Coberturas verdes e conforto térmico no último piso

Num edifício de vários pisos, a cobertura é a parte da envolvente que mais sol recebe no verão. Ao meio-dia, com o sol quase a pino, uma cobertura plana escura pode passar dos 50 °C à superfície, e esse calor atravessa a laje durante a tarde e a noite. É por isso que o último piso é, quase sempre, o mais quente do edifício.

Uma cobertura verde muda esta situação de forma mensurável. Este artigo explica como, com números de estudos publicados em climas mediterrânicos, e onde o efeito é maior.

O que acontece à superfície da cobertura

Em Catânia, no sul de Itália, uma equipa da universidade local comparou durante cerca de uma semana de verão uma cobertura existente, em terraço com revestimento cerâmico e sem isolamento térmico, com um protótipo de cobertura verde extensiva com 15 cm de substrato, no mesmo edifício. Os resultados medidos são claros:

Habitação com cobertura extensiva. Diepengaerde, Valkenburg, Países Baixos. Imagem: Nophadrain.

	Cobertura existente	Cobertura verde
Temperatura máxima à superfície exterior	56,3 °C	28,6 °C
Variação diária da temperatura à superfície	33,2 °C	5,6 °C

Fonte: Gagliano et al., Universidade de Catânia, medições de verão.

A superfície da cobertura verde ficou quase 28 °C mais fresca no pico e oscilou seis vezes menos ao longo do dia. Na simulação numérica do mesmo estudo, a temperatura máxima da face interior da laje desceu de 36,2 °C na cobertura existente para 25,9 °C com a cobertura verde.

Uma variação diária mais pequena tem duas vantagens: o calor que chega ao interior é menor e chega mais tarde, e a laje deixa de sofrer o ciclo diário de aquecimento e arrefecimento.

O mesmo se mediu em consumo de energia. Num dos ensaios de campo de referência, no National Research Council do Canadá, em Otava, uma cobertura dividida em duas metades iguais, uma extensiva e outra de referência com acabamento betuminoso, permitiu comparar a energia necessária para climatizar o espaço por baixo. No verão, a procura média diária passou de 6,0 a 7,5 kWh na metade de referência para menos de 1,5 kWh na metade verde, uma redução de mais de 75%. O clima de Otava é muito diferente do português, mas o mecanismo é o mesmo, e os estudos mediterrânicos apontam no mesmo sentido.

Três mecanismos que se somam

1. Sombra. As folhas intercetam a radiação solar antes de ela chegar ao substrato. Quanto mais densa a vegetação, maior a sombra. É a razão pela qual uma cobertura bem coberta de plantas funciona melhor do que uma com falhas.

Sedum ao fim da tarde. Hospital Laurentius, Roermond, Países Baixos. Imagem: Nophadrain.

2. Evapotranspiração. A água que evapora do substrato e transpira pelas folhas consome energia que, de outro modo, aqueceria a cobertura. É o mesmo mecanismo que torna a sombra de uma árvore mais fresca do que a de um toldo. Depende de haver água disponível no substrato.

3. Massa e resistência térmica do substrato. Um substrato húmido tem uma capacidade térmica elevada: absorve calor durante o dia e liberta-o devagar, o que amortece e atrasa a onda de calor diária. Acrescenta pouca resistência térmica, e menos ainda quando está molhado, como se vê mais abaixo.

Um estudo em Lisboa, numa sala técnica da Fundação Calouste Gulbenkian sob uma cobertura ajardinada com laje de betão sem isolamento, mostra como estes mecanismos pesam em estações diferentes. Os autores verificaram que as necessidades de arrefecimento dependem sobretudo do índice de área foliar, ou seja, da densidade da vegetação, através da sombra e da evapotranspiração, e que as necessidades de aquecimento dependem sobretudo da espessura do substrato. Na análise de sensibilidade, reduzir o substrato de 1,0 m para 0,1 m aumentou as necessidades de aquecimento até 140%, e uma vegetação pouco densa aumentou as de arrefecimento até 365%. A rega teve maior influência no consumo anual quanto menores eram as dotações, o que mostra o peso da água no clima de Lisboa. As espessuras deste estudo, até 1,0 m, são de coberturas intensivas.

O que dá cada tipo de cobertura, segundo as simulações de Lisboa

Uma dissertação do Instituto Superior Técnico (IST), que deu origem a um artigo publicado em 2016, simulou cinco coberturas sobre a mesma sala técnica da Gulbenkian, com um modelo testado em coberturas monitorizadas em Lisboa. A sala só troca calor pela cobertura, o que isola o efeito desta:

Cobertura	Necessidades de aquecimento e arrefecimento, sem isolamento (kWh/m²·ano)	Com 8 cm de poliestireno extrudido, XPS (kWh/m²·ano)
Membrana escura (albedo 0,2)	93,1	28,9
Membrana branca (albedo 0,6)	73,7	22,6
Extensiva (25 cm de substrato)	72,7	30,4
Semi-intensiva (35 cm)	39,1	20,2
Intensiva (70 cm)	26,7	16,3

Fonte: Silva, M. (2014), IST, quadro 5; Silva, Gomes & Silva (2016).

Três leituras ressaltam do quadro:

• os grandes ganhos energéticos vêm das coberturas com muito substrato e muita folhagem: sem isolamento, a semi-intensiva e a intensiva reduzem as necessidades para menos de metade das de uma membrana escura;
• a extensiva fica ao nível de uma cobertura branca quando não há isolamento, e ligeiramente acima da membrana escura quando há 8 cm de XPS, porque perde a vantagem no arrefecimento;
• com isolamento, as diferenças estreitam-se para todas as coberturas.

A extensiva simulada tinha 25 cm de substrato, mais do que as extensivas correntes, de 8 a 15 cm. Na conclusão, o autor indica poupanças de 22 % na sala técnica e de cerca de 1 % nos outros dois espaços estudados, mais expostos ao exterior, com uma extensiva sobre uma cobertura escura sem isolamento. Uma extensiva sobre uma laje já isolada justifica-se sobretudo pela água, pela proteção da laje, pelo microclima e pela biodiversidade; o argumento energético forte é o das semi-intensivas e intensivas, e o das coberturas sem isolamento.

Onde o ganho é maior

O efeito de uma cobertura verde no interior depende muito do que está por baixo dela.

Coberturas verdes inclinadas numa escola. Onze Droomschool, Dordrecht, Países Baixos. Imagem: Nophadrain.

No último piso. Num jardim de infância em Atenas com uma cobertura verde experimental, Santamouris e colegas estimaram reduções da carga de arrefecimento no verão entre 6% e 49% para o edifício inteiro e entre 12% e 87% no último piso. Os intervalos são largos porque variam com as condições de cálculo, mas a diferença entre o edifício e o último piso mostra onde o benefício se concentra: nas divisões que estão diretamente sob a cobertura.

Em coberturas pouco isoladas. A revisão de Castleton e colegas sobre a poupança de energia com coberturas verdes concluiu que os edifícios mais antigos, com pouco isolamento, são os que mais beneficiam, e que num edifício novo bem isolado o efeito no consumo anual de energia é reduzido. Os estudos de Catânia e de Lisboa referidos acima foram, aliás, feitos sobre lajes sem isolamento.

Para Portugal, isto aponta para a reabilitação. Muitos edifícios anteriores às primeiras exigências de isolamento térmico têm coberturas planas pouco ou nada isoladas, com o último piso a sobreaquecer no verão. Nesses edifícios, a cobertura verde baixa a temperatura da laje e o sobreaquecimento do último piso. A dimensão do ganho depende da espessura de substrato que a estrutura aceita: grande nas semi-intensivas e intensivas, mais modesta nas extensivas, como mostra o quadro de Lisboa. Ver cobertura extensiva, que é muitas vezes a única compatível com a estrutura existente, e extensiva, semi-intensiva ou intensiva.

Num edifício novo, bem isolado, a laje já recebe pouco calor através do isolamento e o ganho no consumo é menor. Mantêm-se, ainda assim, a temperatura baixa e estável à superfície, a proteção da laje contra os ciclos térmicos e os benefícios fora do edifício, como a redução da ilha de calor urbana.

E no inverno?

No inverno o efeito é modesto. No ensaio de Otava, a cobertura verde foi mais eficaz a reduzir os ganhos de calor do que as perdas. No estudo de Atenas, o efeito sobre as cargas de aquecimento foi considerado insignificante, o que os autores apresentam como uma vantagem, porque muitas medidas que reduzem o arrefecimento aumentam o aquecimento.

Um ensaio em Lérida, na Catalunha, mostra o limite do que uma cobertura verde faz sozinha. Em três cubículos idênticos, a cobertura de referência tinha isolamento convencional e, nos outros dois, o isolamento foi substituído por uma cobertura verde extensiva de 9 cm. Nos períodos quentes, o consumo da bomba de calor foi 16,7% e 2,2% menor nos cubículos com cobertura verde. Nos períodos de aquecimento, foi 6,1% e 11,1% maior.

O substrato também isola pouco, sobretudo no inverno, quando está molhado. Nos ensaios da Universidade de Coimbra, a condutibilidade térmica do substrato saturado ficou entre 0,21 e 0,29 W/m·°C, cerca de três vezes a do substrato seco: 10 cm de substrato saturado equivalem a cerca de 1,4 a 1,9 cm de isolamento, e em câmara bioclimática o substrato perdeu parte do poder isolante quando molhado. Numa dissertação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, com o cálculo para o Porto e um valor estrangeiro para o substrato húmido, 8 cm equivaleram a cerca de 0,6 cm. Por isso, no cálculo regulamentar o substrato despreza-se, como se explica no artigo sobre a certificação energética.

A conclusão prática é que a cobertura verde complementa o isolamento, não o substitui. A combinação natural é a cobertura verde sobre uma cobertura isolada, em cobertura tradicional ou em cobertura invertida; para esta última existem camadas drenantes perfuradas que deixam o isolamento secar.

O que conta no projeto

Para que o efeito de verão se verifique de facto, alguns pontos fazem a diferença:

Cobertura extensiva em flor. Solitair & Spoorblok, Utreque, Países Baixos. Imagem: Nophadrain.

• Cobertura vegetal densa e contínua. O índice de área foliar é o fator dominante no arrefecimento. Convém escolher espécies adaptadas ao clima local e assegurar uma boa taxa de cobertura desde o início.
• Água no substrato durante o verão. No clima de Portugal, sem rega o substrato seca e a evapotranspiração para precisamente quando é mais necessária. O guia técnico da ANCV recomenda rega automática no clima mediterrânico, pelo menos durante o estabelecimento das plantas. Camadas drenantes com reserva de água e elementos de retenção com retorno por capilaridade prolongam a disponibilidade de água. Ver rega e coberturas de retenção.
• Espessura de substrato. Mais substrato traz mais massa térmica, mais água armazenada e plantas maiores, mas também mais carga. A escolha é um equilíbrio com a estrutura.
• Isolamento térmico. Nos edifícios existentes, a reabilitação da cobertura é a ocasião para juntar o isolamento e a cobertura verde numa só intervenção.

Os sistemas Nophadrain para coberturas extensivas incluem variantes para cobertura invertida e para menores espessuras de substrato. Ver a página do sistema extensivo e, sobre o funcionamento das camadas, como funciona.

Próximo passo

Numa reabilitação, o ponto de partida é conhecer a laje existente: constituição, isolamento e capacidade de carga. A partir daí escolhe-se o sistema e a vegetação. A archiroof dá apoio ao projeto nessa escolha.

Fontes

• Gagliano, A., Nocera, F., Detommaso, M., Evola, G. (2016). Thermal behavior of an extensive green roof: numerical simulations and experimental investigations. International Journal of Heat and Technology, 34 (Special Issue 2), S226–S234. PDF, Universidade de Catânia
• Gomes, M. G., Silva, C. M., Valadas, A. S., Silva, M. (2019). Impact of vegetation, substrate, and irrigation on the energy performance of green roofs in a Mediterranean climate. Water, 11(10), 2016. mdpi.com/2073-4441/11/10/2016
• Silva, M. F. R. (2014). Green roof energy simulation. Resumo alargado da dissertação de mestrado em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico. fenix.tecnico.ulisboa.pt
• Silva, C. M., Gomes, M. G., Silva, M. (2016). Green roofs energy performance in Mediterranean climate. Energy and Buildings, 116, 318–325. doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.01.012
• Albino, P. F. D. V. (2020). Importância do substrato no comportamento higrotérmico das coberturas verdes. Dissertação de mestrado integrado, Universidade de Coimbra, tabela 10. hdl.handle.net/10316/90138
• Coelho, K., et al. (2023). Experimental characterisation of different ecological substrates for use in green roof systems. Sustainability, 15(1), 575. doi.org/10.3390/su15010575
• Leal, M. F. P. (2019). Conceção, especificação e pormenorização de coberturas verdes. Dissertação de mestrado em Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, secção 3.5. hdl.handle.net/10216/121993
• Almeida, R., Simões, N., Tadeu, A., Palha, P., Almeida, J. (2019). Thermal behaviour of a green roof containing insulation cork board. An experimental characterization using a bioclimatic chamber. Building and Environment, 160, 106179. doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106179
• Santamouris, M., Pavlou, C., Doukas, P., Mihalakakou, G., Synnefa, A., Hatzibiros, A., Patargias, P. (2007). Investigating and analysing the energy and environmental performance of an experimental green roof system installed in a nursery school building in Athens, Greece. Energy, 32(9), 1781–1788. ideas.repec.org
• Castleton, H. F., Stovin, V., Beck, S. B. M., Davison, J. B. (2010). Green roofs; building energy savings and the potential for retrofit. Energy and Buildings, 42, 1582–1591. doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.05.004
• Liu, K., Baskaran, B. (2003). Thermal performance of green roofs through field evaluation. National Research Council of Canada, NRCC-46412. In Proceedings of the 1st North American Green Roof Infrastructure Conference, Chicago, 1–10. Registo NIST FireDOC
• Greenroofs.com. The Field Roofing Facility, NRCC: valores de procura diária de energia, segundo o NRC. greenroofs.com
• Coma, J., Pérez, G., Solé, C., Castell, A., Cabeza, L. F. (2016). Thermal assessment of extensive green roofs as passive tool for energy savings in buildings. Renewable Energy, 85, 1106–1115. ideas.repec.org
• Associação Nacional de Coberturas Verdes (ANCV). Coberturas Verdes: Guia Técnico para Projeto, Construção e Manutenção, 1.ª ed., 2024, secção 3.2.1. greenroofs.pt/pt/guia-tecnico