Abordagem dinâmica no estudo microclimático em edifícios históricos

24_29

a investigação ao serviço do mercado abordagem dinâmica no estudo microclimático em edifícios históricos Hugo Entradas Silva1, Fernando M. A. Henriques2 1 Doutorando em Engenharia Civil, DEC-FCT-UNL 2 Professor Catedrático, DEC-FCT-UNL

1. INTRODUÇÃO “Os monumentos de um povo, portadores de uma mensagem do passado, são um testemunho vivo das suas tradições seculares” Carta de Veneza, 1964 A conservação do património histórico tem vindo a ser assumida como bandeira nacional e internacional ao longo das últimas décadas. Contudo, as questões relacionadas com o ambiente interior de edifícios de relevo histórico e cultural têm demorado a assumir o papel preponderante que justificam. Apesar de terem sido realizados vários estudos ao longo das últimas décadas e de diversas especificações terem sido elaboradas, sobretudo nos países mais frios do centro e norte da Europa e América do Norte, em Portugal esta é ainda uma área que tem merecido pouca atenção. Os trabalhos académicos que têm sido realizados baseiam-se sobretudo na adoção de valores ideais retirados de estudos feitos em contextos climáticos diversos, que poderão ou não ser aceitáveis num clima como o nosso. Torna-se, por isso, importante o estudo do comportamento de edifícios históricos em climas temperados, para os quais a bibliografia existente é muito escassa. O estudo microclimático em edifícios históricos tem sofrido uma grande evolução, com alterações significativas de paradigmas e

24

CONSTRUÇÃO MAGAZINE 65

JANEIRO/FEVEREIRO 2015

novas metodologias que surgem ao ritmo do aparecimento de novos estudos. Garry Thomson aparece como o primeiro grande autor a dedicar-se ao estudo do clima interior em museus, tendo definido alguns valores alvo, de modo a garantir uma correta conservação dos objetos presentes no seu interior [1][2]. Várias abordagens têm sido seguidas desde então. Inicialmente, a busca por valores exatos que garantissem ambientes ideais foi intensa, principalmente para o caso da humidade relativa, com a realização de vários ensaios e a consequente publicação de especificações ou teorias, tendo-se atingido um forte consenso em torno do valor de 50% de humidade relativa. Com o passar dos anos e o aumento do conhecimento o tema sofreu importantes desenvolvimentos. A busca de valores ideais foi substituída pela procura de intervalos sustentáveis, mas ainda com a preocupação de garantir a correta conservação dos materiais. Vários valores foram definidos, não só para limitar as variações sazonais, mas também para os ciclos diários. No quadro 1 é possível observar, a título de exemplo, os valores definidos pela norma italiana UNI 10829 [3]. Apesar de a abordagem focada nas necessidades individuais dos materiais poder parecer correta e inequívoca, apresenta algumas lacunas que tiveram de ser ultrapassadas, principalmente devido ao facto de os valores

alvo serem definidos em laboratório e para materiais específicos e não recriarem as condições às quais os artefactos se adaptam quando expostos a determinados ambientes por longos períodos. O facto de, em muitos casos, os artefactos de valor artístico serem compostos por vários materiais com diferentes coeficientes de dilatação e tempos de relaxação, corrobora também esta ideia, pois os valores exatos adequados para uma camada podem ser prejudiciais para outra. Nos últimos anos o paradigma sofreu importantes alterações e começaram a definir-se intervalos alvo com base no microclima histórico ocorrido em cada edifício, abandonando-se a procura por valores perfeitos e adequados a todos os climas. Esta abordagem não visou, contudo, descredibilizar os estudos e resultados do passado, uma vez que continuam a ser muito utilizados, por exemplo para exposições temporárias. As especificações mais recentes assentam no pressuposto de que se um determinado material ou artefacto vive por um longo período (mais de 1 ano) sob influência de determinadas condições, acaba inevitavelmente por se adaptar e sofrer alterações, por exemplo através da abertura de fendas ou de deformações permanentes. Este processo adaptativo designa-se aclimatização. Caso um material tenha sido aclimatizado e se procure alterar o seu microclima histórico, mesmo que para os valores considerados como ótimos, corre-se

> Quadro 1:Intervalos ideais e ciclos diários de temperatura (ΔT) e humidade relativa (ΔHr) para vários materiais segundo a norma UNI 10829 [3].

T [ºC]

DT [ºC]

Hr [%]

DHr [%]

Artefactos de cartão

18 a 22

1.5

40 a 55

6

Tecidos, cortinas, tapetes, trajes religiosos, materiais feitos com fibras naturais, sisal

19 a 24

1.5

30 a 50

6

Roupas e artefactos em couro

19 a 24

1.5

45 a 60

6

Pinturas em tela, pinturas a óleo, têmpera e guache

19 a 24

1.5

40 a 55

6

Arquivos em papel ou pergaminho, papiros, manuscritos, livros impressos, coleções de selos

13 a 18

–

50 a 60

5

Encadernações em couro ou pergaminho

19 a 24

1.5

45 a 55

6

Esculturas policromadas de madeira, madeira pintada, relógios de madeira, instrumentos musicais de madeira

19 a 24

1.5

50 a 60

4

Esculturas de madeira sem pintura, cestaria, painéis de madeira ou casca

19 a 24

1.5

45 a 60

4

Pedra, rochas, minerais, meteoritos (porosos) estáveis

19 a 24

-

40 a 60

6

Pinturas murais, frescos

10 a 24

-

55 a 65

-

Marfim, chifres, coleções de conchas, ossos, corais

19 a 24

1,5

40 a 60

6

Material

o risco causar danos permanentes. Exemplos importantes desta abordagem dinâmica são a especificação ASHRAE [4] e a norma europeia EN 15757 [5], amplamente utilizadas nos dias correntes. No quadro 2 é possível observar, de forma resumida, a evolução do estudo do microclima em edifícios de relevo histórico, bem como os valores por si definidos e os respetivos pressupostos. Apesar de toda a informação e especificações existentes, é ainda possível encontrar, em muitos casos, abordagens erradas, focadas no conforto dos visitantes, sob o argumento de existir a necessidade de agradar às pessoas que se deslocam aos museus, exposições e igrejas. Repare-se que, ao dar prevalência às

> Quadro 2:Resumo das especificações internacionais desde a década de 1970 para a temperatura e humidade relativa do ar [1]

Fonte ou instituição

Garry Thomson (1978)

National Trust (1994)

ASHRAE (1999/2007)

National Trust (2006)

European standard EN 15757 (2010)

Valor ideal

Ciclos Sazonais

Flutuações de curta duração

Observações

T: 19˚C (inverno) até 24˚C (verão) Hr: 50 a 55%

–

Hr: ±5%

Classe 1: Apropriado para grandes museus nacionais, e para novos museus importantes

T: De modo a estabilizar a Hr; Hr: 40 a 70%

–

Classe 2: Procura evitar perigos graves e ao mesmo tempo manter os custos de controlo ambiental em valores mínimos. Adequado para edifícios históricos e igrejas, por exemplo

T: 5 a 22ºC; Hr: 58%

Hr: 50 a 65% (nível 1) Hr: 40 a 75% (nível 2)

A estratégia recomendada envolve a manutenção de Hr a um nível tão constante quanto possível, principalmente pelo controlo da temperatura

T: 15ºC a 25ºC; Hr: 50% ou a média anual

T: 5 a 22ºC; Hr: 50 a 65

T: SE(2); Hr: Média anual

T: ±5ºC; Hr: SV(1)

T: ±2ºC; Hr: ±5%

A: T: +5ºC; -10ºC; Hr: ±10%

T: ±2ºC; Hr: ±5%

A: T: +5ºC; -10ºC; Hr: SV(1)

T: ±2ºC; Hr: ±10%

T: +10ºC; 30ºC; Geralmente < 25ºC; Hr: 25 a 75 %

Classe C – Alto risco de danos mecânicos nos artefactos de alta vulnerabilidade; risco moderado para a maioria das pinturas

Hr: 1

horizontais verdes os máximos e mínimos valores sustentáveis experimentados pelo interior da igreja. Para além da definição dos valores desejados, a observação da figura 1, com a sua divisão por estações sazonais, permite ainda uma breve análise ao clima interior. Relativamente à temperatura (a), verificam-se valores mínimos no inverno e máximos no verão, como seria de esperar. Torna-se importante destacar que o valor mínimo ocorre apenas numa fase adiantada do inverno e o valor máximo no final do verão, o que exemplifica de forma clara o comportamento evidenciado por edifícios de elevada inércia térmica. No que respeita à humidade relativa (figura 1.b)) é possível encontrar os valores máximos no inverno e primavera e os valores mínimos no verão. Através de uma análise conjunta com a temperatura, e sabendo que a humidade relativa varia em função da temperatura e humidade absoluta, constata-se que os valores máximos obtidos no inverno estão diretamente relacionados com as baixas temperaturas registadas. No verão verifica-se exatamente o inverso, com a temperatura a exercer o papel predominante na variação em baixa da humidade relativa. Contudo, durante a primavera, e quando as temperaturas se encontram em franca ascensão, a humidade relativa apresenta valores acima da média, o que se justifica com o normal acréscimo de humidade absoluta exterior que normalmente ocorre na primavera.

COMPARAÇÃO DE VALORES E ABORDAGENS A norma EN 15757, com o seu método de análise dinâmico, não define valores fixos, mas apenas móveis, em torno do ciclo sazonal verificado no interior do edifício. Contudo, para facilitar a análise e comparação, definiram-se os limites máximo e mínimo como os valores a utilizar. Esta simplificação não contraria os pressupostos da norma, dado que se assume que um material que tenha estado condicionado numa determinada situação deverá ser estável se ela se repetir. Desta forma, e a com o intuito de simplificar a comparação, utilizaram-se os valores extremos dos limites sustentáveis de temperatura e humidade relativa e compararam-se com os intervalos definidos pela classe 2 de Thompson com os valores definidos para objetos com base em madeira segundo a norma italiana UNI 10829 e com os intervalos adotados pela National Trust em 2006. No quadro 3 podem

> Quadro 3:Intervalos sustentáveis de temperatura e humidade relativa segundo as quatro abordagens em análise.

Origem

T [ºC]

Hr [%]

12 a 25.7

40 a 70

UNI 10829 [3]

19 a 24

30 a 50

National Trust (2006) [1]

5 a 22

50 a 65

EN 15757 [5]

12.4 a 25.7

49.2 a 78.6

Classe 2 – Garry Thomson [2]

encontrar-se os quatro conjuntos de valores. A classe 2 definida por Thomson destina-se a edifícios históricos como igrejas, daí a sua escolha. Esta classe especifica o intervalo alvo de humidade relativa e possibilita que a temperatura varie, desde que mantenha os valores de humidade relativa dentro dos intervalos definidos. De modo a obter os valores sustentáveis para a temperatura, manteve-se a humidade absoluta verificada e limitou-se a humidade relativa ao intervalo exigido, alcançando-se assim os valores de temperatura que, de acordo com a humidade absoluta presente, garantem a humidade relativa desejada. Na figura 2 é possível observar a disposição dos pares de temperatura e humidade relativa obtidos ao longo do ano de 2012 e com registos a cada 10 minutos, com os limites sustentáveis impostos pela norma EN 15757. As linhas a vermelho representam os limites de humidade relativa e a azul encontram-se os limites para a temperatura. É ainda possível verificar a percentagem dos pontos que se encontram no interior dos referidos intervalos. A este valor percentual, que representa uma frequência e permite comparar as quatro diferentes abordagens, atribuiuse a designação de índice de comportamento microclimático, ou simplesmente “ICM”. Adotou-se o mesmo procedimento para os restantes casos e na figura 3 é possível comparar a frequência com que os intervalos sustentáveis são cumpridos através das manchas coloridas. A cor verde representa a norma EN 15757, a vermelha a especificação de 2006 da

> Figura 1: Intervalos sustentáveis de temperatura (a) e humidade relativa (b) de acordo com a norma EN 15757 [5]. A cinzento encontram-se os registos efetuados a uma altura de 3.90 m junto ao púlpito norte, a preto o ciclo sazonal, a linha horizontal (no caso da humidade relativa) representa a média anual, as linhas azuis os intervalos sustentáveis e as linhas horizontais verdes os máximos e mínimos valores sustentáveis.

JANEIRO/FEVEREIRO 2015

CONSTRUÇÃO MAGAZINE 65

27

a investigação ao serviço do mercado

29

29

26

26

23

23

Temperatura [ºC]

Temperatura [ºC]

[5]

ICM = 96.8%

20 17

[3] 20 17

14

14

11

11

8

[2]

[1]

8 30

40

50

60

70

80

90

30

40

Humidade Relativa [%]

50

60

70

80

90

Humidade Relativa [%]

>2

>3

National Trust, a amarela a norma UNI 10829 e a azul a classe 2 de Thomson. No quadro 4 podem-se observar os respetivos ICM. Para analisar o risco associado a cada ICM sentiu-se a necessidade de classificar o clima interior com base neste índice. Para tal utilizou-se como base uma classificação sugerida por S. Corgnati [10] aquando da definição de uma metodologia de génese análoga à anteriormente indicada, ajustada sobretudo com base na norma EN 15757, sendo possível encontrar a versão final no quadro 5. Posto isto, os limites definidos pela abordagem dinâmica defendida na norma EN 15757 permitiram classificar o ambiente interior com a classe A, enquanto os limites definidos pela classe 2 de Thomson permitiriam apenas obter a classificação C, com as restantes abordagens a classificarem o ambiente interior como de alto risco. Verifica-se que, quando se pretenda aplicar um determinado valor estático, que muitas vezes pode ter sido alcançado em laboratório para cumprir os requisitos de um determinado material ou tendo em conta climas diferentes, pode-se estar a divergir das necessidades reais do edifício em estudo e dos objetos que abrigue. Muitas vezes pode cair-se no erro de

utilizar valores predefinidos, pela sua facilidade e menor morosidade de processos, o que, por exemplo no caso corrente, levaria sem à implantação de sistemas mecânico de controlo ambiental, situação que provocaria uma enorme entropia a um sistema já de si estável e incrementaria o risco de perda total dos objetos que se aclimatizaram ao longo do tempo.

Com base nos resultados descritos, constatase, de forma clara e inequívoca, a necessidade de recorrer a monitorizações de longa duração para um correto conhecimento do comportamento higrotérmico dos edifícios e afastar a utilização de valores que poderão ser adequados noutros contextos, mas que podem comprometer as reais necessidades dos objetos em panoramas diversos.

> Quadro 4:Níveis de ICM para as diferentes abordagens analisadas.

Origem

ICM [%]

Classe 2 – G. Thomson

83.4

UNI 10829

9.9

National Trust (2006)

30.1

EN 15757

96.8

> Quadro 5:Níveis de ICM para as diferentes abordagens analisadas.

Classe

ICM [%]

A

≥ 90

B

≥ 86

C

≥ 76

Perigo

≤76

CONCLUSÕES A análise dos resultados permitiu concluir, em primeira instância, a necessidade de efetuar uma monitorização cuidada ao microclima interior dos edifícios que se pretendam estudar ou onde se pretendam efetuar alterações, permitindo depois concluir das vantagens inerentes a uma análise dinâmica e focada nas condições passadas face à adoção de valores padrão, que podem ter sido determinados em condições distintas e sob diferentes objetivos, como por exemplo a conservação individual de determinados materiais. Estes valores predefinidos podem conduzir a conclusões erradas, originando microclimas inadequados e, consequentemente, provocar alterações danosas.

> Figura 2: Dispersão dos pares temperatura/humidade relativa registados a cada 10 minutos e os limites de temperatura (a azul) e humidade relativa (a vermelho) segundo a norma EN 15757 [5] e o ICM associado. > Figura 3: Dispersão dos pares temperatura/humidade relativa e comparação entre os intervalos de segurança para os quatro métodos utilizados.

28

CONSTRUÇÃO MAGAZINE 65

JANEIRO/FEVEREIRO 2015

PUB

A análise dinâmica baseada na norma EN 15757 destina-se a edifícios de elevada importância histórica e cultural, onde o conforto humano não seja um fator preponderante, e apesar de poder ser utilizada em climas controlados ou não, reforça-se a sua importância para a análise de microclimas interiores naturais, podendo, se absolutamente necessário, esses valores serem assumidos como padrão para a projeção de sistemas de climatização. Contudo, este método não deve ser seguido cegamente, pois se as suas vantagens são claras para edifícios históricos onde os objetos tenham permanecido por vários anos sob determinadas condições, a sua aplicação em museus ou galerias que recebam frequentemente exposições temporárias pode ser catastrófica, pois é comum que as coleções mais importantes sejam mantidas sob condições constantes e com critérios de controlo apertado. Quando estes valores não acompanhem

determinada coleção, é importante estudar o seu passado e verificar as suas necessidades, pois pode ser necessário alterar localmente as condições ambientes para não criar risco de dano aos objetos. O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito do projeto PTDC/ECM-COM/3080/2012 financiado pela FCT/MEC.

REFERÊNCIAS [1] Bratasz, L., – Allowable microclimatic variations in museums and historic buildings: reviewing the guidelines, Climate for Collections-Standards and Uncertainties. Postprints of the Munich Climate Conference 7 to 9 November 2012 (2013). [2] Thomson, G., – The Museum Environment, 2nd edn, Butterworth-Heinemann, London (1986) 268–269. [3] UNI 10829, Beni di interesse storico e artistico – Condizioni ambientali di conservazione - Misurazione ed analisi (1999). [4] American Society of Heating, Refrigeration and AirConditioning Engineers, ‘Museums, galleries, archives

and libraries’, in ASHRAE Handbook – HVAC Applications, ed. M.S. Owen, ASHRAE Inc, Atlanta (2007) 21.1–21.23. [5] EN 15757:2010, Conservation of Cultural Property – Specifications for temperature and relative humidity to limit climate-induced mechanical damage in organic hygroscopic materials, European Committee for Standardization, Brussels (2010). [6] Silva, H.E., – Avaliação do clima interior de uma igreja em Lisboa. Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil. Monte de Caparica, FCT/UNL (2012). [7] Atlas Climático Ibérico – Temperatura do ar e precipitação (1971-2000). Agência Estatal de Meteorologia; Ministério de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, Instituto de Meteorologia de Portugal (2011). [8] Monsalve, M., – Parish Church of São Cristóvão. Inventory and diagnosis report (in Portuguese), Lisbon (2011). [9] Bratasz, L., Camuffo, D., Kozłowski, R., – Target microclimate for preservation derived from past indoor conditions, in: Contributions to the Museum Microclimates Conference, ed. T. Padfield and K. Borchersen, The National Museum of Denmark, Copenhagen 129–134 (2007). [10] Corgnati, S. P., Fabi, V., Filippi, M. – A methodology for microclimatic quality evaluation in museums: application to a temporary exhibit. Building and Environment, 44:1253–1260 (2009). [11] Silva, H.E., Henriques, F.M.A. - Microclimatic analysis of historic buildings: A new methodology for temperate climates. Building and Environment, 82:381-387 (2014).

Inovação é

quando o conforto começa logo na instalação.

Schlüter®-DITRA-HEAT-E O inovador sistema para a climatização eléctrica do piso não se limita a aquecer de uma forma muito rápida e eficiente como exactamente onde é necessário. E graças ao desacoplamento conjunto com a tecnologia DITRA comprovada, tal se torna mesmo possível sobre bases críticas. Prático para o instalador: os fios de aquecimento são simplesmente encaixados entre os cones. Isto é extremamente rápido e muito fácil.

Schlüter ®-DITRA-HEAT-E. Confie no original.

www.schluter.pt

JANEIRO/FEVEREIRO 2015

CONSTRUÇÃO MAGAZINE 65

29