Telhados frios: um estudo de envelhecimento natural, análise termoenergética em edifícios não climatizados e benefícios econômicos

Abstract

Telhados frios, isto é, coberturas com alta refletância solar, são uma estratégia passiva eficaz para melhorar o desempenho térmico e energético de edificações em climas quentes, mas seu desempenho diminui com o envelhecimento das superfícies. Além disso, é difícil quantificar os benefícios econômicos dessa técnica em edificações sem condicionamento de ar. Esta tese avalia a influência do envelhecimento natural e da restauração, feita por limpeza, sobre o desempenho térmico, energético e econômico de telhados frios e propõe um método para estimar seus benefícios em edificações sem ar-condicionado. Telhas de fibrocimento pintadas com oito tintas brancas comerciais, além da telha sem pintura, foram expostas por dois anos em Florianópolis, São Paulo e Manaus. A emitância térmica e a refletância solar foram medidas em laboratório nas condições nova, envelhecida e restaurada, após o primeiro e o segundo ano de exposição, e a absortância solar experimental foi comparada com a estimada pela ABNT NBR 15575-1. Os resultados alimentaram simulações de uma edificação residencial no EnergyPlus, e as diferenças de temperatura interna foram convertidas em carga térmica equivalente e, em seguida, em benefício econômico. A emitância variou pouco, entre 0,81 e 0,88, ao passo que a refletância solar foi fortemente afetada pelo envelhecimento, com a maior perda no primeiro ano de exposição, de até 40%. A limpeza recuperou parte expressiva da refletância, em alguns casos, até o valor inicial, mas de forma desigual entre as tintas. O desempenho também variou entre os produtos: a tinta 3 apresentou o resultado mais favorável e a tinta 8, o menos favorável, o que mostra que uma cobertura branca não garante desempenho equivalente. Em Manaus, o benefício econômico equivalente chegou a R$ 9,55/m² por ano para as amostras novas, valor que representa uma estimativa associada à redução da carga térmica, e não uma economia direta na conta de energia. Conclui-se que a avaliação de telhados frios deve considerar a estabilidade da refletância ao longo do tempo e a manutenção da cobertura.

Abstract: Cool roofs, that is, roofs with high solar reflectance, are an effective passive strategy for improving the thermal and energy performance of buildings in hot climates, but their performance declines as surfaces age. In addition, the economic benefits of this technique are difficult to quantify in buildings without air conditioning. This thesis evaluates the influence of natural aging and of restoration by cleaning on the thermal, energy, and economic performance of cool roofs, and proposes a method for estimating their benefits in buildings without air conditioning. Fiber cement tiles coated with eight commercial white paints, along with an uncoated tile, were exposed for two years in Florianópolis, São Paulo, and Manaus. Thermal emittance and solar reflectance were measured in the laboratory in the new, aged, and restored conditions, after the first and second years of exposure, and the experimental solar absorptance was compared with the value estimated by the Brazilian standard ABNT NBR 15575-1. The results were used as inputs for EnergyPlus simulations of a residential building, and the differences in indoor temperature were converted into an equivalent thermal load and then into an economic benefit. Emittance varied little, between 0.81 and 0.88, whereas solar reflectance was strongly affected by aging, with the largest loss, of up to 40%, occurring in the first year of exposure. Cleaning recovered a substantial share of the lost reflectance, in some cases back to the initial value, but unevenly across paints. Performance also differed among products: paint 3 gave the most favorable result and paint 8 the least favorable, which shows that a white coating does not guarantee equivalent performance. In Manaus, the equivalent economic benefit reached R$ 9.55/m² per year (about US$1.83/m² per year) for new samples, a figure that is an estimate tied to the reduction in thermal load rather than a direct saving on the electricity bill. The study concludes that cool roof assessments should account for the stability of reflectance over time and for roof maintenance.