Obtenha a luz e mantenha o calor

Data: 14 de junho de 2023

Autores: Michal Ganobjak, Wim J. Malfait, Janis Just, Marcel Käppeli, Francisco Mancebo, Samuel Brunner e Jannis Wernery

Fonte: Revista de Engenharia de Construção, Volume 64, 2023, 105600, ISSN 2352-7102 | https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105600.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710222016060)

Os aerogéis de sílica são materiais de superisolamento térmico que têm encontrado aplicações crescentes no setor de construção nos últimos dez a quinze anos. Embora os tipos de materiais mais comuns sejam mantas e rebocos isolantes opacos, em sua forma monolítica o aerogel de sílica pode ser quase transparente, permitindo um sistema construtivo isolante translúcido composto.

Aqui, desenvolvemos e caracterizamos um novo componente de construção modular, translúcido e termicamente isolante baseado em grânulos de aerogel de sílica, o tijolo de vidro de aerogel. Ambas as propriedades térmicas e mecânicas foram testadas e as primeiras foram comparadas com uma simulação 3D da transferência de calor através do tijolo. O tijolo de vidro tem uma condutividade térmica medida de 53 mW/(m·K), correspondendo bem aos resultados da simulação de 51 mW/(m·K), e uma resistência à compressão de quase 45 MPa. Isto torna o tijolo de vidro o tijolo isolante com o maior desempenho de isolamento relatado na literatura ou disponível no mercado, e ao mesmo tempo acrescenta a característica de transmissão de luz.

O tijolo de vidro aerogel é adequado quando os requisitos combinam iluminação natural, proteção contra ofuscamento e a necessidade de proteger a privacidade, por exemplo, escritórios, bibliotecas, museus; uma análise dos custos dos materiais indica que o tijolo de vidro isolante pode ser competitivo em tais aplicações. O tijolo de vidro oferece à arquitetura novas oportunidades de design para aumentar a luz natural no interior dos edifícios.

As envolventes dos edifícios existentes representam uma grande oportunidade para melhorar a eficiência energética e o conforto térmico das nossas cidades e do campo. Além das melhorias na tecnologia de construção, as demandas de energia HVAC são normalmente reduzidas com o aumento da espessura da camada de isolamento. No entanto, esta solução não funciona para os elementos transparentes da fachada e, de facto, as espessas camadas de isolamento aumentam o sombreamento em torno das janelas. Assim, um novo sistema de construção de envolvente que possa reduzir simultaneamente as exigências de iluminação e energia HVAC seria uma solução altamente atractiva. Apresentamos aqui um tijolo de vidro em aerogel que apresenta um elevado desempenho de isolamento térmico pela sua espessura limitada, e simultaneamente aumenta os ganhos solares, reduz a utilização de luz artificial e melhora o conforto visual.

O aumento dos padrões de bem-estar, microclima interior e eficiência energética dos edifícios traz um novo dilema para os edifícios existentes. Os edifícios consomem aproximadamente 40% da energia globalmente [1], p. 174] e 20-60% de toda a energia utilizada pelos edifícios é afetada pelo design da envolvente do edifício [2], p. 20]. De acordo com as previsões, “mais de 50% do atual parque imobiliário global ainda estará de pé em 2050 e, nos países membros da OCDE, esse número está mais próximo de 75% ou superior” [2, p. 21].

Cerca de 55% das pessoas vivem nas cidades e este número aumentará no futuro [3]. As cidades trazem mais oportunidades e um padrão de vida mais elevado – por exemplo, menos trabalho manual, trabalho abstrato especializado, oportunidades de emprego, salários mais elevados, atividades de lazer, acesso mais fácil a bens e serviços, etc. , má qualidade do ar, efeito ilha de calor, menor acesso à natureza e menor acesso à luz natural. Nos países de rendimento elevado, a percentagem da população que vive nas cidades será de 70-88% em 2050 [3]. Ao mesmo tempo, sabe-se que as pessoas passam mais de 90% do tempo em ambientes fechados [4], p. 2]. Com a mudança das zonas rurais para as cidades, a urbanização e a mudança na natureza do trabalho, o tempo passado dentro de casa está a aumentar. A luz natural influencia nossos ritmos circadianos, a liberação de hormônios, o ciclo sono-vigília, o humor e nossas atividades cognitivas [5,6]. O distanciamento da natureza devido ao estilo de vida interior e à luz natural artificial e à luz onipresente da tela pode influenciar negativamente o bem-estar humano [7,8]. Nossa hipótese é que as fachadas translúcidas podem ser uma boa oportunidade para compensar esta falta de luz natural, para aproximar os humanos da luz natural sem afastá-los do interior. Isto seria feito utilizando paredes translúcidas em vez de paredes opacas, já na fase de projeto do edifício. Embora a principal recomendação seja passar mais tempo ativo ao ar livre [9], com ar fresco e luz [10], as fachadas translúcidas podem trazer luz natural para o interior e, assim, aproximar as pessoas do seu biorritmo natural.