Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação - Análise de sensibilidade

DESENVOLVIMENTO DE BOLORES EM EDIFÍCIOS DE HABITAÇÃO – ANÁLISE DE SENSIBILIDADE JOÃO PEDRO ERMIDA RESENDE BROCHADO Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES Orientador: Professora Doutora Eva Sofia Botelho Machado Barreira Coorientador: Professor Doutor Ricardo Manuel dos Santos Ferreira de Almeida PORTO, JUNHO DE 2016 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2015/2016 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  [email protected]  http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2015/2016 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2016. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor. À minha família, amigos e namorada, Maria "Nada é uma realidade absoluta, tudo é permitido" Vladimir Bartol Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade i AGRADECIMENTOS Esta dissertação não poderia ter sido concluída com sucesso não fosse o apoio e motivação dada ao longo da sua realização por parte de certas pessoas. Assim, quero manifestar os meus sentidos agradecimentos:  À Professora Doutora Eva Sofia Botelho Machado Barreira, por me ter aceitado como orientando, guiando todo o meu trabalho ao longo do processo, mostrando-me a necessidade de empenho e dedicação para a realização desta dissertação.  Ao Professor Doutor Ricardo Manuel dos Santos Ferreira de Almeida, pelas horas despendidas e contribuição dadas a esta dissertação, assim como o constante apoio dado ao longo da elaboração de resultados e escrita.  A toda a minha família, que me apoiou ao longo de todo o processo necessário para realizar com sucesso o curso, sendo que sem o seu esforço e dedicação nada disto seria possível.  À minha namorada, Maria, pelo constante apoio, carinho, motivação e companhia demonstrados nos longos momentos de trabalho. Obrigado por me fazeres respirar fundo nos momentos de maior aperto e me ajudares a conseguir focar nos meus objetivos.  Aos meus amigos e companheiros, por toda a amizade e horas passadas nestes anos, pelas longas noites de estudo e trabalho, e infindáveis memórias que por certo não irei esquecer. A todos vós, o mais sincero obrigado. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade ii Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade iii RESUMO A previsão de desenvolvimento de bolores desempenha um papel muito importante na física dos edifícios, uma vez que as crescentes preocupações relacionadas com o seu desempenho térmico e energético podem potenciar a ocorrência destas patologias, nomeadamente devido à maior estanquidade ao ar, promovendo assim as condições propícias para o aparecimento e crescimento de fungos e bolores. Torna-se portanto relevante avaliar as soluções construtivas de forma a evitar que o aparecimento de bolores ponha em causa não só a integridade do edifício mas também a saúde dos seus utilizadores. Os modelos de previsão de desenvolvimento de bolores são assim ferramentas interessantes cuja correta aplicação pode ajudar a evitar a ocorrência de danos na edificação. No entanto, é fundamental conhecer os modelos, compreender as suas potencialidades e limitações e aprender a interpretar os seus resultados. Assim, foi feita uma análise de sensibilidade dos dois modelos mais utilizados na previsão do desenvolvimento de bolores: o modelo VTT atualizado e o modelo biohigrotérmico. A metodologia adotada incluiu a variação de quatro parâmetros: clima interior, material de revestimento, orientação e existência de uma camada de isolamento térmico. A influência do clima interior foi avaliada através da simulação de 200 cenários previamente gerados com recurso ao método de Monte Carlo. Cada um dos cenários foi aplicado nos 12 casos de estudo analisados (3 revestimentos, 2 orientações e existência ou não de isolamento térmico), num total de 2400 simulações higrotérmicas. A partir dos resultados foi possível ter uma noção da influência que estes parâmetros têm no desenvolvimento de bolores. Adicionalmente foi feita uma comparação entre os resultados produzidos por cada um dos modelos, procurando-se estabelecer uma correlação entre estes e comparando com outros resultados existentes na literatura. Conclui-se que o clima interior tem, obviamente, um papel fundamental para o desenvolvimento de bolores, tendo-se também verificado que a escolha do material de revestimento é também muito relevante para o fenómeno. Tanto a orientação como a existência de uma camada de isolamento térmico são fatores que podem providenciar uma maior estabilidade às condições higrotérmicas interiores. PALAVRAS-CHAVE: Comparação de modelos de previsão, modelo VTT atualizado, modelo biohigrotérmico e clima interior; bolores. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade iv Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade v ABSTRACT The prediction of mould development has gained an increasingly vital role in building physics as growing concerns related to its thermal performance and energy can enhance the occurrence of these pathologies, in particular due to increased air tightness, thus promoting conditions conducive for the emergence and growth of fungi and mould. It is therefore important to evaluate the constructive solutions in order to prevent the appearance of mould called into question not only because of the integrity of the building but also because of health issues of its users. The mould prediction models are, due to this fact, interesting tools whose correct application can help prevent damage to the building. However, it is important to know the models, understand their strengths and limitations and learn to interpret their results. Thus, a sensitivity analysis of the two most used models used in the prediction of mould growth was made: the VTT model and the biohygrothermal model. The methodology chosen included varying four parameters: indoor climate, coating material, orientation and the existence of a layer with thermal insulation characteristics. The influence of indoor climate was evaluated by simulating 200 scenarios previously generated using the Monte Carlo method. Each of the scenarios has been applied to the 12 cases of study analysed (3 coatings, 2 orientations and existence of thermal insulation), giving a total of 2400 hygrothermal simulations. From the results it was possible to get a sense of influence these parameters have on the development of mould. Additionally a comparison between the results produced by each of the models was performed, attempting to establish a correlation between them and comparing results with existing literature. In conclusion, the indoor climate has an obvious critical role in the development of mould, it has also been seen that the choice of coating material is very relevant to the phenomenon. The orientation and existence of a thermal insulation layer are factors that may provide greater stability to the indoor hygrothermal conditions. KEYWORDS – Comparison of prediction models, VTT model, biohygrothermal model and indoor climate; mould. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade xii Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade xiii SÍMBOLOS, ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS e – Espessura [m] γ – Densidade [kg/m³] ξ – Porosidade [m³/m³] C – Capacidade térmica específica, seco [J/kgK] λ – coeficiente de transmissão térmica do material [W/m.K] U – coeficiente de transmissão térmica [W/m2.K] μ – Fator de resistência ao vapor de água [-] θ – Temperatura tm – Tempo em semanas cmaterial – Coeficiente de declínio fr – função de recuperação fT – função temperatura HR – Humidade relativa (%) k – fator que define a taxa de crescimento de fungos M – Mould Index W – Espécie de madeira SQ – Qualidade da superfície R2 – coeficiente de determinação Fig. – Figura Max – Máximo Min - Mínimo Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade xiv Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 1 1 1. INTRODUÇÃO 1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS A utilização de modelos de previsão de desenvolvimento de bolores torna-se cada vez mais indispensável para avaliar o comportamento higrotérmico de edifícios. A crescente preocupação com eficiência energética tem levado, cada vez mais, a um maior controlo das condições interiores. No entanto, apesar de positivo em termos de conforto e eficiência energética, este fenómeno, por potenciar o recurso a edifícios com elevada estanquidade ao ar, pode promover o desenvolvimento de bolores, pondo em causa a saúde dos seus utentes, contribuindo para o aparecimento de sintomas de asma e/ou infeções respiratórias. Também a vertente visual e íntegra de edifícios é posta em causa, uma vez que estes irão provocar a deterioração dos materiais usados nas disposições construtivas. Torna-se portanto fundamental fazer uma análise das condições ambientais que propiciam o desenvolvimento de bolores, tais como a temperatura, humidade relativa, tempo de exposição, nutrientes presentes no substrato entre outras. Estas poderão ser controladas através de uma seleção de materiais adequada às condições a que posteriormente estes estarão expostos. Assim a utilização de modelos de previsão do desenvolvimento de bolores pode e deve contribuir para uma escolha sustentada das melhores soluções construtivas, contribuindo para o bem-estar dos utilizadores dos edifícios e evitando também o aparecimento de danos com consequências económicas por vezes bastante significativas. No entanto, é fundamental conhecer os modelos, compreender as suas potencialidades e limitações e aprender a interpretar os seus resultados. 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO Existem vários modelos de previsão de desenvolvimento de bolor. Assim estabeleceu-se como objetivo principal deste trabalho analisar os resultados obtidos com dois modelos de previsão diferentes (modelo VTT atualizado e modelo biohigrotérmico), aplicando o clima exterior do Porto e utilizando para o interior 200 climas simulados. Também se verificou a influência no desenvolvimento de bolores de parâmetros como o tipo de revestimento, a orientação e a existência de uma camada de isolamento térmico. A partir dos resultados foi possível fazer uma comparação entre estes modelos. Estabeleceramse assim etapas para a elaboração desta dissertação:  Pesquisa e descrição de modelos de previsão existentes;  Aplicação do método de Monte Carlo para gerar os 200 climas interiores;  Elaboração de previsões de desenvolvimento de bolor com base nos dois modelos escolhidos para análise; Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 2  Análise aos resultados obtidos para cada modelo, avaliando a influência que o substrato, a orientação e a existência de isolamento térmico têm no crescimento de bolores;  Comparação dos resultados obtidos para cada modelo, estabelecendo, caso seja possível, uma possível relação direta entre o modelo VTT atualizado e o modelo biohigrotérmico. 1.3. ESTRUTURA Este trabalho está divido em seis capítulos. Capítulo 1 – Considerações iniciais e definição dos objetivos. Neste capítulo aborda-se a motivação que levou à elaboração deste trabalho, fazendo uma abordagem explicativa do desenvolvimento de bolores e possíveis consequências. Capítulo 2 – Estado de arte. Faz-se uma análise às condições que poderão potenciar o desenvolvimento de bolores, verificando os valores estabelecidos como limites. Posteriormente analisam-se os modelos escolhidos previamente, fazendo um levantamento de toda a informação que possibilita o seu uso. É também feita uma pesquisa de trabalhos realizados com estes modelos no âmbito de aperfeiçoamento e verificação de resultados para outros parâmetros. Capítulo 3 – Metodologia. Neste capítulo explica-se a metodologia adotada na seleção dos casos de estudo e na criação dos climas interiores. Descreve-se a utilização dos programas WUFI® Pro 5.2 e WUFI®-Bio (modelo biohigrotérmico e o desenvolvimento de uma folha de cálculo para a solução dos sistemas de equações necessários para o modelo VTT atualizado. Capítulo 4 – Resultados por modelo. Nesta parte da dissertação é feita uma análise aos resultados obtidos para cada modelo, de forma a poder verificar a influência dos parâmetros que foram variados (material de revestimento, orientação e existência de isolamento), fazendo uma discussão da sensibilidade dos modelos. Capítulo 5 – Comparação entre modelos. É feita a análise separadamente de cada modelo, seguindo-se a comparação dos resultados, aplicando para isso os mesmos climas e disposições construtivas. Deste modo, procede-se à comparação dos valores obtidos e possível equiparação entre estes. Uma vez mais é analisada a influência da variação dos parâmetros, considerados como chave para o desenvolvimento de bolores. Capítulo 6 – Conclusão. Neste último capítulo são abordadas as considerações finais e principais conclusões retiradas desta dissertação, apresentando propostas para trabalhos futuros no seguimento da abordagem adotada. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 3 2 2. DESENVOLVIMENTO DE BOLORES E MODELOS DE PREVISÃO 2.1. BOLORES NA CONSTRUÇÃO O crescimento de bolores no interior dos edifícios é um problema bastante recorrente. Adicionalmente, as crescentes preocupações relacionadas com a eficiência energética dos edifícios têm conduzido a edifícios mais estanques, providenciando assim um meio favorável ao seu desenvolvimento. Este não é o único fator recente a ter em conta, uma vez que cada vez mais surgem novos materiais que são aplicados na construção com resultados desfavoráveis para a contenção do crescimento de bolores [1]. Assim surge a necessidade de minimizar e controlar este problema, garantindo as condições de salubridade exigidas a um edifício. Para tal, é necessário compreender o que é o bolor e quais os fatores que potenciam o seu desenvolvimento. 2.1.1. CONSEQUÊNCIAS DO CRESCIMENTO DE BOLOR E OS SEUS PERIGOS Já foram realizados vários estudos que permitiram concluir que o desenvolvimento de bolores provoca não só problemas no que toca à durabilidade e eficiência dos materiais como também problemas relacionados com a saúde. De acordo com Sedlbauer e Moon [1, 2], o desenvolvimento de fungos e bolores pode levar ao aparecimento de infeções respiratórias, asma, alergias e tosse entre outras devido à produção de mico toxinas que são consideradas tóxicas para os ocupantes dos edifícios [3]. Em relação ao edifício o desenvolvimento de bolor é visto com grande preocupação uma vez que pode levar à sua deterioração, podendo causar danos estruturais, condicionando a performance de certos materiais. Alguns dos problemas mais importantes relacionados com a humidade e bolor destacados por Moon [1] são o destacamento dos acabamentos das fachadas, a deterioração de materiais de construção, a redução da eficácia do isolamento térmico e a corrosão de elementos em metal. 2.1.2. CICLO DE VIDA Ainda que existam mais de 65,000 espécies de bolor identificadas, aquelas que são mais comuns nos edifícios apresentam um ciclo de vida idêntico [4], constituído por quatro fases: fixação dos esporos, germinação, crescimento das hifas e reprodução. No que toca ao setor das construções o crescimento de bolor é definido em estados visíveis e não visíveis sendo feita a sua caracterização de acordo com índices. Houve no entanto algumas variações nas descrições dos índices previamente estabelecidos por Adan [5] sendo assim atualizado a tabela de Mould Index após ensaios elaborados por Viitanen et al. [6, 7], inserindo a visualização de bolor através do microscópio (Tabela 2.2). Tendo em conta o seu ciclo de vida é possível concluir que sendo feito um controlo das condições do ambiente em que este se Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 4 desenvolve, o crescimento de bolor pode ser evitado de forma a reduzir ou até eliminar a sua proliferação. Estas condições serão descritas no subcapítulo seguinte. 2.1.3. CONDIÇÕES PARA O CRESCIMENTO DE BOLOR Para que haja uma proliferação do bolor são necessárias certas condições que promovam o seu crescimento, condições estas que variam de acordo com a espécie. No entanto, as semelhanças entre espécies permite um agrupamento em classes. São necessárias condições para que o bolor seja capaz de germinar, crescer e fazer a criação de esporos, para isso é necessário que os esporos seja capazes de se acomodar na superfície e que esta tenha os nutrientes necessários ao seu desenvolvimento, também é necessária uma temperatura e valores de oxigénio apropriados e finalmente uma atividade de água ou humidade nos parâmetros também eles propícios ao crescimento de bolor. [1, 8]. Claro está que não são apenas estes fatores que contribuem para o seu desenvolvimento, tendo no entanto um papel principal. Krus e Sedlbauer realizaram também estudos amplos acerca da influência destes fatores admitindo que haveriam outros que influenciariam o crescimento de bolor. São estes o valor de pH, a luz, a rugosidade da superfície, as interações bióticas e o tempo de exposição [9]. 2.1.4. VALORES ADMISSÍVEIS PARA CONCENTRAÇÕES DE ESPOROS Rao [10] fez uma revisão de todas as normas relacionadas com o controlo de concentrações de esporos, referindo que segundo a “World Health Organization” (WHO) não é aceitável a presença de qualquer espécie de fungo que seja tóxica ou patogénica dentro de um edifício. Algumas organizações estabelecem valores limite de concentração sob a forma de “Colony forming units” (CFU) ou seja concentração de esporos por metro cúbico (m³). Para um misto de várias espécies, o valor máximo estabelecido foi de 500 CFU/m³, sendo diminuído para 150 CFU/m³ quando de uma só espécie se trata [10]. Na regulamentação portuguesa os valores limite estão estabelecidos na portaria N353/2013, no artigo 2º, ponto 4.2.3 (Tabela 2.1) [11]. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 5 Tabela 2.1 - Condições específicas para verificação da conformidade de bolores com base na perigosidade das diferentes espécies (adaptado de [11]). Espécies Condições específicas de conformidade Espécies comuns (excluindo as produtoras de toxinas) Cladosporium spp Penicillium spp Aspergillus spp Alternaria spp Eurotium spp Paecilomyces spp Wallemia spp Mistura de espécies: concentração inferior ou igual a 500 UFC/m3 Espécies pouco comuns Acremonium spp Chrysonilia spp Tricothecium spp Curvularia spp Nigrospora spp Cada espécie: concentração inferior a 50 UFC/m3 Misturas de espécies: concentração inferior a 150 UFC/m3 Espécies patogénicas Chryptococcus neoformans Histoplasma capsulatum Blastomyces dermatitidis Coccidioides immitis Ausência de toda e qualquer espécie Espécies toxinogénicas Stachybotrys chartarum Aspergillus versicolor Aspergillus flavus Aspergillus ochraceus Aspergillus terreus Aspergillus fumigatus Fusarium moniliforme Fusarium culmorum Trichoderma viride Cada espécie: concentração inferior a 12 UFC/m3 (várias colónias por cada placa) 2.2. MODELOS DE PREVISÃO DE CRESCIMENTO DE BOLOR 2.2.1. MODELO VTT O modelo VTT foi desenvolvido por Hukka e Viitanen [12], com base em dados previamente recolhidos em laboratório. Este modelo avalia e quantifica o crescimento de bolor através de um Mould Index (M) Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 6 (Tabela 2.2), com valores que segundo estes autores pode variar entre 0 e 6. De acordo com este modelo, um valor do Mould Index igual a 1 (M=1) corresponde ao início do processo de germinação e, portanto, é considerado como o valor máximo tolerável. Este modelo foi desenvolvido a partir de ensaios laboratoriais com a madeira de pinheiros e de abetos, obtendo diferentes resultados de acordo com a temperatura e humidade relativa do ar, com o tempo de exposição e com a superfície onde se está a avaliar o risco de crescimento. Tabela 2.2 - Classificação original de Mould Index com atualização baseada em novos ensaios (negrito) (adaptado de [5-7]). Mould Index Rácio de crescimento Descrição 0 Não há crescimento de bolor Esporos não ativados 1 Pequenas quantidades de bolor na superfície (<1%) Fases iniciais do crescimento Microscopicamente visível 2 <10% da superfície coberta de bolor 3 10-30% da superfície coberta de bolor ou <50% visto ao microscópio Produção de novos esporos Visivelmente detetável 4 30-70% da superfície coberta de bolor ou >50% visto ao microscópio Crescimento moderado 5 >70% da superfície coberta de bolor Crescimento acentuado 6 Superfície completa ou quase completamente coberta de bolor Cobertura de quase 100% da superfície O modelo VTT define o valor da humidade relativa mínima (RHcrítico) para o qual se prevê o início do desenvolvimento de bolor, desde que ocorra uma exposição suficientemente longa, segundo a fórmula seguinte: 𝑅𝐻𝑐𝑟Í𝑡𝑖𝑐𝑜={−0.00267𝜃3+0.160𝜃2−3.13𝜃+100, 𝜃<20º𝐶 𝐻𝑅𝑚𝑖𝑛, 𝜃≥20º𝐶 (2.1) No caso de materiais de madeira o valor de RHmin é de 80%. A variação temporal do valor do Mould Index foi traduzida numa equação diferencial: 𝑑𝑀 𝑑𝑡=𝑘1×𝑘2 7×𝑡𝑀=1 (2.2) O parâmetro 𝑘1define o crescimento de bolor quando este se encontra sujeito a condições favoráveis com base na seguinte equação: Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 7 𝑘1={ 1, 𝑀<1 2 𝑡𝑀=3 𝑡𝑀=1−1,𝑀>1 (2.3) Os valores de 𝑡𝑀=1e 𝑡𝑀=3 correspondem, respetivamente, ao tempo em semanas para que seja atingido o valor de Mould Index de 1, que representa o início do crescimento do bolor, e 3, que representa o valor no qual é possível observar a primeira aparição do bolor no seu processo de crescimento (M=1 e M=3). Estes valores também podem ser obtidos a partir de equações determinadas empiricamente sob a seguinte forma: {𝑡𝑀=1=𝑒(−0.68×LN(Θ)−13.9×LN(RH)+0.14×W−0.33×SQ+66.02) 𝑡𝑀=3=𝑒(−0.74×LN(Θ)−12.72×LN(RH)+0.06×W+61.50) (2.4) Com W em função da espécie de madeira utilizada, a tomar os valores de 0 para o pinheiro e 1 para o abeto, e SQ a variar com a natureza da superfície, também com valores entre 0 e 1. O valor de 𝑘2 é aplicado de forma a fazer uma moderação no crescimento do Mould Index quando este apresenta valores dentro do intervalo 4<M<6, sendo variável de acordo com a seguinte equação e com o valor de 𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜também estabelecido em baixo: 𝑘2=max [1−𝑒(2.3(𝑀−𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜));0] (2.5) 𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜=1+7×𝐻𝑅𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎−𝐻𝑅 𝐻𝑅𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎−100−2×(𝐻𝑅𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎−𝐻𝑅 𝐻𝑅𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎−100)2 (2.6) Faça-se notar que este modelo está também dotado de um sistema que permite quantificar, aproximadamente, reduções no valor do Mould Index quando este está exposto a condições desfavoráveis de acordo com a seguinte formulação: 𝑑𝑀 𝑑𝑡={−0.00133, 𝑡−𝑡1<6ℎ 0, 6<𝑡−𝑡1≤24ℎ −0.000667, 𝑡−𝑡1>24ℎ (2.7) Sendo 𝑡−𝑡1, o tempo em horas a que o substrato está exposto a condições desfavoráveis. No entanto a equação 2.7 está baseada num pequeno número de ensaios, não tendo sido testada para períodos maiores a 14 dias ou para temperaturas abaixo de 0ºC [13]. A introdução desta equação para atraso no desenvolvimento foi introduzida, pois os ciclos de humidade relativa propícios repetiam-se, fenómeno este que levaria a uma grande atividade de bolor. De forma a considerar um decréscimo no desenvolvimento do bolor em períodos de seca, introduz-se o atraso dado na forma de uma equação (eq. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 14 seja favorável, até que seja atingida uma certa quantidade de humidade no interior do esporo que lhe permita iniciar através do seu metabolismo uma passagem para a fase de crescimento rápido. Como já foi referido os esporos vão ser em grande parte influenciados pelo substrato, pois o tempo para que ocorra a sua germinação vai variar de forma bastante substancial em função dos nutrientes disponíveis. Atingindo a fase de crescimento logarítmico, os esporos vão ser capazes de começar a reproduzir unidades vegetativas e produzir biomassa de forma a tornar o seu crescimento num processo cíclico. Estes processos apenas ocorrer quando são atingidas as condições que façam com que haja um valor de humidade crítica no seu interior. Assim sendo, este modelo permitir descrever o desenvolvimento dos esporos até que seja atingida o valor de humidade crítica, sendo a absorção de água calculada de acordo com uma aproximação ao método de difusão. De seguida, utilizando as isopletas previamente desenvolvidas retirar determina-se o valor de humidade crítica, que estabelece o início do processo de desenvolvimento. No entanto, para facilitar o cálculo, simplificou-se o método fazendo uma suposição na qual o esporo é visto como uma “parede biológica” (Fig. 2.6), tornando-a independente dos restantes componentes da parede e possibilitando assim a utilização de qualquer tipo de perfis de temperatura e humidade para a fronteira desta “parede”. Caso contrário, os resultados seriam incorretos, uma vez que o esporo iria ter uma resistência à difusão irrealisticamente alta. Fig. 2.5 Diagrama esquemático da ideia modelo para os processos de crescimento dependentes do substrato de acordo com as variadas fases (esquerda) e diagrama esquemático da curva de crescimento de uma cultura de bolor (adaptado de [2]). Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 15 Fig. 2.6 - Comparação das diferentes aproximações feitas para a ideia final (esporo no modelo biohigrotérmico) no modelo biohigrotérmico (adaptado de [2]). 2.2.6. MODELO WUFI®-BIO O WUFI®-Bio é uma ferramenta computacional utilizada para a previsão do crescimento de bolores em materiais de construção, com base no modelo biohigrotérmico, no qual se assume que os esporos têm a habilidade de absorver humidade devido ao seu potencial osmótico. Assim, o programa WUFI®-Bio determina a humidade contida dentro dos esporos para a posterior previsão do fenómeno de germinação de esporos. A taxa de crescimento é calculada com base nos sistemas de isopletas que foram desenvolvidos previamente em condições de temperatura e humidade relativa constante. Na introdução de dados é necessário definir a humidade relativa inicial que afeta o início do processo, assim como selecionar entre as diferentes classes de substratos (0, I, II ou K). A classe de substrato K foi introduzida de forma a diferenciar os perigos para a saúde que os bolores podem causar. Este sistema de isopletas para bolores considerados críticos para a saúde foi baseado com informação num substrato ótimo para o desenvolvimento de bolores [14]. Os resultados da simulação são o valor de água contida no esporo e o valor do conteúdo de água crítico, ou seja, o valor a partir do qual é possível que haja crescimento de bolor. Quando o bolor começa a germinar é possível obter, baseado nas condições climáticas simuladas, a curva de crescimento que permite uma previsão de crescimento máximo (Fig. 2.7 e 2.8). Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 16 Fig. 2.7 – Introdução de humidade relativa inicial e substrato pretendido no programa WUFI®-Bio Fig. 2.8 – Introdução de climas para simulação higrotérmica no WUFI®-Bio Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 17 2.3. TRABALHOS REALIZADOS COM MODELOS DE PREVISÃO Além do modelo VTT e Biohigrotérmico foram elaborados outros que não serão aqui descritos, modelos como o rácio de temperatura [16], “time of wetness” ou TOW [5] e os índices de crescimento de Johansson.[17] Além destes modelos de previsão de crescimento foram também elaborados outros sistemas de isopletas diferentes daquelas que Sedlbauer [2]elaborou. Exemplo disto são o sistema de isopletas de Ayerst [18], Smith e Hill [19], Clarke e Rowan [20] e Hens [21, 22] que apesar de terem a sua importância, não foram utilizadas no modelo Biohigrotérmico. 2.3.1. MODELO VTT O modelo VTT, desde a sua elaboração sofreu alterações. Os seus autores continuaram ensaios de forma a alargar a gama de materiais, para aqueles fora do espetro da madeira. Foi feita uma análise ao comportamento de outros materiais, de modo a poder inclui-los nas classes previamente estabelecidas aplicado posteriormente um fator de correção, consoante o material utilizado [6, 23]. Os resultados foram bastante positivos, tornando este modelo numa possibilidade para a previsão de desenvolvimento de bolor. 2.3.2. MODELO BIOHIGROTÉRMICO Sedlbauer foi dos autores com maior influência no desenvolvimento deste modelo. Este elaborou variados trabalhos, de modo a desenvolver as aplicações possíveis do modelo biohigrotérmico. Com o sistema de isopletas proposto por este e recorrendo ao programa WUFI®, fizeram análises para paredes ETICS ao longo de 2 anos, fazendo depois uma extrapolação temporal de 10 anos de forma a prever o término de crescimento, concluindo que este ocorria ao fim de dois anos. Estes também concluíram que o período com maior influência será o primeiro ano, sugerindo a criação de um biocida efetivo para o espaço de um ano. 2.3.3. COMPARAÇÃO DE MODELOS A comparação entre ambos já foi elaborada em determinadas ocasiões de forma a poder dar uma maior compreensão da equivalência do Mould Index ao crescimento de bolor obtido no modelo biohigrotérmico [13, 24-26]. Com a realização de ensaios com cálculos feitos ao longo de um ano foi possível elaborar um gráfico com a comparação de ambas estas escalas de crescimento de bolor que com o tratamento através de uma função polinomial com correção BET obteve o seguinte aspeto (fig. 2.9): Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 18 Fig. 2.9 – Comparação entre Mould Index e crescimento de bolor, através de uma função polinomial com correção BET (adaptado de [24]). Ambos os modelos tiveram papéis preponderantes na análise e previsão do crescimento de bolores na edificação, permitindo não só observar a influência de fatores externos como a temperatura e humidade relativa do ambiente em que se inserem como também verificar o comportamento do bolor consoante o substrato em que se desenvolvem, a sua orientação e existência de camadas ou tratamentos que controlem a proliferação de estratos biológicos. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 19 3 3. METODOLOGIA 3.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS Com o objetivo de avaliar o efeito no desenvolvimento de bolores em paredes com uma camada de gesso utilizando diferentes materiais de revestimento, orientações e inclusão de isolamento foram utilizados dois modelos de previsão: o modelo VTT atualizado e o modelo biohigrotérmico. Para tal, utilizou-se o software WUFI® Pro 5.2 para analisar a temperatura e humidade relativa da camada superficial das paredes para posterior introdução como dados de entrada nos modelos VTT atualizado e no software WUFI® Bio (ferramenta de apoio à aplicação do modelo biohigrotérmico). A simulação foi realizada numa base anual, para a cidade do Porto, usando o clima disponível no programa WUFI® Pro 5.2. Relativamente ao clima interior, foram simulados 200 casos, gerados através do método de Monte Carlo. Com esta abordagem pretendeu-se avaliar o efeito da variabilidade do clima interior no desenvolvimento de bolores. 3.2. CASOS DE ESTUDO Para cumprir os objetivos propostos foram definidos 12 casos de estudo em que se variaram os três fatores em análise: o material de revestimento interior, a presença ou não de uma camada isolante e a orientação da parede. Em todos estes casos foi considerado uma parede de base comum a todos eles, constituída por duas camadas: uma camada de betão com 20 cm; e uma camada exterior de gesso com 2 cm. O resultado final foi uma disposição construtiva com a seguinte constituição (do exterior para o interior): gesso exterior (2 cm); poliestireno expandido (6 cm), nos casos com isolamento; betão (20 cm); e material de revestimento (1,5 ou 2 cm, consoante o material). Na Tabela 3.1 sintetiza-se a informação relativa a cada caso de estudo, incluindo a designação atribuída a cada um. As propriedades mais relevantes dos materiais utilizados nas simulações estão especificadas na Tabela 3.2, que inclui ainda a classificação dos materiais de revestimento para utilização no modelo VTT atualizado (classe de sensibilidade) e no modelo biohigrotérmico (tipo de substrato). As soluções adotadas para este trabalho apresentam um coeficiente de transmissão térmica (U) de 2,3, 2,1 e 2,2 para situações sem isolamento e 0,516, 0,507 e 0,509 para situações com isolamento. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 20 Tabela 3.1 – Casos de estudo Número do caso Material de revestimento Isolamento Orientação Designação 1 Reboco de gesso Sem isolamento Norte REB_SI_ON 2 Madeira de fibras de média densidade (MDF) Sem isolamento Norte MDF_SI_ON 3 Madeira não tratada Sem isolamento Norte MAD_SI_ON 4 Reboco de gesso Sem isolamento Sul REB_SI_OS 5 Madeira de fibras de média densidade (MDF) Sem isolamento Sul MDF_SI_OS 6 Madeira não tratada Sem isolamento Sul MAD_SI_OS 7 Reboco de gesso Com isolamento Norte REB_CI_ON 8 Madeira de fibras de média densidade (MDF) Com isolamento Norte MDF_CI_ON 9 Madeira não tratada Com isolamento Norte MAD_CI_ON 10 Reboco de gesso Com isolamento Sul REB_CI_OS 11 Madeira de fibras de média densidade (MDF) Com isolamento Sul MDF_CI_OS 12 Madeira não tratada Com isolamento Sul MAD_CI_OS Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 21 Tabela 3.2 – Materiais utilizados e as suas especificações Material e (m) γ (kg/m³) ξ C,seco (J/kg.K) λ,seco (W/m.K) µ Gesso exterior 0,02 1219 0,3 850 0,25 10,8 Betão C12/15 0,2 2200 0,18 850 1,6 92 Reboco de gesso 0,015 850 0,65 850 0,2 8,3 Madeira de fibras de média densidade (MDF) 0,015 508 0,66 1700 0,12 15 Madeira não tratada 0,02 550 0,66 1700 0,18 70 Poliestireno expandido 0,06 30 0,95 1500 0,04 50 Os materiais de revestimento foram selecionados tendo em conta a classificação relativa ao substrato em que se inserem (I e II no modelo biohigrotérmico) e a classe de sensibilidade (muito sensível, sensível e resistência média no modelo VTT atualizado), com o objetivo de se obter, pelo menos, um material representativo de cada grupo. Na tabela 3.3 estão descritos os tipos de substrato e classe de sensibilidade que cada material de revestimento representa. Tabela 3.3 – Classes e tipos de substrato Material Classe de sensibilidade Tipo de substrato Reboco de gesso Resistência média II Madeira de fibras de média densidade (MDF) Sensível I Madeira não tratada Muito sensível I 3.3. GERAÇÃO DE CLIMAS INTERIORES O efeito da variabilidade do clima interior no desenvolvimento de bolores foi testado através da criação de um número elevado de cenários (200 casos), gerados a partir de um clima base, utilizando o método de Monte Carlo. Este método permite estudar a variabilidade de determinados parâmetros, ganhando importância na área de Engenharia Civil, por exemplo, na realização de estudos de previsão térmica [27] e energética e da análise de custos de ciclo de vida [28] Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 22 O método de Monte Carlo consiste na geração de valores aleatórios com uma determinada distribuição de probabilidade de forma a criar vários cenários para posterior simulação. O método de Monte Carlo utiliza uma sequência de números aleatórios obtidos através de um clima inicial do qual se conhecem as respetivas distribuições de probabilidade (média, desvio padrão, etc.). Para cada parâmetro de entrada no modelo vão ser gerados n valores aleatórios que com os padrões de distribuição estabelecidos inicialmente vão originar um conjunto de n respostas por simulação do sistema. A Figura 3.1 mostra esquematicamente o princípio do método de Monte Carlo sob a forma de um exemplo no qual são introduzidos três parâmetros, obtendo-se uma resposta. Fig. 3.1 – Método de simulação de Monte Carlo para três parâmetros de entrada e um de saída (adaptado de [29]). A exatidão dos resultados vai depender diretamente do número de simulações que forem executadas, ficando, por isso à medida que este aumenta, cada vez mais próximo do valor exato. Não há no entanto um número mínimo de simulações que nos dê uma noção da incerteza do resultado, sendo assim introduzido um método que permite que os resultados obtidos sejam melhorados e mais precisos, através de redução da variância. Este método tem o nome de Hipercubo Latino e é uma técnica de amostragem estratificada de forma a aplicar uma distribuição de probabilidades escolhidas para as variáveis de entrada. Este método escolhe os valores aleatoriamente de forma dependente, dividindo a distribuição em intervalos com a mesma probabilidade de sorteio e depois é selecionado um valor de cada. Na Figura 3.2 pode-se ver um exemplo da aplicação do método do Hipercubo Latino com amostras aleatórias. Fig. 3.2 - Amostras aleatórias pelo método Hipercubo Latino (adaptado de [30]). Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 23 No âmbito deste trabalho foram gerados 200 climas interiores a partir de um clima base que se considerou traduzir a variação típica da temperatura e da humidade relativa numa habitação com risco elevado de aparecimento de bolores. Foi considerado uma distribuição do tipo normal quer para a temperatura, quer para a humidade relativa, com um desvio de padrão de 15% em ambas. A Figura 3.3 mostra a variação anual da temperatura e da humidade relativa dos climas gerados, realçando-se o clima base. Verifica-se que a temperatura do clima base varia entre 18 e 26 ºC, alargando-se o intervalo para 10 a 35 ºC considerando os 200 casos. Relativamente à humidade relativa o intervalo inicial é de 60 a 80 %, passando para 50 a 95% considerando os 200 casos. Fig. 3.3 – Resultados gráficos da variação da temperatura (a) e humidade relativa (b) dos 200 climas gerados ao longo do tempo, em comparação com o clima base. 3.4. APLICAÇÃO DOS MODELOS Na Figura 3.4 está esquematicamente representada a metodologia adotada neste trabalho. Após a definição dos casos de estudo e da criação dos climas interiores, foram efetuadas 2400 simulações no programa WUFI® Pro 5.2 para obter a flutuação anual da temperatura e da humidade relativa superficial da camada interior da parede. Estes valores correspondem aos dados de entrada necessários nas equações para aplicação do modelo VTT e no programa WUFI®-Bio, para a aplicação do modelo biohigrotérmico. Os dados de saída dos modelos são, respetivamente, o Mould Index e o crescimento em milímetros. A partir dos resultados foi possível fazer-se uma comparação destes parâmetros com a variação não só a temperatura e humidade relativa interiores, como também do material de revestimento, da orientação e da existência ou não de uma camada de isolamento, analisando-se a sua influência no desenvolvimento de bolores. a b Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 30 superior de situações com humidade relativa próxima dos 95%, o que indicia que este clima conduz a uma situação de risco mais elevado de desenvolvimento de bolores. O elevado número de resultados produzido neste trabalho obrigou à definição de um esquema de símbolos e cores que permitisse organizar os dados de forma mais coerente, facilitando a interpretação das figuras através da diferenciação entre os casos em análise. Na Tabela 4.1 expõe-se o sistema de símbolos e cores que foi adotado. Tabela 4.1 – Esquema de símbolos e cores adotado na interpretação dos resultados. Orientação Material e isolamento Norte (ON) Sul (OS) REB_SI MDF_SI MAD_SI REB_CI MDF_CI MAD_CI 4.2. MODELO VTT ATUALIZADO 4.2.1. NOTA INTRODUTÓRIA Para o modelo VTT atualizado os resultados são apresentados sob a forma de Mould Index. Este valor, como foi explicado nos pontos 2.2.1 e 2.2.2, varia entre 0 e 6. No subcapítulo seguinte apresenta-se uma análise aos resultados da aplicação deste modelo, considerando os três climas pré-selecionados de acordo com os critérios apresentados no ponto 3.5 juntamente com o clima base, de forma a ter um a noção da variação dos valores tomados pelo Mould Index. Posteriormente é efetuada uma análise mais abrangente em que os 200 casos são incluídos na avaliação dos 12 casos de estudo. Na avaliação dos resultados considerando os 200 climas optou-se por utilizar a distribuição acumulada (percentis) do valor máximo de Mould Index, por se tratar de um formato que facilita a sua interpretação. O objetivo foi avaliar o efeito da utilização de diferentes materiais de revestimento, da existência ou não de uma camada de isolamento térmico e da orientação da parede em causa. 4.2.2. RESULTADOS COM 4 CLIMAS Os resultados para os 4 climas escolhidos para uma observação mais detalhada são apresentados na forma de gráficos com a variação do valor de Mould Index ao longo do tempo. Na Tabela 4.2 estão expostos os resultados consoante o caso de estudo. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 31 Tabela 4.2 – Resultados de Mould Index para os 4 climas ao longo de 1 ano (8670 horas) Caso Gráfico Caso 1 – REB_SI_ON Caso 2 – MDF_SI_ON Caso 3 – MAD_SI_ON Caso 4 – REB_SI_OS Caso 5 – MDF_SI_OS Caso 6 – MAD_SI_OS Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 32 Tabela 4.2 – Resultados de Mould Index para os 4 climas ao longo de 1 ano (8670 horas) (continuação) Caso 7 – REB_CI_ON Caso 8 – MDF_CI_ON Caso 9 – MAD _CI_ON Caso 10 – REB_CI_OS Caso 11 – MDF_CI_OS Caso 12 – MAD_CI_OS Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 33 É possível verificar que os resultados se alteram bastante entre os vários casos de estudo, confirmando que tanto o clima 72 como o clima 176 são os mais gravosos, seguidos do clima 88 e finalmente do clima base, que apresenta em todos os casos os valores de Mould Index mais baixos. Este facto, aparentemente surpreendente, está relacionado com o caráter estacionário do clima base, que mantém a temperatura e a humidade relativa constantes ao longo de cada mês. Todos os outros climas, fruto da metodologia adotada na sua criação, apresentam flutuações diárias de acordo com os critérios impostos, conduzindo sempre a situações mais gravosas em termos de risco de desenvolvimento de bolores. Confirma-se assim a importância do clima interior na avaliação deste tipo de fenómenos. Fazendo uma análise aos resultados do Mould Index ao longo do tempo, observa-se que estes valores começam a crescer significativamente por volta das 800 horas, resultado do referido no ponto 4.1, onde se verificou que neste período a humidade relativa começa a aumentar significativamente. Este fenómeno conduz ao desenvolvimento de bolor, fazendo então com que o valor de Mould Index comece a subir, até que estabiliza, ou aumenta ligeiramente, por volta das 2500-3000 horas, instante em que a humidade relativa decresce. Após serem atingidos os valores máximos de Mould Index, ocorre um decréscimo gradual devido ao sistema de redução imposto pelo modelo VTT atualizado para condições não favoráveis ao desenvolvimento de bolores, como aquelas verificadas após as 3000 horas. Material de revestimento Quando se observa os resultados da variação do Mould Index, consoante o material escolhido para atuar como revestimento interior, desde logo destaca-se a importância da classe de sensibilidade como fator que influencia decisivamente o desenvolvimento de bolor. A classe de sensibilidade “muito sensível”, representada neste trabalho pela madeira não tratada, obteve os valores mais elevados de Mould Index, chegando mesmo, para determinadas combinações (casos 3, 6, 9 e 12), a atingir o máximo da escala (M=6). Por outro lado, para o material com a classe de sensibilidade “resistência média” (reboco de gesso) os resultados são bastante diferentes, uma vez que o valor máximo atingido com este material não foi além de M≈3 (casos 1, 4, 7 e 10). Considerando a relação entre os materiais de revestimento e os climas pré-selecionados, pode-se concluir que a escolha do material não afeta a preponderância de um clima ser mais ou menos gravoso. Confirma-se, portanto, que o clima 72 e 176 são os mais propícios ao crescimento de bolor, contrariamente ao clima base que é aquele que provoca menor desenvolvimento de bolor. Existência de isolamento térmico A presença de uma camada de isolamento térmico é notória nos resultados. Verifica-se que nos casos em que existe isolamento se atingem picos de valores de Mould Index mais baixos do que aqueles obtidos para casos em que não existe uma camada de isolamento. É possível notar, por exemplo, que entre o caso 1 e caso 7, (casos com revestimento de reboco de gesso, orientados a norte, que apenas diferem pela presença da camada de isolamento térmico) o valor máximo do Mould Index diminui de aproximadamente 3 para um valor abaixo de 2, considerando os climas 72 e 176 (mais gravosos). Os únicos casos em que as diferenças não são tão evidentes são os que incluem a madeira não tratada como material de revestimento. Isto acontece porque o valor de Mould Index está limitado a 6, valor que é atingido rapidamente nos casos com este substrato. Este facto aponta para a importância decisiva do material de revestimento no resultado final. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 34 Outro fenómeno importante que se verifica nos casos com camada de isolamento térmico, e devido ao sistema de redução de Mould Index característico do modelo VTT atualizado, é que o valor de M sofre reduções maiores ao longo do tempo, chegando mesmo na aplicação do clima base a atingir novamente valores nulos (M=0). O mesmo não se verifica para situações sem a camada de isolamento térmico. Refere-se ainda que a presença de isolamento, em algumas combinações (caso 5 versus caso 11, por exemplo), potencia as diferenças entre climas. De forma a ver a variação que a introdução da camada de isolamento induz, elaborou-se dois gráficos (fig. 4.2 e 4.3) que mostram a comparação das temperaturas e humidades relativas, superficiais, no período de uma semana (do dia 100 ao 107 neste exemplo) para dois casos que diferem apenas existência de uma camada de isolamento (caso 5 e caso 11). Fig. 4.2 – Comparação da humidade relativa superficial de dois climas (clima 88 e clima 176) para dois casos com e sem isolamento (Caso 5 e caso 11) Fig. 4.3 - Comparação da temperatura superficial de dois climas (clima 88 e clima 176) para dois casos com e sem isolamento (Caso 5 e caso 11) De facto, verifica-se que os climas sem a camada de isolamento têm condições mais propícias ao desenvolvimento de bolores. Orientação De acordo com estes resultados, o efeito da orientação, neste caso entre norte e sul, é pouco relevante para o valor do Mould Index, independentemente dos casos, obtendo-se valores ligeiramente superiores Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 35 para os casos com orientação norte, como seria de esperar. Estes resultados podem ser justificados uma vez que a orientação afeta sobretudo a temperatura e humidade relativa superficial exterior e o desenvolvimento de bolores depende principalmente das condições no interior. 4.2.3. AVALIAÇÃO DOS 200 CLIMAS Materiais de revestimento Nesta subsecção pretende-se analisar o efeito do material de revestimento no valor máximo do Mould Index. Nesse sentido, apresentam-se de seguida quatro gráficos (fig. 4.4, 4.5, 4.6 e 4.7) onde se evidencia o efeito do substrato no desenvolvimento de bolores. Fig. 4.4 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos sem isolamento e orientação norte variando o material. Fig. 4.5 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos sem isolamento e orientação sul variando o material. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 36 Fig. 4.6 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos com isolamento e orientação norte variando o material. Fig. 4.7 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos com isolamento e orientação sul variando o material. Analisando as figuras anteriores é possível concluir que, independentemente da inclusão da camada de isolamento térmico e da orientação, a classe de sensibilidade é fundamental para o resultado final, ou seja, obtêm-se valores mais baixos no caso do revestimento com reboco de gesso e valores mais altos no caso do revestimento com madeira não tratada. A diferença entre os diferentes materiais é evidente e aproximadamente equidistante (fig. 4.6 e 4.7), exceto nos casos sem isolamento, onde os resultados para o revestimento com madeira estão claramente limitados pelo próprio modelo (M=6). Para os casos com o revestimento em reboco de gesso, verifica-se que os valores se encontram entre 2,6 e 3,2, aproximadamente, quando não existe isolamento térmico, e entre 0,7 e 1,8 quando existe a camada de isolamento. No entanto, para os casos com MDF estes valores sobem consideravelmente, passando o Mould Index a variar entre 4,6 e 5,3, aproximadamente, para casos sem isolamento, e entre 2,1 e 4,3 quando existe isolamento. Para a madeira não tratada, quando não há presença de isolamento, o valor do Mould Index atinge o limite máximo do modelo (M=6) e varia entre 4 e 6, aproximadamente, para os casos com isolamento térmico. Existência de isolamento térmico Observaremos agora as variações que resultam de aplicação ou não de uma camada com a função de isolamento. Produzem-se assim dois gráficos, com a Figura 4.8 a demonstrar a distribuição do Mould Index para os casos com disposições construtivas e orientação Norte, variando apenas a presença de Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 37 isolamento e a Figura 4.9 a demonstrar o mesmo, diferenciando que nesta estão visíveis os casos com orientação Sul. Fig. 4.8 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos com orientação norte variando a existência de isolamento. Fig. 4.9 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos com orientação sul variando a existência de isolamento. A primeira conclusão que se retira é que, como seria de esperar, os valores de Mould Index sofrem um grande decréscimo, quando aplicada uma camada de isolamento térmico. Observa-se ainda que a distribuição dos valores máximos de Mould Index para casos sem isolamento térmico apresenta uma menor dispersão. A introdução do isolamento térmico provoca uma redução do efeito do clima exterior nas condições higrotérmicas da superfície interior, aumentando assim a importância da variabilidade do clima interior. Este fenómeno foi previamente abordado na subsecção 4.2.1.2. Por exemplo, no caso do reboco de gesso com orientação sul, quando consideradas as mesmas condições variando apenas a presença do isolamento térmico, vai ocorrer um decréscimo muito relevante, uma vez que, com isolamento térmico, mais de 80% dos valores se encontram abaixo de 1,3 e, para os casos sem isolamento, os valores são muito próximos de 3. No caso do MDF, os valores de Mould Index vão sofrer um decréscimo idêntico. Nos casos com isolamento térmico 80% dos valores estão abaixo de 3,3 e, para casos sem isolamento, cerca de 95% dos valores estão abaixo de 5,2. Por fim, para a madeira não tratada observa-se que aplicação de isolamento térmico reduziu os valores de uma distribuição de quase 100% das ocorrências com o valor máximo de 6 para valores entre 4 e 6. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 38 Orientação As fig. 4.10 e 4.11 procuram evidenciar as diferenças nos resultantes da orientação da parede. Fig. 4.10 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos sem isolamento variando a orientação. Fig. 4.11 – Distribuição dos valores máximos de Mould Index para os casos com isolamento variando a orientação. Observa-se que o tipo de distribuição (variabilidade) não é afetada, variando apenas a grandeza dos valores assumidos pelo Mould Index, embora de uma forma pouco significativa. Desta forma, o efeito da orientação traduz-se numa ligeira translação da curva de valores acumulados, com valores mais elevados nos casos com orientação norte. Esta translação é tanto mais evidente quanto mais baixos são os valores do Mould Index 4.3. MODELO BIOHIGROTÉRMICO 4.3.1. NOTA INTRODUTÓRIA O modelo biohigrotérmico foi aplicado utilizando a ferramenta WUFI® Bio que fornece como dado de saída o valor do crescimento de bolores em milímetros (embora se trate de uma medida sem significado real). Tal como foi feito para o modelo VTT atualizado, é inicialmente apresentada uma análise mais pormenorizada considerando apenas o clima base e os climas 72, 176 e 88. Posteriormente, é efetuada uma análise dos resultados do crescimento considerando todos os 200 climas gerados. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 39 4.3.2. RESULTADOS COM 4 CLIMAS Tal como foi feito para o modelo VTT atualizado, apresentam-se os resultados para os 4 climas previamente escolhidos de forma a ser possível efetuar uma análise mais detalhada do fenómeno (Tabela 4.3). Nos gráficos pode observar-se a variação do valor de crescimento em milímetros ao longo de 1 ano (8760 horas). Tabela 4.3 – Resultados do crescimento em milímetros para os 4 casos de estudo detalhado ao longo de 1 ano (8670 horas) Caso Gráfico Caso 1 – REB_SI_ON Caso 2 – MDF_SI_ON Caso 3 – MAD_SI_ON Caso 4 – REB_SI_OS Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 46 Fig. 4.19 – Distribuição dos valores máximos de crescimento para os casos com isolamento variando a orientação. Como foi referido anteriormente e confirmando a conclusão tirada para o modelo VTT atualizado, a orientação é o fator que menos influencia o crescimento de bolores. Não deixa, no entanto, de ser um fator a considerar e que pode ser relevante em determinadas circunstâncias. A forma da distribuição dos valores do crescimento também não foi afetada pela orientação, variando apenas ligeiramente a ordem de grandeza. Verifica-se que para casos em que não há uma camada isolante, a orientação origina reduções no crescimento na ordem das centenas de milímetros, tendo, no entanto, o seu papel reduzido quando introduzida uma camada isolante. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 47 5 5. COMPARAÇÃO ENTRE MODELOS 5.1. COMPARAÇÃO DE VALORES MÁXIMOS OBTIDOS Com todos os casos compilados é possível fazer uma comparação entre os resultados produzidos pelo modelo VTT atualizado e pelo modelo biohigrotérmico, de forma a analisar a convergência entre ambos. Uma primeira abordagem consiste na comparação entre o valor máximo de Mould Index e o crescimento máximo obtidos para cada clima interior. Esta análise permite avaliar uma possível tendência que mostre concordância entre os dois modelos e está traduzida na Figura 5.1. Fig. 5.1 – Correspondência dos resultados máximos de ambos os modelos para os 200 climas. Estes resultados permitem desde logo concluir que não existe uma correlação linear entre os dois modelos, notando-se até uma tendência para divergirem à medida que o risco de desenvolvimento de bolores aumenta. Esta aparente divergência já foi evidenciada por outros autores como se descreve em detalhe mais à frente neste texto. Os resultados são, no entanto, coerentes, uma vez que a valores mais elevados do Mould Index correspondem a valores de crescimento também maiores. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 48 As diferenças que resultam da aplicação de cada um dos modelos, relativamente à introdução de uma camada de isolamento térmico, são claramente evidenciadas na Figura 5.1. Nos casos em que não existe isolamento térmico (três grupos de pontos mais acima na Figura 5.1) a dispersão de resultados ocorre essencialmente no modelo biohigrotérmico (escala vertical), enquanto nos casos com isolamento (três grupos de pontos mais abaixo na Figura 5.1) a dispersão ocorre no modelo VTT atualizado. No modelo VTT atualizado os resultados para os casos sem isolamento térmico aparentam estar limitados superiormente, situação que se verificou estar relacionada com um critério de limitação imposto pelo modelo em função da classe do material. Exemplo disso é o caso do revestimento em MDF, onde os valores do Mould Index nunca ultrapassam 5,3, devido às constantes definidas pelo modelo para esta classe de sensibilidade, de onde resulta um M máximo (eq. 2.6), definindo assim uma espécie de limite superior. Na Figura 5.2 está exposto um exemplo deste fenómeno no Modelo VTT atualizado, aplicado para condições constantes, com uma temperatura de 22ºC e humidade relativa de 97%, sem aplicação do sistema de redução. Verifica-se, neste exemplo, que para a classe “sensível” (classe do revestimento em MDF) o limite superior seria 4,5, aproximadamente. Fig. 5.2 – Mould Index previsto para as diferentes classes de sensibilidade para condições constantes de 22ºC e humidade relativa de 97%. (adaptado de [31]). Este fenómeno, no entanto, não se verifica nos casos com isolamento térmico, uma vez que quando é introduzida esta camada, as condições higrotérmicas da superfície interior melhoram significativamente e, portanto, os valores de Mould Index não atingem o limite máximo imposto pelo modelo (eq. 2.6). Assim, esta limitação do modelo VTT atualizado explica a menor dispersão dos valores de Mould Index nos casos sem isolamento térmico. Efetivamente, esta menor dispersão é fictícia e ocorre apenas porque o Mould Index está limitado superiormente. Da mesma forma se pode concluir que, analisando os resultados dos casos com isolamento térmico, o modelo VTT atualizado é mais sensível às flutuações do clima interior. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 49 A correlação entre os dois modelos já foi testada por Krus et al. [24]. Nesse trabalho foram efetuadas 350 simulações anuais, variando as condições higrotérmicas da superfície em análise (aplicando fatores de U entre 0,3 e 1,9), e propôs-se, inicialmente, uma correlação do tipo polinomial. Em função da geometria da curva, testou-se posteriormente uma curva de regressão baseada na curva higroscópica do tipo BET, tendo-se obtido um resultado ainda mais interessante. Neste trabalho, avaliou-se a correlação entre os dois modelos através de duas linhas de tendência, uma exponencial e uma polinomial de terceiro grau, tendo-se obtido um R2 de 0,655 e 0,5879, respetivamente. Na Figura 5.3 estão representadas os resultados de ambos os modelos para os 200 climas interiores e para os 12 casos de estudo, juntamente com as três linhas de tendência. Fig. 5.3 - Correspondência dos resultados máximos de ambos os modelos para os 200 climas, juntamente com as linhas de tendência obtidas e a linha de tendência estabelecida por Krus et al. [24]. {𝐶𝑟𝑒𝑠𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 3.514×𝑀3 − 30.794×𝑀2 + 130.27×𝑀,𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑑ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎𝑙 𝐶𝑟𝑒𝑠𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 69.857𝑒0.3009×𝑀,𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑑ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 (5.1) É possível notar que existem diferenças entre as linhas obtidas com os resultados simulados para estes casos e a proposta por Krus et al. [24]. Verifica-se que para valores mais altos de Mould Index, a função BET definida por Krus et al. conduz a um maior crescimento (mm). Esta linha aproxima bastante bem os resultados obtidos neste trabalho para os casos sem isolamento, afastando-se nos casos com isolamento. Mais conclusões acerca do pior ajuste da função BET aos resultados obtidos neste trabalho em contraponto com bom ajuste obtido por Krus, só seriam possíveis avaliando com cuidado os cenários testados por este autor. As linhas de tendência que foram obtidas neste trabalho (polinomial de grau 3 e exponencial), para os mesmos valores de Mould Index, apresentam um crescimento inferior ao da função BET. Esta diferença Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 50 entre as linhas de tendência e a função BET nos valores mais elevados de Mould Index pode, em parte, ser explicada pelo elevado número de ocorrências com Mould Index igual a 6, que pode sobrestimar o peso destes pontos. Para os menores valores de Mould Index, confirma-se que o modelo biohigrotérmico vai prever os resultados com excesso, quando comparado com o modelo VTT atualizado, isto porque não são consideradas as reduções para condições não favoráveis impostas por este último [24]. Os R2 obtidos são os coeficientes de determinação das linhas de tendência. Estes expressam a confiança que se pode ter na reta obtida. O seu valor pode ser interpretado em termos de percentagem, indicando a percentagem na variância, neste caso do crescimento, que é explicada pela variância de Mould Index. Desta forma, e fazendo uma análise aos resultados obtidos, podemos deduzir que a reta exponencial será aquela que irá apresentar uma correlação de ambas as escalas mais aproximada. 5.2. INSTANTE EM QUE OCORRE O VALOR MÁXIMO De modo a alargar o âmbito da comparação entre os dois modelos, foram avaliados os instantes horários em que ocorrem os máximos, para todos os casos de estudo e para os 200 climas interiores. Esta informação pode ser importante para explicar algumas divergências entre os resultados produzidos pelos dois modelos. Os gráficos das Figuras 5.4 e 5.5 expõem os instantes em que ocorrem os valores máximos consoante o caso e o clima aplicado, tanto para o modelo VTT atualizado, como para o modelo biohigrotérmico, respetivamente. Fig. 5.4 – Instantes em que ocorrem os valores máximos de Mould Index de acordo com o modelo VTT atualizado. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 51 Fig. 5.5 – Instantes em que ocorrem os máximos valores do crescimento de acordo com o modelo biohigrotérmico. Analisando as figuras, é evidente que, consoante o modelo, os instantes em que ocorrem os valores máximos são substancialmente diferentes. Enquanto para o modelo VTT atualizado esses instantes estão maioritariamente compreendidos no intervalo entre as 2000 e as 4000 horas, para o modelo biohigrotérmico verifica-se que esses instantes só ocorrem mais tarde, no intervalo entre as 5000 e as 6500 horas e sobretudo por volta das 6000 horas. A principal razão para esta diferença prende-se com o facto de, não havendo um sistema de redução do crescimento devido a condições não favoráveis, como acontece no modelo VTT, o modelo biohigrotérmico continuar a prever aumentos no crescimento, o que leva a que o valor máximo seja atingido mais tarde. Ou seja, no período em que ocorre redução do Mould Index, o crescimento no modelo biohigrotérmico mantém-se constante e, portanto, o crescimento é acumulado até se atingir o seu máximo no último instante em que ocorreram condições favoráveis ao desenvolvimento de bolores. Importa, no entanto, referir que estes resultados são, obviamente, condicionados pela escolha do período de análise. Assim, no caso do modelo VTT atualizado os máximos ocorrem sempre imediatamente antes do início do período do ano mais quente (ou seja no final do período crítico para o desenvolvimento de bolores). Neste caso, esse período corresponde aproximadamente às 4000 horas, período este referente a meados do mês de maio. Já no modelo biohigrotérmico os máximos ocorrerem no período entre as 5000 e as 6500 horas, correspondendo mais ou menos ao início dos meses de Julho e Setembro. Para avaliar se a escolha dos materiais de revestimento, da presença da camada de isolamento térmico e da orientação têm influência no instante em que ocorre o máximo, foram isolados os resultados obtidos em cada modelo para facilitar a sua interpretação. Obtiveram-se assim, para o modelo VTT atualizado as Figuras 5.6 e 5.7 e para o modelo biohigrotérmico as Figuras 5.8 e 5.9. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 52 Fig. 5.6 – Instantes em que ocorrem os valores máximos de Mould Index para os casos sem isolamento térmico. Fig. 5.7 – Instantes em que ocorrem os valores máximos de Mould Index para os casos com isolamento. Analisando as figuras 5.6 e 5.7 verifica-se que a dispersão dos valores ao longo do tempo varia consoante o material de revestimento escolhido, independentemente da presença da camada de isolamento térmico. No caso da madeira não tratada os instantes em que ocorrem os valores máximos de Mould Index têm uma maior dispersão do que os obtidos para o revestimento em MDF ou pelo reboco de gesso, sendo que este último apresenta os resultados mais homogéneos (menor variação no tempo). Também se verifica que os valores máximos ocorrem primeiro na madeira não tratada, seguindo-se o revestimento em MDF e finalmente o reboco de gesso. Quanto aos efeitos que a orientação e a existência de isolamento térmico têm nos resultados obtidos, verifica-se que quando se altera a orientação de norte para sul e se aplica isolamento térmico, os máximos diminuem e ocorrem mais tarde, sendo que o impacto da introdução do isolamento térmico é bastante mais significativo. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 53 Fig. 5.8 – Instantes em que ocorrem os valores máximos do crescimento para os casos sem isolamento. Fig. 5.9 – Instantes em que ocorrem os valores máximos do crescimento para os casos com isolamento. Em relação ao modelo biohigrotérmico (figuras 5.8 e 5.9), conclui-se que, contrariamente ao verificado no modelo VTT, não se observa grande dispersão ao longo do tempo dos instantes em que ocorrem os valores máximos do crescimento em função do material de revestimento. Adicionalmente, verifica-se uma inversão da ordem com que ocorrem os máximos, especialmente nos cenários com isolamento térmico. Assim, o reboco de gesso passa a ser o material que apresenta os valores máximos mais cedo, seguindo-se o revestimento em MDF e finalmente a madeira não tratada. Quando se avaliam os resultados consoante a orientação, verifica-se que os valores máximos para os casos com orientação sul ocorrem um pouco mais tarde, tal como acontece no modelo VTT atualizado. A aplicação de isolamento térmico, tal como no modelo VTT atualizado, conduz a uma dispersão dos resultados. Nos casos com isolamento térmico os instantes para os quais ocorrem os máximos são bastante dispersos, variando entre as 4500 e as 6500 horas, enquanto para os casos sem isolamento, os instantes em que ocorrem os máximos estão entre as 6000 e as 6500 horas. Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 54 Desenvolvimento de bolores em edifícios de habitação – Análise de sensibilidade 55 6 6. CONCLUSÕES 6.1. CONSIDERAÇÕES FINAIS A previsão de desenvolvimento de bolores é cada vez mais importante para garantir um ambiente saudável nos edifícios. A decisão da constituição das fachadas torna-se portanto um aspeto chave para evitar a proliferação do bolor. Com o intuito de analisar o efeito do clima interio no desenvolvimento de bolores, verificou-se a influência de três fatores chave: o material de revestimento, a orientação e a existência de uma camada de isolamento térmico, na sensibilidade de dois modelos, o modelo VTT atualizado e o modelo biohigrotérmico. Concluiu-se que:  Humidades relativas altas são os principais agentes do desenvolvimento de bolor.  O desenvolvimento de bolores não se deve apenas ao clima exterior, o clima interior irá ter um peso tão grande ou até maior que este, uma vez que este pode ser manipulado mais facilmente  A existência de flutuações acentuadas de temperatura (ºC) e humidade relativa ao longo do tempo potenciam o desenvolvimento de bolores.  O material de revestimento aplicado é o principal fator responsável pelo controlo no crescimento de bolores, que juntamente com a introdução de uma camada de isolamento pode impedir que este atinja valores inadmissíveis.  A orientação será o fator com menor carácter decisivo. Alterando do caso mais gravoso (norte) para o menos gravoso (sul), verifica-se que a ordem de redução é demasiado baixa. No entanto deverá ser sempre um fator a ter em conta na elaboração de disposições construtivas. Em relação aos modelos analisados no presente trabalho, também se puderam retirar algumas conclusões.  É possível fazer a comparação de ambos os modelos, de forma a estabelecer uma equiparação das escalas adotadas por estes;  No modelo VTT atualizado, quanto menos suscetível ao crescimento for um material de revestimento, mais tarde atingirá o máximo crescimento, verificando-se exatamente o contrário para o modelo biohigrotérmico;  A ausência de isolamento provoca uma variabilidade dos resultados no modelo biohigrotérmico, estabilizando com a introdução deste;  A introdução de isolamento causa o efeito contrário no modelo VTT atualizado, aumentando a dispersão dos valores máximos que este pode prever.