Análise do ciclo de vida das caixilharias: um estudo comparativo
João Ferreira Gomes1 e A. Moret Rodrigues2
Caixiave – Indústria de Caixilharia, S.A.
e-mail: [email protected]
1
Instituto Superior Técnico/DECivil/Secção de Construção
e-mail: [email protected]
2
RESUMO
A crescente preocupação com a qualidade do Meio Ambiente, que se evidencia pela legislação cada vez
mais exigente que vem sendo introduzida e por uma maior consciencialização dos cidadãos face aos
problemas ambientais, tem impulsionado o aparecimento de novas técnicas de apoio às empresas
visando a criação de outros modelos de produção que sejam ambientalmente sustentáveis e economicamente viáveis. Entre estas novas técnicas, surge a Análise do Ciclo de Vida (ACV), que é um método de
avaliação do impacte ambiental de produtos e serviços. Este método identifica e quantifica de forma
sistemática os fluxos de materiais, energia, resíduos e emissões produzidos durante o ciclo de vida em
análise, permitindo estimar previamente os impactes ambientais daí resultantes. No presente artigo faz-se
uma aplicação da ACV a diversos sistemas de caixilharia fabricados com diferentes tipos de materiais,
apresentando-se as características de cada um deles e a sua importância nos principais indicadores
ambientais: consumos energéticos e emissões de CO2 para a atmosfera. Esta avaliação é por sua vez
complementada com uma análise económica de forma a classificar os sistemas também sob este prisma.
Palavras-chave: Análise do Ciclo de Vida, Análise económica, Sustentabilidade, Caixilharias, Consumo de
energia, Emissões de CO2.
1
1 INTRODUÇÃO
características do edifício em que é instalada, ou seja, a avaliação do
Os sistemas de caixilharia são produtos da construção da maior
impacte das caixilharias durante a sua fase de utilização exige que o
importância para o desempenho energético dos edifícios e impactes
estudo das mesmas seja efectuado em associação com o edifício onde
ambientais associados, não só pela sua contribuição para a energia
estão instaladas. Assim, para este efeito, foi tomado como referência
consumida pelos edifícios para a satisfação de exigências de conforto
um fogo corrente de um edifício de habitação, que serviu de suporte a
térmico e iluminação ambiente, como também para a energia incorporada
todo o estudo de avaliação do desempenho das caixilharias na sua
nos mesmos, decorrente dos consumos requeridos pelas diferentes
fase de utilização. Este edifício apresenta um conjunto de vãos de
etapas do ciclo de vida dos seus componentes, desde a extracção das
janela distribuídos pelas suas fachadas, nos quais foram instalados, à
matérias-primas até ao processo de desactivação final, no termo da
vez, os diferentes tipos de sistemas em análise – madeira, alumínio e
sua vida útil. Dada a variedade de materiais e sistemas de caixilharia
PVC –, para a avaliação dos respectivos consumos energéticos
actualmente existentes no mercado, é assim inquestionável o interesse
característicos da fase de utilização. Neste estudo apenas foram
duma análise comparativa destes sistemas em termos energéticos e
levantados os consumos energéticos para assegurar as exigências de
ambientais, tendo em conta todas as fases do seu ciclo de vida, a qual
conforto térmico, embora um estudo mais completo devesse abranger
permitirá avaliar de uma forma mais sustentada o contributo de cada
também os consumos que resultam da satisfação de exigências de
um desses sistemas para o desafio energético e ambiental com que os
iluminação ambiente. De facto, as caixilharias, podendo contribuir
edifícios actualmente se defrontam.
significativamente para assegurar estas exigências pelo menos numa
Neste contexto, o presente artigo aplica o método geral de Análise do
parte do dia, são também elementos importantes de redução dos
Ciclo de Vida (ACV) a um conjunto de diferentes tipos de sistemas de
consumos de energia eléctrica para esses fins. De referir, também, que
caixilharia que são de utilização corrente em edifícios – caixilharias de
as análises foram realizadas para o conjunto total de caixilharias do
alumínio, de madeira e de PVC –, procurando quantificar o impacto
fogo, por se considerar que os benefícios que resultariam de uma
energético e ambiental dos seus materiais constituintes e respectivos
análise individualizada não iriam compensar o custo do trabalho
processos produtivos em todas as etapas do seu ciclo de vida, através
implicado. Deste facto resultou que as comparações entre as diferentes
de dois principais indicadores:
soluções de caixilharia de madeira, de alumínio e de PVC – não tenham
sido realizadas numa base individual e descontextualizada – mas sim a
• O consumo energético ao longo do ciclo de vida;
nível de conjunto e tendo em conta a forma de integração na edificação,
• As emissões de CO2 para a atmosfera durante o processo de
ou seja, englobando a totalidade das unidades de caixilharia associa-
fabricação, no período de utilização, na reciclagem, no transporte e na
das aos diferentes vãos e a sua disposição respectiva dentro do fogo.
deposição final de resíduos.
Como complemento da análise energética e ambiental dos diversos
sistemas de caixilharia, apresenta-se ainda um estudo económico
De entre as diferentes etapas do ciclo de vida de uma caixilharia,
baseado no método do Custo Global ou Life Cycle Cost (LCC).
assume importância fundamental a fase da sua utilização no edifício,
durante a qual a caixilharia tem a sua quota-parte de contribuição para
o consumo energético do mesmo. Daí que a energia que fica associada
à fase de utilização de uma caixilharia não se possa dissociar das
2
2 PROBLEMA EM ESTUDO
91,1 m2 e localiza-se no último piso sob uma cobertura em terraço
A Análise do Ciclo de Vida (ACV) foi realizada neste artigo para três
tradicional (U=0.58 W/m2ºC).
diferentes sistemas de caixilharia − alumínio com corte térmico, PVC e
Relativamente aos sistemas de caixilharia a comparar, apresentam-se
madeira de carvalho − instalados num fogo de um edifício corrente de
na Tabela 1 as características geométricas e comportamentais das
habitação. Trata-se de um edifício de 5 pisos localizado em Lisboa,
diferentes tipologias de janela, fundamentais para a análise dos
com dois fogos por piso, paredes duplas de alvenaria com isolamento
impactes ambientais dos diversos sistemas de caixilharia na fase de
térmico na caixa de ar (U=0,65 W/m2ºC), e estrutura porticada de betão
utilização analisados neste artigo.
armado. O fogo é o que se mostra na Figura 1, tem uma área útil de
e
N
c d
1,10 m
Ext.
a
Int.
b
Figura 1 – Características do edifício.
3
Tipologia
l x h (m x m)
Janela de alumínio com corte
térmico
1,20 x 1,10
3,24 x 1,10
1,20 x 1,10
Vidro eg1/ea/ eg2 (mm)
Ag (m2)
Af (m2)
A (m)
B (m)
C (m)
D (m)
E (m)
Ucg (W/m2 ºC)
Ueg (W/m2 ºC)
Uf (W/m2 ºC)
Q (m3/h/m2)
Massa do caixilho + vidro (kg)
Janela de PVC
Janela de PVC
3,24 x 1,10
1,20 x 1,10
3,24 x 1,10
0,68
0,64
0,138
0,138
0,029
0,026
0,119
2,90
2,93
2,50
5
45,52
2,47
1,09
0,138
0,138
0,029
0,026
0,119
2,90
2,93
2,50
5
110,33
Duplo 4/12/4
0,78
0,54
0,115
0,115
0,005
0,005
0,110
2,90
3,48
2,45
9
29,72
2,51
1,05
0,090
0,090
0,005
0,005
0,110
2,90
3,48
2,45
9
77,80
0,68
0,64
0,138
0,138
0,029
0,026
0,119
2,90
2,93
1,35
1,1
30,70
2,47
1,09
0,138
0,138
0,029
0,026
0,119
2,90
2,93
1,35
1,1
82,04
Tabela 1 – Características dos vãos envidraçados.
Na Tabela 1 listam-se, sucessivamente, os valores dos seguintes
impactes causados no Ambiente, desde a extracção dos recursos
parâmetros: largura × altura do vão (l×h), espessuras dos vidros e caixa
naturais, passando pela fase de utilização dos materiais, até ao
de ar (eg1/ea/eg2), área de vidro (Ag), área de caixilho (Af), geometria dos
regresso destes ao ciclo natural. A norma internacional que fornece os
perfis e seu posicionamento no vão de acordo com a Figura 1 (a, b, c,
princípios, a estrutura e alguns requisitos metodológicos para a
d, e), coeficientes de transmissão térmica da zona central do envidraça-
realização de estudos com base no método ACV é a norma internacio-
do (Ucg), da zona dos bordos do envidraçado (Ueg) e do caixilho (Uf),
nal ISO 14040. Todos os detalhes adicionais relativos às várias fases
permeabilidade do caixilho (Q) e massa do sistema (caixilho mais vidro).
deste método são fornecidos pelas normas internacionais complementares: ISO 14041, ISO 14042 e ISO 14043.
3 ANÁLISE DO CICLO DE VIDA (ACV)
A Análise do Ciclo de Vida (ACV), ou LCA na terminologia original
3.1 O ciclo de vida da caixilharia
anglo--saxónica (Life Cycle Assessment), é um método de avaliação do
A metodologia da ACV aponta, numa primeira fase (conhecida por
impacte ambiental de produtos e serviços. Mais precisamente, a ACV é
inventário), para a obtenção de indicadores relativos aos consumos
uma avaliação que “inclui o ciclo de vida completo do produto,
energéticos e às emissões de CO2 para a atmosfera − segundo um
processo ou actividade, ou seja, a extracção e o processamento de
fluxograma de entradas (energia e/ou materiais) e de saídas (resíduos
matérias-primas, a fabricação, o transporte e a distribuição, a utilização,
e/ou emissões) − nas etapas principais do ciclo de vida de uma
a manutenção, a reciclagem, a reutilização e a deposição final”[1].
caixilharia: extracção de recursos e produção de materiais, fabricação
Nesta avaliação, a ACV identifica e quantifica de forma sistemática os
da caixilharia, sua utilização no período de vida útil, desconstrução /
fluxos de materiais, energia, resíduos e emissões produzidos durante o
remoção e deposição final dos resíduos em lixeira / aterro sanitário,
ciclo de vida considerado, permitindo estimar previamente os impactes
reciclagem e transporte entre etapas (Figura 2). Numa segunda fase
ambientais daí resultantes.
(conhecida por avaliação), são quantificadas todas as entradas e saídas
Com esta ferramenta pode avaliar-se de forma holística um produto ou
do fluxograma e apurados os totais finais de energia consumida e de
uma actividade durante todo o seu ciclo de vida e deduzir os potenciais
emissões de CO2 produzidas em todas as etapas do ciclo de vida. Esta
4
sistematização da informação permite identificar as etapas onde são
Relativamente ao consumo energético, a fase de extracção e produção
produzidos os resíduos e/ou as emissões, as quantidades de energia
de alumínio requer uma elevada quantidade de energia eléctrica
que circulam e deixam o sistema, e avaliar os impactes ambientais
associados a cada etapa do ciclo de vida.
Fabricação da caixilharia
Consumo
de energia
Extracção de matérias-primas e
produção de caixilharia
Consumo
de energia
Fabricação da
caixilharia
Emissão
Reciclagem
Outros usos
Remoção/
deposição final
Utilização
Emissão
Consumo
de energia
Consumo
de energia
Emissão
Emissão
Consumo
de energia
Emissão
Emissão
Figura 2 – Esquema do ciclo de vida de uma caixilharia.
(45,56 kWh/kg), na qual se inclui a energia dispendida na extracção da
Atendendo a que os sistemas de caixilharia em análise são fabricados
matéria-prima, no tratamento da alumina e na obtenção final de
com diferentes tipos de materiais, o seu ciclo de vida assume aspectos
alumínio (WBG [2]). O consumo de energia envolvido gera ainda uma
particulares consoante o material utilizado (perfis de alumínio, de PVC –
elevada quantidade de cinzas e de elementos poluentes considerados
incluindo os reforços de aço – e de madeira). A este conjunto de
perigosos para a atmosfera, tais como, o dióxido de carbono, o ácido
materiais utilizados pelas alternativas de caixilharia estudadas, deve
sulfúrico, os hidrocarbonetos (PAHs) e a fluorina.
acrescentar-se um elemento que é comum a todas elas – o(s) pano(s)
O alumínio pode ser reciclado repetidamente sem qualquer deterioração
de vidro.
do material, representando o consumo de energia associado a esta
No ponto seguinte apresentam-se as características de cada um
fase cerca de 7% do total da energia correspondente à fase de
destes materiais e a sua importância no consumo energético.
produção.
4 MATERIAIS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE
Na Figura 3 apresenta-se o esquema relativo ao fabrico de uma
CAIXILHARIA E SEUS IMPACTES
caixilharia de alumínio.
4.1 Alumínio
O alumínio não se encontra na Natureza no seu estado metálico, mas
como parte integrante de vários minerais onde normalmente está
combinado com silicone e oxigénio. A matéria-prima de base utilizada
na produção do alumínio é a bauxite, que é um mineral muito abundante
na Natureza. A produção do alumínio para a fabricação de caixilharia
processa-se geralmente em três etapas: extracção da matéria-prima e
processo de fabrico, processo de extrusão, e tratamentos e acabamentos.
Extracção da bauxite
Vidro e outros componentes
Processo químico e electrólise
Fundição do alumínio
Processo de extrusão
Perfis para caixilharia
Lacagem dos perfis
Produção da caixilharia
Figura 3 – Esquema da produção de uma caixilharia de alumínio.
5
4.2 Madeira
A madeira é um recurso natural constituído por celulose (70%) e outras
Madeira retirada a partir das árvores
Secagem e tratamento da madeira
Perfis para caixilharia
substâncias orgânicas como proteínas, açúcar, resina e água. Trata-se
Envernizamento/pintura
de um material renovável, 100% reciclável e bio-degradável, que
continua a ser utilizado tradicionalmente na produção de caixilharia, por
Vidro e outros componentes
Produção da caixilharia
Figura 4 – Esquema da produção de uma caixilharia de madeira.
um lado devido à grande oferta que ainda existe em algumas zonas do
4.3 PVC
Mundo, por outro, devido à vulgarização dos processos industriais
O PVC é um polímero termoplástico (termo-moldável a quente, de
envolvidos, nomeadamente na extracção, processamento e produção.
forma reversível, sem modificação química) cujos componentes básicos
Relativamente às espécies de madeira utilizadas na fabricação da
são o cloro e o etileno, obtidos respectivamente do petróleo (43%), que
caixilharia, existe uma grande variedade, desde as madeiras mais
é um recurso natural não renovável, e do sal comum ou cloreto de
vulgares até às madeiras mais exóticas (geralmente com uma elevada
sódio (57%), que, ao contrário, é um produto abundante na Natureza e
durabilidade e resistência). No que respeita às madeiras exóticas, o seu
que se pode considerar inesgotável. A partir do cloro e do etileno é
consumo tem vindo a crescer e com ele o acentuar da depredação de
obtido o Monómero de Cloreto de Vinil e é depois da polimerização
florestas tropicais, facto que tem intensificado as preocupações
deste que se obtém o produto final – Policloreto de Vinil –, conhecido
ambientais relativas à necessidade de garantir uma gestão sustentável
pela designação de PVC. Este material sintético apresenta características
das florestas. Por este motivo, tem vindo a exigir-se que as madeiras
e propriedades diversificadas, em função dos compostos e tipo de
utilizadas em caixilharia sejam originárias de florestas geridas de forma
aditivos utilizados. Nesta área, têm sido efectuados avanços científicos
sustentável e certificadas por uma avaliação independente. Embora
e tecnológicos importantes, sobretudo no desenvolvimento e/ou
existam diversos sistemas de certificação florestal, na Europa os mais
substituição dos aditivos à base de cádmio e chumbo por outros à
conhecidos são o Program for the Endorsement of Forest Certification
base de cálcio e zinco, garantindo quer o cumprimento dos requisitos
(PEFC) [3] e o Forest Stewardship Council (FSC) [4].
técnicos necessários quer o respeito pelo Meio Ambiente. Relativamente
ao consumo energético, a produção de PVC requer um valor de cerca
Relativamente ao consumo energético, a madeira apresenta um
de 7,19 kWh/kg [7].
valor de energia incorporado de cerca de 0,58 kWh/kg, que pode ser
considerado baixo sobretudo quando comparado com o de outros
Aço
materiais como o alumínio ou o PVC. Este valor de consumo energético
Para a produção de caixilharia de PVC são necessários reforços em
inclui as parcelas relativas à extracção, transporte (apontando-se para
aço, colocados no interior das câmaras dos perfis. Para o consumo
distâncias mínimas de 250 km) e secagem (Simapro5 [5]).
energético que envolve as fases de extracção, transporte e produção
Relativamente às fontes de energia envolvidas nestes processos,
do aço, assume-se um valor total de cerca de 6,70 kWh/kg. Este valor
aponta-se que 92% do consumo resulte da utilização de gasóleo,
é obtido a partir do consumo energético da produção (5,03 kWh/kg)
enquanto que 8% corresponda à utilização de electricidade [6]. Na
(EPA [7]), que se admite corresponder a 75% do consumo energético
Figura 4 apresenta-se o esquema de fabrico de uma caixilharia de
total. Na Figura 5 apresenta-se o esquema de fabrico de uma caixilharia
madeira.
de PVC.
6
Produção do cloro a partir do sal
Produção de etileno a partir do petróleo
Aditivos
Vidro e outros componentes
Produção de 1-2, Dicloroetano
Composto de PVC
Produção do VCM e da resina de PVC
Processo de extrusão
Produção da caixilharia
Perfis para caixilharia
Figura 5 – Esquema da produção de uma caixilharia de PVC.
4.4 Vidro
No que respeita ao consumo energético (energia eléctrica) dispendido
Independentemente do tipo de material utilizado nos perfis, o vidro é
na fabricação da caixilharia, aceita-se que, independentemente do tipo
um elemento comum a todos os sistemas de caixilharia. Relativamente
de material utilizado, o seu valor seja aproximadamente de 4,8 kWh por
ao consumo energético para a sua produção, assume-se um valor de
cada caixilho [6].
cerca de 2,70 kWh/kg (EPA [7]). Este valor é obtido a partir do
consumo energético da produção (2,03 kWh/kg) (EPA [7]), que se
5.2 Fase de utilização da caixilharia
admite corresponder a 75% do consumo energético total. Atendendo
Numa caixilharia, os consumos energéticos e emissões de CO2
aos valores totais do consumo de energia, aponta-se ainda que 89%
referentes ao período de utilização constituem uma percentagem dos
desse valor corresponda à utilização de gasóleo/fuelóleo, enquanto que
valores globais apurados para o espaço e/ou edifício onde está
os restantes 11% respeitem à utilização de electricidade.
integrada. O período de utilização, sendo normalmente muito alargado,
representa a etapa mais importante do ciclo de vida de uma caixilharia
5 FASES DO CICLO DE VIDA
(habitualmente considera-se que a caixilharia pode apresentar uma vida
5.1 Fases de extracção de recursos, produção de materiais e
útil de 50 anos) em termos de consumo de energia e de emissões de
fabrico da caixilharia
CO2 para a atmosfera.
De acordo com a descrição anterior relativa aos processos de
extracção das matérias-primas e produção dos diferentes materiais
Para a avaliação dos impactes ambientais de cada solução alternativa
utilizados em sistemas de caixilharia, resumem-se na Tabela 2 os
de caixilharia na fase de utilização, foi tido em conta o fogo de
valores dos consumos de energia associados a esses processos.
referência já descrito, para o qual foram calculadas, em função das
características da envolvente construtiva e da zona climática de Lisboa,
Material
Consumo de
energia
(kWh/kg)
Fonte
as necessidades energéticas anuais de conforto e apuradas as
parcelas atribuíveis às caixilharias [8]. Estas parcelas resultam do
Aço
6,70
EPA - Environmental Protection Agency (2004) [7]
Alumínio
45,56
WBG - Aluminium Manufacturing (2004) [2]
Madeira
0,58
Base de dados do programa informático SimaPro 5.1 [5]
PVC
7,19
Baldassano y Parra [6] 2005
ao fogo – aquecimento ou arrefecimento – é o estritamente necessário
Vidro
2,70
EPA - Environmental Protection Agency (2004) [7]
para manter a sua temperatura interior nos valores convencionados de
Tabela 2 - Consumos de energia necessários à extracção das matériasprimas e à produção de diferentes materiais utilizados na fabricação de
sistemas de caixilharia.
balanço entre as perdas e os ganhos de calor que ocorrem através
daqueles elementos, admitindo que o fornecimento de energia térmica
conforto (acima de 20ºC no Inverno e abaixo de 25ºC no Verão). Dado
que as caixilharias, para além das perdas de calor, são responsáveis
7
por uma importante parcela de ganhos, a sua contribuição para os
aterros sanitários, assumiu-se um valor de 0,155 kWh por cada kg [6],
consumos energéticos e emissões de CO2 é favorável se, no Inverno,
considerando que a energia dispendida provém 100% do consumo de
os ganhos se sobrepuserem às perdas (conduzem a poupança em
gasóleo.
energia de aquecimento do fogo) ou, no Verão, as perdas forem
superiores aos ganhos (conduzem a poupança em energia de
5.4 Fase de transporte
arrefecimento do fogo). Nos casos contrários, a contribuição das
A necessidade de transportar em camiões de carga os materiais e
caixilharias será obviamente negativa. Tanto a poupança como o
produtos ao longo das diferentes etapas do ciclo de vida implica ainda
consumo especificamente associados às caixilharias são quantificados
considerar um importante consumo energético com origem em
para o conjunto das 4 janelas do fogo.
combustíveis fósseis (normalmente gasóleo). Nos estudos de ACV de
caixilharia efectuados na Europa Ocidental, o consumo energético
As necessidades de energia útil para assegurar o conforto térmico do
geralmente aceite para a fase de transporte é de cerca de 0,00073
fogo apresentado foram obtidas através do programa EnergyPlus [9],
kWh/km/kg [6], correspondendo a um percurso médio de 100 km. Este
que é um programa informático de análise termo-energética de edifícios
valor deve ser considerado em todas as etapas de transporte que
que permite simular também as condições de ventilação natural.
seguidamente se apresentam:
5.3 Fases de desconstrução/remoção, reciclagem e deposição
final da caixilharia
Os trabalhos de desconstrução e/ou remoção da caixilharia consistem
na desmontagem e separação de materiais e componentes para
reciclagem. Geralmente, estes trabalhos exigem apenas utilização de
mão-de-obra, sendo o consumo de energia envolvido normalmente
• Transporte dos recursos e materiais desde o local de extracção
até às unidades de produção;
• Transporte dos diversos materiais até à unidade de produção da
caixilharia;
• Transporte entre a unidade de produção da caixilharia e o local da
obra;
muito reduzido (correspondente à utilização de pequenas ferramentas
• Transporte dos resíduos desde a obra até ao local onde serão
eléctricas). Nas operações de reciclagem, assume-se geralmente que
depositados (em lixeiras e/ou aterros sanitários) ou até a unidades de
97% de materiais como o PVC, o alumínio e o vidro contidos numa
reciclagem, após os trabalhos de remoção/desmontagem da caixilharia.
caixilharia são recicláveis. Os restantes 3% constituem resíduos que se
depositam em lixeiras e/ou aterros sanitários [6].
No entanto, quando se utilizam madeiras exóticas nas caixilharias,
deve-se considerar que aquelas provêem de longas distâncias
No que respeita às operações de reciclagem dos perfis de PVC,
(geralmente da América Latina, África ou Ásia), sendo o seu transporte
admitiu-se um consumo de energia eléctrica de 0,25 kWh/kg [6],
geralmente realizado por via marítima. No caso dos perfis de PVC e de
enquanto que para a reciclagem dos perfis de alumínio, dos reforços
alguns perfis de alumínio, os seus países fornecedores localizam-se
em aço e do elemento vidro, os consumos de energia eléctrica
geralmente na Europa Central, pelo que o transporte desses elementos
admitidos foram de 4,17 kWh/kg (WBG [2]), 5,03 kWh/kg (EPA [7]) e
é normalmente realizado por via terrestre. Todas estas situações devem
2,03 kWh/kg (EPA [7]), respectivamente. Quanto ao consumo
ser analisadas caso a caso, se se pretender um cálculo rigoroso quer
energético relativo à deposição final dos resíduos em lixeiras e/ou
do consumo de energia quer das emissões de CO2 para a atmosfera.
8
5.5 Factores de emissão de CO2
energia para assegurar o conforto térmico, foi admitido um tempo de
Para cada etapa da ACV de uma caixilharia, além dos consumos de
vida útil de 50 anos. Valores com sinal negativo significam poupança de
energia, é fundamental apurar os factores de emissão de CO2 de base,
energia e de correspondentes emissões de CO2, enquanto que valores
que dependem da fonte de energia/tipo de combustível utilizado.
positivos correspondem a consumo energético e a emissões de CO2
Assim, na Tabela 3 apresentam-se os factores de emissão de CO2 de
para a atmosfera. Na fase de utilização, foi também prevista a
base associados a cada etapa, de acordo com a composição do
separação do consumo energético nas suas parcelas para aquecimento
fornecimento de energia indicada para cada caso.
e arrefecimento, pela possibilidade de se utilizarem fontes de energia,
ou combustíveis para a sua produção, diferentes. Nos cálculos
Fonte de energia/Tipo de combustível
Factor de emissão (KgCO2/kWh)
Electricidade
0,230
Electricidade*
0,284
realizados admitiu-se para o aquecimento uma caldeira a gás natural
(GN) e para o arrefecimento um sistema de bomba de calor (BC) com
Gasóleo/Fuelóleo
0,267
compressor accionado por um motor eléctrico. Dado que estes
equipamentos têm um dado rendimento (η), a energia final que
Gás Natural
0,2009
Gás Propano
0,227
Carvão
0,346
consomem relaciona-se com a energia útil de climatização através da
expressão:
* Factor correspondente à produção de PVC.
E
Tabela 3 - Factores de emissão de CO2
final
=
E
útil
η
6 RESULTADOS
tendo-se admitido η=0,9 e η=3,0 (COP – Coeficiente de performance)
Nas Tabelas 4 e 5 apresentam-se os resultados dos consumos e
para a caldeira a gás natural e para o sistema de bomba de calor,
emissões correspondentes às várias etapas do ciclo de vida, tendo em
respectivamente.
consideração que para a fase de utilização, em que é dispendida
Das Tabelas 4 e 5 pode concluir-se que as etapas do ciclo de vida que
Caixilharia de alumínio com corte térmico
Consumo de energia
Etapas ACV
Extracção e produção
Transporte para produção
Fabricação da caixilharia
Transporte até à obra
Utilização (50 anos)
Eaquec. (GN)
Earref. (BC)
Transporte para lixeira/aterro
Remoção/deposição final
Transporte para reciclagem
Reciclagem
Consumo e emissões
Poupança
BALANÇO
kWh
3449,29
12,19
19,20
12,19
-27911,11
6720,00
0,35
0,75
11,81
473,98
10699,76
-27911,11
-17211,35
% consumo
32,24
0,11
0,18
0,11
62,81
0,00
0,01
0,11
4,43
100,00
Emissões de CO2
Kg
785,61
3,26
4,40
3,26
-5607,32
1545,60
0,11
0,22
3,15
109,01
2454,62
-5607,32
-3152,70
% emissões
32,01
0,13
0,18
0,13
62,97
0,00
0,01
0,13
1,35
100,00
Caixilharia de madeira *
Consumo de energia
kWh
456,18
21,32
19,20
21,32
-24316,67
6086,67
11,48
24,34
5,72
306,60
6952,83
-24316,67
-17363,84
% consumo
6,56
0,31
0,28
0,31
87,54
0,17
0,35
0,08
4,41
100,00
Emissões de CO2
Kg
113,64
5,69
4,40
5,69
-4855,22
1399,93
3,06
6,51
1,54
70,52
1610,98
-4855,22
-3244,24
% emissões
7,05
0,35
0,27
0,35
86,90
0,19
0,40
0,10
4,38
100,00
* Madeira de carvalho
Tabela 4 - Consumo de energia e emissões de CO2 ao longo do ciclo de vida para todas as unidades de caixilharia do fogo. Solução de caixilharia de
alumínio com corte térmico e de madeira com vidro duplo 4/12/4.
9
Caixilharia de PVC
Consumo de energia
kWh
Etapas ACV
% consumo
955,14
16,01
19,20
16,01
Extracção e produção
Transporte para produção
Fabricação da caixilharia
Transporte até à obra
Utilização (50 anos)
Etc. (GN)
Earref. (BC)
Transporte para lixeira/aterro
Remoção/deposição final
Transporte para reciclagem
Reciclagem
Consumo e emissões
Poupança
BALANÇO
Emissões de CO2
12,98
0,22
0,26
0,22
-27688,89
5840,00
0,47
1,04
15,54
492,31
7355,72
-27688,89
-20333,17
79,39
0,01
0,01
0,21
6,69
100,00
Kg
% emissões
251,56
4,27
4,40
4,27
-5562,72
1343,20
0,12
0,28
4,15
142,87
1755,12
-5562,72
-3807,60
14,33
0,24
0,25
0.24
76,53
0,01
0,02
0,24
8,14
100,00
Tabela 5 - Consumo de energia e emissões de CO2 ao longo do ciclo de vida para todas as unidades de caixilharia do fogo.
Solução de caixilharia de PVC com vidro duplo 4/12/4
mais condicionam os resultados finais são a etapa de utilização,
custos iniciais e os custos de manutenção das diferentes soluções de
emprimeiro lugar, e as de extracção e de produção, logo a seguir. De
caixilharia, com base em informações dos fornecedores.
entre os três sistemas comparados, o sistema de caixilharia de PVC é o
Relativamente aos custos de exploração, eles dependem fortemente
que apresenta um valor de sustentabilidade mais elevado (maior
dos sistemas de climatização utilizados e das fontes de energia que
poupança de energia e maior crédito de emissões), seguido da
lhes estão associadas. Considerando a utilização de uma caldeira a gás
caixilharia de madeira e, por último, da caixilharia de alumínio com corte
natural, para o aquecimento, e de um sistema de bomba de calor
térmico.
funcionando a energia eléctrica, para o arrefecimento, o custo de
Passando à análise dos custos, apresentam-se nas Tabelas 6 e 7 os
exploração anual Cexp (€/ano), correspondente a um dado consumo
Janelas de
Alumínio
Janelas de
Madeira
Janelas de
PVC
Dimensões (mxm)
Unidades
Vidro duplo (4/12/4)
1,20x1,10
3
364,00€
495,00€
3,24x1,10
1
540,00€
660,00€
420,00€
Cinicial (TOTAL)
4
1632,00€
2145,00€
1170,00€
250,00€
Tabela 6 – Custo inicial das soluções de caixilharia (preços correntes
de mercado em 2006).
Custos futuros (€)
Alternativas de caixilharia
Custo anual de
manutenção
Custo de manutenção
(cada 10 anos)
Custo de manutenção
(cada 20 anos)
Vida útil
estimada
4 janelas de alumínio
50,00€
100,00€
350,00€
50 anos
4 janelas de madeira
100,00€
100,00€
350,00€
50 anos
4 janelas de PVC
50,00€
50,00€
350,00€
50 anos
Tabela 7 – Custos de manutenção das soluções de caixilharia estimados ao longo do ciclo de vida útil.
10
energético anual Eútil (kWh/ano), vem dado por:
Na Tabela 10 apresentam-se os resultados da avaliação económica
para as três soluções alternativas de caixilharia quando instaladas no
E útil .
Cu
PCI ×η
Cexp =
edifício apresentado. Estes resultados foram apurados através do
em que PCI é o poder calorífico inferior (apenas para o gás natural) e Cu
cálculo do Valor Actual do Custo Global de cada uma das soluções,
é o custo unitário do consumo.
entrando em conta com a soma de todos os custos significativos
Na Tabela 8 resumem-se as características dos dois sistemas de
(custos iniciais e custos futuros) que ocorrem num dado horizonte de
climatização considerados.
projecto de N anos, depois de devidamente ajustados ao tempo actual
ou presente (descontados):
Aquecimento
Parâmetros
Cu
η
PCI
Unidades
Arrefecimento
t=N
Gás Natural/Caldeira
(GN)
Electricidade/Bomba
de Calor (BC)
0,5437/m3
0,0988/kWh
-
0,9
3,0
kWh/m3
10,53
-
€
VA LCCA j = Ci +
∑
t=N
Cexp
t
t =1 (1 + d)
+
∑
t = N / 10
Cman 1
+
t
t =1 (1 + d)
∑
t =1
Cman 10
(1 + d) t ×10
t = N / 20
+
∑
t =1
Cman 20
(1 + d) t ×20
em que:
VA = Valor Actual; LCC Aj = Life Cycle Cost associado à alternativa Aj; Ci = Custo inicial; Cexp =
Custos de exploração anuais; Cman1= Custos de manutenção anuais; Cman10= Custos de
manutenção em cada 10 anos; Cman20= Custos de manutenção em cada 20anos; d = Taxa de
actualização real usada para ajustar os cash-flows para o valor actual (d=0,06); N =
períodotemporal (N=50 anos).
Tabela 8 – Características dos sistemas e das fontes de energia.
Como se verifica pelos resultados da Tabela 10, se o processo de
Com base nos valores da energia útil obtidos no balanço térmico das
decisão se basear na óptica do custo global que atenda aos custos
caixilharias [8], apresenta-se na Tabela 9 os custos de exploração
iniciais e futuros (custos de exploração e de manutenção), à semelhança
anuais para as quatro soluções alternativas de caixilharia para zona
da análise ambiental apresentada nas Tabelas 4 e 5, a escolha recairia
climática em estudo (Lisboa).
sobre os sistemas de caixilharia de PVC.
Janelas de alumínio
Parâmetros
Unidades
Janelas de madeira
Janelas de PVC
Vidro duplo 4/12/4
Eaquec
kWh/ano
-502,40€
-437,70€
Caquec
€/ano
-28,82€
-25,11€
-498,40€
-28,59€
Earref
kWh/ano
403,20€
365,20€
350,40€
Carref
€/ano
13,28€
12,03€
11,54€
Cexp (Caquec+Carref)
€
-15,54€
-13,08€
-17,05€
Tabela 9 – Custos de exploração das soluções de caixilharia para a zona climática de Lisboa (l1,V2).
Lisboa
Janelas de PVC
Janelas de madeira
Janelas de alumínio
1952,09€
2437,89€
3897,34€
Tabela 10 - Custo Global das várias soluções alternativas de caixilharia para a zona climática de Lisboa
11
7 CONCLUSÕES
Neste artigo foi efectuada uma Análise do Ciclo de Vida e uma
avaliação
económica para três sistemas de caixilharia alternativos de um fogo de
habitação localizado em Lisboa. O estudo mostrou que os sistemas de
caixilharia de PVC apresentam-se como a alternativa mais vantajosa do
ponto vista ambiental e económico, tendo em conta os seguintes aspectos:
- Do ponto de vista ambiental, a caixilharia de PVC é a que
apresenta menores consumos energéticos e menor quantidade de
emissões de CO2 ao longo de todo o ciclo de vida útil;
- Do ponto de vista económico, os sistemas de caixilharia de
PVC apresentam o menor custo global, assumindo-se como a escolha
mais adequada quando comparados com outros sistemas de
caixilharia alternativos, funcionalmente equivalentes.
12
REFERÊNCIAS
[1] SETAC - Society of Environmental Toxicology and Chemistry - Guidelines for Life-Cycle Assessment: A Code of Practice, SETAC, Bruxelas
(Bélgica), 1993.
[2] WBG – Aluminium Manufacturing. The World Bank Group, 2004. http://www.wbg.org
[3] Program for the Endorsement of Forest Certification (PEFC), http://www.certificationcanada.org
[4] Forest Stewardship Council (FSC), http//www.fscus.org
[5] PRé Consultants B.V. – SimaPro5 Life-Cycle Assessment Software Package, version 36. Plotter 12, 3821 BB Amersfoort, Holanda, 2001.
http://www.pre.nl
[6] Universitat Politècnica de Catalunya, Departament de Projectes d’Enginyeria, Laboratório de Modelización Ambiental – Estimación del consumo
energético y de la emisión de CO2 asociadas a la producción, uso y disposición final de ventanas de PVC, alumínio y madera, Barcelona, Abril 2005.
[7] EPA – About Brefs. Environmental Protection Agency, Dezembro 2004. http//www.epa.ie
[8] Gomes, João Ferreira – Sistemas de caixilharia de PVC: Um Contributo para a Qualidade e Sustentabilidade da Construção, Dissertação de Mestrado em Construção, IST – Instituto Superior Técnico, 2007.
[9] Lawrence Berkeley National Laboratory – EnergyPlus Engineering Document: The Reference to EnergyPlus Calculations, 2001.