em membrana

Design. Estas são constituídas por

celular desta solução funciona como

outras características vantajosas d

Figura 2 : Sistema Modular de paredes divisórias interiores “Softwall” dos arquitetos

Forsythe

A figura 3 mostra sistemas de paredes divisórias

composto de duas folhas de

desenrolar, ligadas por uma membrana de borracha e p

alumínio. Esta divisória só atinge estabilidade vertical

"Instant Space" mostrado na

apoiada entre duas colunas

como uma tela de projeção ou como divisória de ambientes para absorção de ruído.

a)

Figura 3 : paredes divisórias em rolo: a) “Cartoon

Baroli; b) “Instant Space”projectada pelos arquite

mais comum por razões económicas e de facilidade de construção. Com espessuras entre 7 e

, mas com mais frequência de 11cm, este sistema tornou-se a solução convencional

. Mesmo com o aparecimento no mercado de soluções novas e mais

a maioria delas não pode competir com a solução de alvenaria de tijolo furado


ução de gesso cartonado com subestrutura que tem alcançado um grande

desenvolvimento desde a década de 70. Primeiro, esta tinha uma subestrutura

preenchida com cartão de núcleo alveolar à qual se fixava as placas de gesso (figura 1d)). Ma

tarde, por volta dos anos 90, a subestrutura de madeira foi substituída por subestrutura

perfis em aço galvanizado (Figura 1e))-.

Paredes Divisórias em Membrana

comum, existem disponíveis no mercado, algumas das

membrana, como o sistema modular "Softwall" (figura 2), dos

são constituídas por um não tecido de polietileno 100% reciclável. A

celular desta solução funciona como absorvente acústico. Neste exemplo, foram exploradas

características vantajosas das membranas, como a flexibilidade e a translucidez.

Sistema Modular de paredes divisórias interiores “Softwall” dos arquitetos

Forsythe e Todd MacAllen - Molo Design [7]

sistemas de paredes divisórias em rolos. O "Cartoons Room " (figura 3

de cartão colocadas lado a lado, para facilitar o ato

desenrolar, ligadas por uma membrana de borracha e possui nas extremidades umas

só atinge estabilidade vertical com a criação de curva

"Instant Space" mostrado na figura 3 b), consiste numa faixa de membrana

s de alumínio. A sua superfície permite que esta divisória funcione

de projeção ou como divisória de ambientes para absorção de ruído.

b)

: paredes divisórias em rolo: a) “Cartoons Room” projetada pelo arquite

Space”projectada pelos arquitetos Hilde Leon, Konrad Wohlhage

Wernik, 2006

151

. Com espessuras entre 7 e

convencional e

soluções novas e mais

a maioria delas não pode competir com a solução de alvenaria de tijolo furado


estrutura que tem alcançado um grande

strutura de madeira

preenchida com cartão de núcleo alveolar à qual se fixava as placas de gesso (figura 1d)). Mais

strutura metálica

das soluções de

oftwall" (figura 2), dos Molo

de polietileno 100% reciclável. A estrutura

. Neste exemplo, foram exploradas

a translucidez.

Sistema Modular de paredes divisórias interiores “Softwall” dos arquitetos Stephanie

rolos. O "Cartoons Room " (figura 3 a)) é

o ato de enrolar e

umas peças de

curvas. O sistema

de membrana tensionada e

que esta divisória funcione

de projeção ou como divisória de ambientes para absorção de ruído.

s Room” projetada pelo arquiteto Luigi

tos Hilde Leon, Konrad Wohlhage e Siefried

Divisórias Leves em Climas Temperados

a)

Figura 4 : Imagem de aplicações de membranas no interior de

projetado por Stephen Kieran and James Timberlake

Bamboo” proje

Os projetos: "V2_Lab Office", do

Stephen Kieran e James Timberlake

Architects – são exemplos de aplicação de membranas no

divisórias. O primeiro consiste

de membranas estruturais.

compostas por películas justapostas na vertical com

Bamboo” (figura 4 b)) foram utilizadas tiras finas de PVC branco tensionadas entre barras de

aço, que formam as prateleiras e o revestimento i

orgânicas das superfícies de PVC, encontram

iluminação do espaço e das superfícies.

Um exemplo de uma solução conce

interiores é o projeto " Mies

modularidade e flexibilidade associados ao mobiliário.

apartamento projetado por Mies van der Rohe

Estas "paredes pneumáticas" podem ser movidas, permitindo que vária

interiores. As partes rígidas

pneumáticas podem ampliar tridimensionalmente para obter

apresentam a possibilidade de iluminação própria d

servir como condutor de calor, luz ou sinais

Figura 5 : Desenhos conceptuais que mostram as potencialidades de paredes pneumáticas

membrana, dos

Mobilidade

Iluminação


b)

Imagem de aplicações de membranas no interior de edifícios: a) “Cellofane House”

Stephen Kieran and James Timberlake, Nova Iorque, 2008; b) Loja “United

Bamboo” projetada por Acconci Studio Architects, Toquio, 2003

"V2_Lab Office", do arquiteto Lars Spuybroek; “Cellofane House”

James Timberlake e “United Bamboo” projetado por Acconci Studio

s de aplicação de membranas no interior de edifícios como

consiste numa estrutura tensionada, normalmente associad

O segundo projeto referido (Figura 4a)) possui paredes divisórias

justapostas na vertical com uma junta adesiva. Na loja “United


formam as prateleiras e o revestimento interior das paredes. Por trás das formas

orgânicas das superfícies de PVC, encontram-se lâmpadas fluorescentes que fazem a

iluminação do espaço e das superfícies.

Um exemplo de uma solução conceptual de aplicação de membrana em paredes

" Mies Upgrade" (Figura 5). Este apresenta uma visão sobre a

idade e flexibilidade associados ao mobiliário. O projeto reinterpreta um plano de um

apartamento projetado por Mies van der Rohe com aplicação de técnicas e materiais a

as" podem ser movidas, permitindo que várias organizações espaciais

rígidas das paredes recebem a infraestrutura técnica e as partes

podem ampliar tridimensionalmente para obter diferentes formas e usos.

a possibilidade de iluminação própria devido a um revestimento especial,

de calor, luz ou sinais elétricos [7].

Desenhos conceptuais que mostram as potencialidades de paredes pneumáticas

membrana, dos arquitetos Kalhöfer e Korschildgen, Alemanha, 2002 [7]

Mobilidade Abastecimento Ampliação

Iluminação Aquecimento Comunicação

152

“Cellofane House”

Loja “United

“Cellofane House” dos arquitetos

Acconci Studio

de edifícios como paredes

normalmente associada a aplicações

possui paredes divisórias

Na loja “United


Por trás das formas

se lâmpadas fluorescentes que fazem a

em paredes divisórias

" (Figura 5). Este apresenta uma visão sobre a

to reinterpreta um plano de um

ação de técnicas e materiais atuais.

s organizações espaciais

técnica e as partes

e usos. Também

evido a um revestimento especial, que pode

Desenhos conceptuais que mostram as potencialidades de paredes pneumáticas em

orschildgen, Alemanha, 2002 [7]

P. Mendonça, M. Macieira 153

2.2. Análise de impacto ambiental na fase de construção

A crescente necessidade de conservar meios e recursos, associada a preocupações ecológicas,

impulsionou novas abordagens minimalistas [8] às quais se associa o adjetivo "light-tech" [9],

presente nos projetos referidos anteriormente. No entanto alguns aspetos são aparentemente

difíceis de associar com a redução do impacto ambiental, pois os materiais utilizados (aço,

alumínio, vidro, polímeros) têm uma elevada energia incorporada por cada quilo de material

produzido [11]. Os sistemas estruturais leves são extremamente otimizados na relação entre

peso e propriedades mecânicas [8] [10], o que os torna competitivos quando comparados com

soluções pesadas como a alvenaria de tijolo furado (fig.6 a)). As soluções leves convencionais

de paredes divisórias interiores utilizam geralmente madeira ou perfis de aço galvanizado,

como elementos estruturais. Como material comum de revestimento utilizam-se placas de

gesso cartonado (fig. 6 b), mas também se pode usar painéis de fibrocimento, OSB, MDF, e

aglomerado de madeira e cimento. Alguns autores, como Davies [12] e Bubner [13] fizeram

estudos sobre os painéis “sandwich” e paredes de membrana dupla pneumática.

a) Solução Pesada de

Referência (SPR)

b) Solução Leve de

Referência (SLR)

c)Solução Leve de

Membrana (SLM)

Figura 6 : Secções longitudinais das soluções de paredes divisórias em análise

Tabela 1 – Impactos ambientais das soluções consideradas [8]

Categorias de impacto SPR SLR SLM

Peso específico

(kg/m2)

179,2 30,4 5,2

CEP 1

(kWh/kg) 139,8 61,7 55,6

PAG 2

(g/kg) 23218,0 14386,7 8830,4

PA 3

(g/kg) 217,1 114,0 48,2

DQO 4 POCP

4

(g/kg) 2340,3 2210,9 2158,9

Resíduos gerados 5

(kg/m2)

17,0 3,2 0,4

Valor de U 6

(W/m2.ºC)

1,8 0,6 0,6

1 CEP (consumo de energia primária);

2 PAG (Potencial de aquecimento global) equivalente a gramas de CO2;

3 PA (Potencial de Acidificação) em gramas de CO2;

4 DQO (Diminuição Quimica do Oxigénio) equivalente a gramas de NOx, PGFO (Potencial

de geração fotoquímica do Ozono) equivalente a gramas de NOx;

5 Resíduos gerados no processo de produção.

int.int.

reboco

121,5

15

cm1,5cmcmcm

reboco

tijolo

furado

51,5

8

cm1,5cmcmcm

int.int.

gesso

cartonado

gesso

cartonado

Lã

de rocha

int.int.

8cm

0,1cm0,1cm

Lã

de rocha

PVC/

Poliéster

PVC/

Poliéster


Para uma análise comparativa, são tomadas como referência a solução pesada (SPR) de tijolo

furado e a solução leve (SLR) de gesso com sub-estrutura em perfis de aço galvanizado. Estas

soluções de referência são comparadas com uma solução leve de membrana (fig. 6c)). Esta

solução consiste numa “sanduíche” de membrana dupla, fixa a uma estrutura leve de perfis de

aço galvanizado, preenchida com lã de rocha.

Como se pode verificar na análise da tabela 1, a solução proposta SLM (que consiste na

substituição de placas de gesso por membranas de PVC/poliéster) apresenta menores impactos

ambientais do que as soluções de referência. Em estudos anteriores [14] [15], foram exploradas

e analisadas outras potencialidades das soluções de membrana.

2.3. Membranas como reguladores do desempenho térmico

As membranas podem ter várias funções no controlo térmico dos edifícios (Figura 7). Da

mesma forma que podemos considerar a nossa pele "inteligente" por ter mecanismos reativos

de aquecimento e arrefecimento, a introdução de sistemas ativos com capacidades adaptativas

nas paredes pode permitir que as construções leves tenham um desempenho funcional

otimizado para competir com as construções convencionais pesadas. A estratégia de misturar

soluções com diferentes pesos específicos e soluções com massa térmica não convencional

também podem permitir alcançar esse objetivo [16].

Figura 7 : Classificação do controlo térmico das membranas [15]

A poupança de energia a longo prazo implica mais do que um dimensionamento correto das

fachadas. Nos países de clima temperado, com uma temperatura anual oscilando entre a

temperatura de conforto ideal (como Portugal onde este estudo está sendo realizado) (entre um

mínimo de -2,5°C e máximo de 35ºC) e uma variação térmica diária entre 10ºC, a inércia

térmica é ainda mais importante do que a capacidade de isolamento. Pois a sua ausência pode

resultar numa diminuição acentuada de temperatura noturna e uma consequente oscilação

excessiva da temperatura diária no interior do edifício. Como o pavimento e/ou teto pode

assumir o papel de armazenamento térmico [14] [15], a aposta poderá ser complementar essa

massa com as paredes divisórias interiores, utilizando no entanto sistemas de armazenamento

térmico leves. Numa solução leve de membrana, uma forma de aumentar a inércia térmica, sem

aumentar significativamente o peso edifício será utilizar materiais com mudança de fase (PCM

– phase change materials). Existem vários tipos de PCMs, tais como: água, sais; hidratos de

Membranas como

reguladores térmicos

Membrana

multi-camada

Membrana

Simples

Membrana reactiva

(Activa)

Membrana comum

(Passiva)

Com caixa-de-ar

(passiva ou activa)

Paineis

“Sandwich”

Sistemas Móveis

(persianas,

estruturas

conversíveis)

Membrana

estática

(comum)

Alterações das

aberturas e

permeabilidade

do tecido.

Alterações

químicas da

camada de

revestimento.

Passiva

(com

material de

isolamento)

Activa

(com

solução

radiante)


sal; metais e ligas; poli álcoois;

parafinas foi descrita por Pause

ou indireto.

2.3.1. Ganhos por efeito Dire

Num sistema de ganho dire

Para manter os espaços interiores com

devem ser colocados nos elementos construtivos expostos à radiação solar

na parede oposta ao envidraçado

pelo painel forçando-o a mudar de

temperatura ultrapassa o valor da zona de conforto, absorvendo o calor latente d

calor absorvido durante o dia ser

sólido liberta calor latente, reiniciando novamente o ciclo [21

2.3.2. Ganhos por efeito Indireto

O ganho por efeito indireto

radiação solar direta nos pai

conforto e funciona como um sistema de refrigeração passiva. Este sistema pode ser usado em

locais com baixa exposição

passivamente como descrito

sistema de aquecimento por piso radiante.

teto, para maior eficiência. Para permitir o aquecimen

painéis do pavimento podem

enquanto os painéis colocados no te

de calor pela laje e a absorção pelo teto

confortável. Com este sistema também

inversão do consumo de energia nas horas

Figura 8 : Painel

Um exemplo de aplicação de como as

refrigeração de forma ativa e passiva está presente no

Unido (Figura 9), projetado pelos

se um grande tanque de acrílico

armazenamento de energia para o condicionamento de ar do

65.000 bolas, cheias de sais eutétic

temperatura de 27°C, liberando energia

específico. Conforme a necessidade de aquecimento ou arrefecimento no interior do edifício,

poli álcoois; parafinas e eutéticos [17], [18]. A utilização de um painel com

por Pause [18] [19], com a possibilidade de ser utilizado por efeito direto

Ganhos por efeito Directo

um sistema de ganho direto, os ganhos são otimizados orientando os envidraçados para

Para manter os espaços interiores com o mínimo de variações térmicas, os painéis

nos elementos construtivos expostos à radiação solar dire

ao envidraçado e no piso). A energia solar pode ser absorvida

o a mudar de um estado sólido para um estado líquido

temperatura ultrapassa o valor da zona de conforto, absorvendo o calor latente d

calor absorvido durante o dia será libertado durante a noite, e quando o PCM reto

a calor latente, reiniciando novamente o ciclo [21] [22] [23].

Ganhos por efeito Indireto

to pode ser favorável às orientações a Sul no verão, quando não há

os painéis. No entanto a temperatura continua a ultrapassar os valores de

funciona como um sistema de refrigeração passiva. Este sistema pode ser usado em

exposição solar, ou nula (como em salas interiores sem janelas

como descrito anteriormente, ou como adição ao sistema ativo, para reforço do

sistema de aquecimento por piso radiante. Neste caso, os painéis são colocados no chão e no

para maior eficiência. Para permitir o aquecimento de casas sem exposi

m ser previamente aquecidos, deixando os PCMs em estado líquido

anto os painéis colocados no teto permanecem com os PCMs em estado sólido.

a absorção pelo teto permitem manter uma temperatura constante e

confortável. Com este sistema também se podem alcançar benefícios económicos através da

inversão do consumo de energia nas horas noturnas [18].

Painel térmico com parafina (adaptado de [19] em [16])

Um exemplo de aplicação de como as membranas e polímeros podem ser usados para a

tiva e passiva está presente no edifício Explore@Bristol no Reino

tado pelos arquitetos Wilkinson Eyre em 2000. Neste edifício

um grande tanque de acrílico preenchido com água e bolas de PCM, prevendo

armazenamento de energia para o condicionamento de ar do edifício [25]. No total

de sais eutéticos que mudam do estado de sólido para lí

C, liberando energia para a água circundante, que tem um

Conforme a necessidade de aquecimento ou arrefecimento no interior do edifício,

155

18]. A utilização de um painel com

e ser utilizado por efeito direto

envidraçados para Sul.

térmicas, os painéis com PCM

direta (geralmente

bsorvida diretamente

líquido quando a

temperatura ultrapassa o valor da zona de conforto, absorvendo o calor latente da fusão. O

retomar o estado

Sul no verão, quando não há

rapassar os valores de

funciona como um sistema de refrigeração passiva. Este sistema pode ser usado em

janelas) operando

para reforço do

Neste caso, os painéis são colocados no chão e no

to de casas sem exposição solar, os

PCMs em estado líquido

to permanecem com os PCMs em estado sólido. A emissão

permitem manter uma temperatura constante e

benefícios económicos através da

membranas e polímeros podem ser usados para a

Bristol no Reino

Wilkinson Eyre em 2000. Neste edifício encontra-

prevendo-se o

o total existem

estado de sólido para líquido à

m um elevado calor

Conforme a necessidade de aquecimento ou arrefecimento no interior do edifício,


essa energia latente é transformada

suportado por um sistema de ventilação

Figura 9 : Edifício “Explore@Bristol

3. PAINEL CONCEPTUAL LE

As típicas construções leves

armazenamento térmico das divisórias leves pode ser melhorada

materiais de mudança de fase (PCM

estudos que especifiquem

estudo anterior realizado pelo primeiro

colocado no chão em recipientes de plástico

introdução destas alterações

prever o desempenho da CT

durável, com uma temperatura de mudança de fase dentro da faixa de

de 24 ºC.

Figura 10 : Colocação de recipientes com óleo de cô

A proposta de solução conce

PCM e painéis com massa térmica mista.

3.1. Paineis PCM

As experiências que se mostram de seguida resultam

realizadas experiências com d

(TC). Os resultados mais significativos

PCM (solução leve de referência

(100kg); (experiência 3) situação intermédia

(fig. 12) e (experiência 4) 100kg no chão 200kg de recipientes.


a energia latente é transformada em ar quente ou frio por bombas de calor.

suportado por um sistema de ventilação localizado no terraço.

Explore@Bristol” projectado pelos arquitectos Wilkinson Eyre no Reino

Unido e no ano 2000 [25]

PAINEL CONCEPTUAL LEVE EM MEMBRANA

construções leves apresentam insuficiente inércia térmica. A capacidade de

rmico das divisórias leves pode ser melhorada através da utilização de

materiais de mudança de fase (PCM) como inércia térmica. No entanto, existem poucos

o PCM correto e a quantidade ideal a aplicar em cada caso

estudo anterior realizado pelo primeiro autor, foi utilizado um PCM natural [15] -

em recipientes de plástico, como pode ser visto na figura 10. A

introdução destas alterações na célula de teste (CT) foi utilizado o programa "Visual v3.1

da CT [26]. O óleo de côco foi escolhido por ser um material natural e

temperatura de mudança de fase dentro da faixa de temperatura de conforto

ão de recipientes com óleo de côco e o aspecto final do pavimento

roposta de solução conceptual para a parede divisória leve vai explorar dois aspe

painéis com massa térmica mista.

que se mostram de seguida resultam de estudos anteriores [16

com diferentes quantidades de PCM, de 0 a 300kg, numa célula teste

significativos são mostrados abaixo: (experiência 1) inexistência de

leve de referência (Figura. 11)); (experiência 2) aplicação apenas no

kg); (experiência 3) situação intermédia com 100kg no pavimento + 100kg em recipientes

4) 100kg no chão 200kg de recipientes.

156

de calor. Tudo isso é

” projectado pelos arquitectos Wilkinson Eyre no Reino

capacidade de

através da utilização de

existem poucos

aplicar em cada caso. Num

- óleo de côco,

igura 10. Antes da

rograma "Visual v3.1 para

co foi escolhido por ser um material natural e

temperatura de conforto

co e o aspecto final do pavimento [16]

s aspetos: painéis

de estudos anteriores [16] [26]. Foram

, numa célula teste

1) inexistência de

apenas no pavimento

0kg em recipientes


Figura 11 : Temperatura resultante e humidade relativa na TC (Experiência 1) [16]

Figura 12 : Temperatura resultante e humidade relativa na TC (Experiência 3) [16]

Como se pode verificar, a diferença entre a temperatura máxima exterior e interior foi de 8ºC

na experiência com 100kg + 100kg de óleo de côco e 20ºC na experiência 1 (TC sem óleo de

coco). Isto mostra uma melhoria do desempenho térmico com a aplicação do óleo de côco.

Uma experiência realizada com o aumento de 100kg (300kg no total) não permitiu alcançar

uma melhora significativa no desempenho térmico, pelo que se conclui que a melhor solução é

a de 200kg.

Por outro lado, mesmo com pequenas quantidades de óleo de côco houve uma redução

significativa na humidade relativa da TC. A elevada humidade relativa verificada na

experiência 1 podendo igualmente provocar a rápida degradação dos materiais de construção,

equipamentos e mobiliário interiores.

Usando um modelo de calibração com o "Visual 3.1” fez-se a previsão do consumo anual de

energia da TC com a configuração de cada experiência [16], [26]. Na tabela 2 é apresentada a

síntese dos resultados obtidos pelo VisualDOE.

Tabela 2 - Consumo anual de energia na Célula Teste [26]

Célula Teste Consumo de Energia (kwh/m2.ano)

Aquecimento Arrefecimento Total

S/ massa térmica 46,9 54,8 101,7

PCM (200kg) 30,4 33,2 63,6

Através das experiências realizadas concluiu-se que são necessárias melhorias em termos de

desempenho térmico. Em consequência disso foram feitas algumas modificações na

configuração na TC com a experiência (solução ideal em termos da quantidade de PCM). O

objetivo era alcançar uma configuração ideal para construções leves no clima Português.

As modificações no projeto consistiram na redução das dimensões dos envidraçados (2,7m de

altura x largura de 2m para 2,1m de altura x largura 1,0m) e na troca de policarbonato por vidro

duplo (assim o desempenho da iluminação natural não sofreu uma redução significativa, uma

vez que o fator solar do vidro duplo é superior ao do policarbonato). Os resultados obtidos com

essas modificações no projecto são apresentados na Tabela 3.

0

10

20

30

40

50

60

1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00Hora

Temperatura resultante (ºC)

TC Exterior

0102030405060708090

100

1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00

Hora

Humidade Relativa (%)

TC Exterior

05

101520253035404550

1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00Hora

Temperatura Resultante (ºC)

TC Exterior

2030405060708090

100

1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00

Hora

Humidade Relativa (%)

TC Exterior


Tabela 3 - Consumo anual de energia após modificações de desenho na CT [26]

Célula Teste Consumo energético (kwh/m2.Year)

Aquecimento Arrefecimento Total

PCM _200kg (2ª alternativa) 20,7 9,4 30,1

Do resultado desse estudo pôde-se concluir que a solução com a incorporação de 200 kg de

PCM (correspondente a 9,5 kg por metro quadrado de área útil de pavimento) pode ser 70%

melhor do que uma solução típica leve, sem massa térmica, em termos de desempenho térmico.

Concluiu-se também que o aumento dessa quantidade de PCM não permitiu uma melhoria

significativa da inércia térmica.

3.2. Solução com massa térmica mista

Na sequência das conclusões das experiências anteriores, estão a realizar estudos com água e

mais experiências com massa térmica convencional complementada com material PCM numa

Célula Teste em Membrana (CTM).

A maioria dos edifícios residenciais em Portugal possui inércia térmica média ou forte [26].

Para alcançar uma inércia térmica média é suficiente ter um pavimento convencional pesado e

lajes de teto com 150kg/m2 cada, como pode ser visto na tabela 4. Portanto, para atingir uma

inércia forte (calculada pela expressão 1) as paredes divisórias interiores devem corresponder a

uma adição de pelo menos 100kg por um metro quadrado de área útil do pavimento. Se apenas

uma das lajes, de pavimento ou de teto, é pesada e tem uma massa superficial útil de 150kg/m2,

logo, as paredes divisórias devem corresponder a um aumento de pelo menos 250kg por metro

quadrado de área útil de pavimento. Esta é a situação mais comum, como o teto de gesso

cartonado com caixa com caixa-de-ar (em geral, com isolamento acústico) é uma solução que

possui uma pequena massa superficial útil (em torno de 15kg/m2).

Legenda: It – inércia térmica; Msi – massa útil superficial do elemento i (kg/m2); Si – área

superficial interior de i (m2); Ap – área útil de pavimento (m

2). Source: [27].

Tabela 4 - Classe de inércia térmica de uma habitação [27]

Massa por área útil [kg/m2] Inércia

It< 150 fraca

150 ≤ It ≤ 400 média

It> 400 forte

Pelos resultados experimentais apresentados em 3.1. é possível determinar a quantidade de

PCM necessária para complementar a solução construtiva convencional de laje de teto e

pavimento em betão.

A quantidade de PCM necessária para atingir uma elevada inércia térmica foi quantificada para

um quarto de referência (T1) (figura 13b)) com uma área útil de 49,4m2. Multiplicando a área

de pavimento por 9,5kg obteve-se um total de 468,3kg de PCM. Esta tipologia apresenta 142,3

m2 de área superficial de parede interior, então deve ser adicionado 3,3kg de PCM a cada metro

quadrado de superfície das paredes interiores. Para realizar estas experiências foi construída

uma célula de teste em membrana (CTM) - representada por um módulo de referência T1

(Figura 13b)) na Universidade do Minho, Guimarães (figura 14 b)) [28]. A experiência na

CTM será feita com 150kg/m2 na laje de pavimento convencional, mais 3,3kg por metro

quadrado de superfície de paredes divisórias.

It=∑ Msi. Si

Ap (1)


Figura 13 : Secção transversal

para a direita

a)

Figura 14 : Célula Teste em Membrana (CTM): a) E

Protótipo

4. CONCLUSÕES

Este artigo pretende most

reduzidos utilizando soluções

pesada, com base em betão

construção dos edifícios. Isso dev

racionalização dos produtos e sistemas de construção. Uma solução para ultrapassar este

problema é aumentar a utilização

como membranas ou painéis fixados mecanicamente e não colados.

O principal problema associ

térmica. Existem várias formas

massa térmica convencional

neste trabalho, usando como massa térmica PCMs integrados

membrana. Uma proposta mista

massa convencional está a ser

Apesar da crescente evolução que os materiais de membrana

a)

c)

Secção transversal (a), planta de rés-do-chão (b), fachadas Norte e Sul

para a direita respetivamente (c) da referência T1

b)

Célula Teste em Membrana (CTM): a) Esquema da aplicação de PCM na

Protótipo da CTM na Universidade do Minho, 2010 [28]

mostrar como os impactes ambientais das construções pode

soluções de divisórias leves. Os métodos convencionais de construção

betão e tijolo são responsáveis pela elevada produção de resíduos na

construção dos edifícios. Isso deve-se, não apenas ao peso mas também à falta de

produtos e sistemas de construção. Uma solução para ultrapassar este

a utilização de sistemas construtivos pré-fabricados, utilizando materiais

painéis fixados mecanicamente e não colados.

O principal problema associado com soluções leves em climas temperados é a sua fraca inércia

formas de superar este problema. Misturando soluções leves

massa térmica convencional pesada é uma possibilidade. Outra, mais radical, é apresentada

omo massa térmica PCMs integrados em paredes divisórias leves

mista, utilizando PCMs em paredes divisórias como c

a ser avaliada numa célula experimental na Universidade do Minho.

evolução que os materiais de membrana têm alcançado no passado recente

Sala de estar Quarto

Cozinha

HallW.C.

Módulo construído do prototipo de membrana

N

b)

159

Sul, da esquerda

squema da aplicação de PCM na CTM; b)

construções podem ser

leves. Os métodos convencionais de construção

produção de resíduos na

bém à falta de

produtos e sistemas de construção. Uma solução para ultrapassar este

zando materiais

é a sua fraca inércia

soluções leves com

, mais radical, é apresentada

paredes divisórias leves de

complemento à

experimental na Universidade do Minho.

no passado recente


ainda há um longo caminho a percorrer para que estas soluções leves possam ser aceites.

Especialmente quando se refere à habitação em climas temperados. Os materiais leves são

soluções ambientalmente adequadas para ser utilizados em construções bioclimáticas, mesmo

em climas temperados, como os do Sul da Europa, onde se propôs fazer este estudo. Apesar

disso, as suas possibilidades não estão a ser completamente explorados e estes materiais são

timidamente implementados.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à FCT (Fundação para a Ciência e Tecnologia - Portugal) e competir

(Programa Operacional de Fatores de Competitividade - Portugal) para apoiar o Projecto

ADjustMEMBRANE com referência PTDC/AUR-AQI/102321/2008.

6. REFERÊNCIAS

[1] Mendonça, P. - “Aplicações Inteligentes de Têxteis na Arquitetura”, dissertação para

obtenção do grau de Mestre em Design e Marketing, Universidade do Minho,

Guimarães, 1997.

[2] Miravete, A. - “Los nuevos materiales en la construcción”, Centro Politécnico Superior,

Universidade de Zaragoza, Zaragoza, 1994.

[3] Ossola, F. - “Le strutture a membrana” in TT, Tessili per impieghi Tecnici, Nº 6,

Dezembro, 1996.

[4] Lanson, D. - “New Developments in Silicone Coatings for Membrane Construction” no

Simpósio Techtextil 1997, Messe Frankfurt, 1997.

[5] LeCuyer, A. - “ETFE: Technology and Design”; 1ª edição; Verlag Birkhäuser, 2008.

[6] Pinho, F.S. - “Paredes de Edifícios Antigos em Portugal”; 2ª edição; LNEC; Lisboa,

2000.

[7] Neufret, P. e Neff, L. - “Casa, apartamento e jardim”, Editora Gustavo Gilli, Barcelona

2007.

[8] Berge, B. - “The Ecology of Building Materials”, Traduzido de Norueguês por Filip

Henley, Architectural Press Bath, 1999.

[9] Horden, R. - “Light Tech, towards a light Architecture”, Birkhäuser, Berlim, 1995.

[10] Mendonça, P.; Bragança, L. - “Sustainable Building Construction – a minimalist

approach”; Proceedings of the “REBUILD – Rebuilding the city of tomorrow”

Conference; Energia TA – Florence; WIP – Munich; RENES/NTUA – Athens; 4 – 6,

Barcelona, Espanha; Outubro, 1999.

[11] Mumma, T. - “Reducing the Embodied Energy of Buildings”. Disponivel em: Home

Energy Magazine Online, Janeiro/Fevereiro, 1995.

[12] Davies, J.M. - “Lightweight Sandwich construction”, Blackwell Science, Oxforf, 5-6,

2001.

[13] Bubner, E. - “Double-walled membrane elements and their application in building

industry”, no Simposio Techtextil, Messe Frankfurt, 1997.

[14] Mendonça, P.; Bragança, L. - “The loss of weight and the new attitude towards thermal

behaviour of buildings”, Proceedings of the PLEA – 16 th International Conference on

Passive and Low Energy Architecture Conference, Architecture Schools of the

Universities of Melbourne and Queensland, Brisbane, Cainrns, Australia, Setembro

1999.

[15] Almeida, M.; Bragança, L. e Mendonça, P. - “Potentialities of Lightweight Construction

Solutions for Sustainability”, em PALENC 2005 International conference on passive

and low energy cooling for the built environment. Santorini. Greece, 19-21 Maio, 2005.


[16] Mendonça, P. - “Living under a second skin – Environmental Impact reduction

strategies of solar passive buildings in temperate climates”, Tese de Doutoramento em

Engenharia Civil, Universidade do Minho, 2005.

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conditioning of buildings”, no Simposio Techtextil, Messe Frankfurt, 1997.

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Change Materials”, no Journal of Coated Fabrics, n.º 25, 1995.

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storage in common wallboard?”, ASME Journal of Solar Energy Engineering, vol.117,

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[24] Aceves, S.M.; Nakamura, H; Reistad, G.M.; Martinez-Frias, J. - “Optimization of a

class of latent thermal energy storage Systems with Multiple phase-change materials”,

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[25] Wilkinson Eyre Arquiteto. Informação disponível em:

http://www.wilkinsoneyre.com/projects/explore-at-bristol.aspx?category=cultural.

[26] Silva, P.; Bragança, L.; Almeida, M.; Mendonça, P. - “Achieving thermal inertia in

lightweight constructions”, em “Sustainable conditioning of indoor spaces: proceedings

of the Climamed 2006”, Rochelle: Francis Allard & Mirela Robitu, 257-266, 2006.

[27] RCCTE - “Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios”,

Decreto-lei n.º80/2006, de 4 de Abril, 2006.

[28] Mendonça, P. - “Low-span lightweight membranes in housing – environmental and

structural potentialities”, em ICSA_ International Conference on Structures and

Architecture, Guimarães, Portugal,1243-1250, 2010.

divisÓ rias leves em climas temperados · de paredes divisórias interiores utilizam geralmente...

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