Desenvolvimento de materiais para isolamento térmico com base em biomimética

Abstract

As mudanças climáticas são a principal ameaça ambiental do século XXI, com consequências ambientais, sociais e económicas de elevada dimensão. Esta preocupação em diminuir as emissões de gases responsáveis pelo visível aquecimento global, a somar à recente crise em que alguns países se encontram, em relação ao sector da construção, apresenta a reabilitação de edifícios como uma alternativa viável para o sector. Esta área surge como uma notável solução em melhorar o comportamento térmico dos edifícios, assim como uma excelente forma para que sejam atingidos valores ótimos de eficiência energética e sustentabilidade nos mesmos. No âmbito da reabilitação térmica de edifícios, torna-se fundamental o recurso a ideias e técnicas naturais passivas, que conduzam a uma maior sustentabilidade. Para tal, a biomimética parece ser uma boa aproximação para a resolução destes problemas, uma vez que possui um vasto leque de soluções de design sintetizadas por seleção natural com aplicação técnica posterior em projetos otimizados. Neste contexto, o objetivo principal da presente dissertação, passa pelo desenvolvimento de uma solução com base num sistema fibroso com função de isolamento térmico, a aplicar na reabilitação de edifícios, baseado em soluções biomiméticas. Posto isto, analisaram-se diversas soluções aplicadas pela natureza para alcançar estas funcionalidades e mimetizar materiais e estruturas no sentido de garantir uma performance semelhante. De entre os vários casos analisados, selecionou-se o cato do deserto, pela sua capacidade em se proteger da elevada radiação solar, através das suas pregas e nervuras que lhe conferem a habilidade de refletir calor e lhe promovem a possibilidade de gerar áreas de sombra, à custa da sua superfície reduzida. Com base nesta ideia natural, desenvolvendo-se um modelo físico para ensaio baseado numa estrutura em lâminas, considerando-se diversas variáveis incluindo (tipo de material, ângulos de orientação de lâminas e direção de incidência de radiação). O comportamento de cada sistema foi analisado a partir dos resultados registados por termopares e por máquina termográfica. Os resultados obtidos revelaram-se positivos, por parte do revestimento em fibra de juta com estrutura em lâminas de 15 de abertura. Este facto permite concluir que, a estrutura biomimética considerada é uma boa solução construtiva, baseando-se em técnicas naturais, usando preferencialmente materiais sustentáveis e ainda contribuindo para a redução do consumo energético, assim como, para o aumento do conforto térmico em edifícios.

The climate changes are the main environmental threat of the 21st century, with environmental, social and economic consequences of high dimension. This concern for reducing gas emissions responsible for visible global warming, in addition to the recent crisis in which some countries are, in relation to the construction sector, presents the rehabilitation of buildings as a viable alternative to the sector. This area appears as a remarkable solution to improve the thermal performance of buildings, as well as an excellent way to achieve optimal values of energy efficiency and sustainability in the same. In the context of thermal rehabilitation of buildings, it is important to use the ideas and natural passive techniques, which lead to greater sustainability. Therefore, biomimetic seems to be a good approach for the resolution of these problems, since it has a wide range of design solutions synthesized by natural selection with technical implementation later in optimized projects. In this context, the main goal of this thesis is the development of a solution based on a fibrous system with thermal insulation function, to apply in buildings rehabilitation as biomimetic based-solutions. Having said that, we analyzed various solutions applied by nature to achieve these features and mimic materials and structures to ensure a similar performance. From among the various cases examined, it as been selected the cactus of the wilderness, by its ability to protect itself against the high solar radiation, through its folds and ribs that give the ability to reflect heat and to promote the possibility to generate shadow areas, at the expense of its reduced surface area. On the basis of this idea, developing a physical model for the test based on a structure in blades, considering several variables including (material types, blades angles orientation and radiation direction of incidence). The behavior of each system was analyzed from the results recorded by thermocouples and by the thermography machine. The results proved to be positive, on the part of the jute fiber covering structure with 15 opening blades. This fact allows us to conclude that, the biomimetic structure is considered a good constructive solution, based on natural techniques, using preferably sustainable materials and also contributing to the reduction of energy consumption, as well as to the increase of thermal comfort in buildings.