1

1.MICROCLIMATUL INTERIOR AL UNEI CLĂDIRI

1.1. Importanţa realizării confortului termic

Confortul termic este definit de standardul ISO 7730:2005 ca fiind acea stare a minţii care exprimă satisfacţie în raport cu mediul înconjurător. Confortul termic se referă la suma de condiţii ale mediului înconjurător, în cadrul cărora percepţia mentală şi fizică este de confort, fără eforturi din partea organismului pentru compensarea termică. Din punct de vedere al studiului noţiunii de confort termic, se urmăreşte răspunsul uman la impactul climatic (O’Callaghan, P.W., 1978) Datorită faptului că majoritatea oamenilor îşi petrece mai mult de 70% în clădiri (incinte închise), realizarea şi menţinerea confortului termic reprezintă sarcinile de bază pentru inginerii specialişti în microclimat interior. Clădirile de locuit şi cele din sectorul terţiar trebuie să asigure posibilitatea efectuării în condiţii optime a muncii fizice, cele intelectuale, a recreării, odihnei, în general a activităţilor pentru care sunt destinate clădirile respective cu o eficienţă energetică ridicată.

Clădirile, indiferent de destinaţia lor, sunt mari consumatoare de energie şi în acelaşi timp oferă oportunităţi mari pentru ridicarea eficienţei energetice, problemă de mare actualitate în actualul context mondial. Îmbunătăţirea eficienţei energetice atrage după sine şi reducerea facturii energetice, o cerinţă foarte importantă din punct de vedere economic.

Din cele enunţate mai sus rezultă că microclimatul interior al unei clădiri trebuie să fie rezultatul unei optimizări multicriteriale, având în vedere atât confortul termic cât şi economia de energie.

1.2. Noţiuni introductive de confort termic

Noţiunea de confort termic implică atât microclimatul dintr-o încăpere, cât şi factori de natură psihologică şi mentală. Realizarea unui confort termic adecvat este foarte importantă, deoarece afectează întregul moral uman. Chiar dacă organismul uman se adaptează la mediul înconjurător prin strategii adaptive de genul îmbrăcare, dezbrăcare, schimbare de poziţie, mutarea în alte zone din incintă de alt nivel termic, etc., acestea nu sunt de durată. Se defineşte confortul termic rezonabil (reasonable confort) atunci majoritatea este satisfăcută. HSE consideră 80% dintre ocupanţii unei incinte o limită rezonabilă pentru un număr minim de oameni care trebuie mulţumiţi de confortul termic creat. Din aceste considerente, în proiectarea clădirilor, principalul factor de care se ţine seama este realizarea confortului termic pentru factorul uman. Evaluarea confortului este subiectivă şi include satisfacţia, acceptarea, caracterul plăcut sau reacţii negative.

Confortul termic este afectat de procesele de conducţie, convecţie, radiaţie, precum şi de pierderile de căldură prin evaporare. Mediul termic interior este influenţat de şase parametrii, denumiţi factori de confort termic:

Temperatura aerului interior Ti, care reprezintă cel mai comun indicator al confortului termic. Se defineşte ca temperatura aerului din jurul corpului uman, la distanţă faşă de radiaţia surselor de căldură. Variaţiile chiar foarte reduse ale acestei temperaturi sunt sesizate imediat de organismul uman. Această temperatura este considerată ca valoare medie, ce trebuie reconsiderată în funcţie de cazul analizat. Pentru un individ normal îmbrăcat, cu o activitate fizică uşoară este prezentată în figura 1 o zonă de confort admisă. (Manual ventilare). În funcţie de valoarea acesteia se determină consumurile de energie pentru încălzire, respectiv răcire. Temperatura aerului interior trebuie să fie mai ridicată în încăperile în care oamenii se găsesc în repaus sau desfăşoară o activitate uşoară şi trebuie să fie mai scăzută acolo unde activitatea desfăşurată este mai intensă;

Figura 1.1. Zona de confort admisibilă în funcţie de temperatura aerului interior (DIN 1946/72)

2

Temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor delimitatoare Tmr are o influenţă mai mare

decât temperatura aerului interior asupra modului în care persoanele pierd dau primesc căldură din mediul înconjurător. Pielea omului absoarbe aproape la fel de multă energie ca un obiect negru mat. Valoarea temperaturii medie de radiaţie determină mărimea schimbului radiant de căldură al omului cu mediul ambiant. Se poate calcula ca media ponderată a temperaturilor pereţilor, ferestrelor, plafonului, pardoselii şi a corpurilor de încălzire din incintă cu formula (manual de ventilare):

1

1

n

i ii

mr n

ii

S T

T

S

, [oC], (1.1)

unde Ti - temperatura fiecărei suprafeţe luate în considerare în oC, i=1..n, Sn – suprafaţa luată în considerare în m2, n – numărul de suprafeţe radiante. Temperatura medie a pereţilor incintei trebuie să fie apropiată de temperatura aerului interior. Temperatura medie de radiaţie este în mod indirect influenţată de tipul de sistem de încălzire utilizat. Aceasta înseamnă, că pentru o anume incintă, echipată cu sisteme de încălzire diferite, temperatura rezultantă va fi diferită.

Viteza aerului interior w. Este un factor foarte important pentru organismul uman, deoarece aerul stagnant într-o incintă creează o senzaţie înăbuşitoare. Activitatea fizică poate creşte deplasarea aerului, astfel încât viteza aerului poate fi corectată pentru a ţine cont de nivelul confortului termic personal prin activitate fizică. Sensibilitatea la viteza aerului interior este foarte diferită la oameni şi dependentă de starea sănătăţii, sex, vârstă, îmbrăcăminte, anotimp;

Umiditatea relativă a aerului interior φi se defineşte ca raportul dintre presiunea parţială a vaporilor de apă şi presiunea de saturaţie la o anumită temperatură şi presiune. φi influenţează schimbul de căldură al unei persoane cu mediul înconjurător prin evaporarea transpiraţiei la suprafaţa pielii. La temperaturi ale aerului interior mici, cedarea de căldură prin evaporare este mai scăzută, deci umiditatea relativă a aerului interior are o influenţă mai mică. La temperaturi ale aerului mai mari şi la activităţi fizice intense, creşterea umidităţii relative are o influenţă mare asupra schimbului de căldură între om şi mediul ambiant. Umidităţi relative ale aerului interior mai mari de 70%, la temperaturi coborâte ale aerului exterior, favorizează apariţia condensatului pe suprafaţa interioară a pereţilor exteriori, în lipsa unei izolări termice corespunzătoare.

Producţia de căldură a corpului uman, căldura metabolică, căldura cedată, termoreglarea reprezintă factorii de bază care influenţează echilibrul termic al corpului uman. Căldura produsă de corp depinde de nivelul activităţii depuse şi este influenţată de vârstă, sex, etc. Căldura cedată de corp depinde de îmbrăcăminte şi de ceilalţi factori termici.

Îmbrăcămintea are o influenţă deosebită asupra senzaţiei de confort. Izolaţia termică dată de o ţinută vestimentară se caracterizează prin rezistenţele termice ale elementelor îmbrăcămintei, care variază în limite foarte largi. În tabelul 1.1 sunt prezentate rezistenţele termice pentru diferite combinaţii de haine (ASHRAE).

Tabel 1.1. Valori ale rezistenţei termice pentru haine Rh

Combinaţia de haine Clo m2K/W

Om dezbrăcat 0 0

Pantaloni scurţi 0,1 0,018

Haine pentru climat tropical (subţiri)

0,3 0,047

Haine de vară (îmbrăcăminte uşoară)

0,5 0,078

Salopetă de lucru 0,8 0,124

Haine de interior pentru iarnă

1,0 0,155

Costum 1,5 0,233

3

Obs. - ** Clo este reprezentarea numerică a rezistenţei termice a ansamblului de haine 1 clo = 0,155 m2K/W=0,18 m2hoC/kcal. 1 clo reprezintã o persoanã în repaus care se simte confortabil la 21°C (50% umiditate relativã a aerului, viteza aerului fiind de 0,01 m/s). Exemplu de calcul a rezistenţei termice a ansamblului de haine: cămaşă cu mânecă scurtã 0,19 clo + lenjerie 0,04 clo + pantaloni scurţi 0,11 clo + şosete 0,02 clo + încălţăminte uşoarã 0,02 clo = 0,38 clo.

Primii patru factori sunt factori de mediu, ultimii doi factori sunt parametrii legaţi de capacitatea de acomodare a corpului uman în vederea menţinerii echilibrului termic. Omul nu resimte fiecare factor în parte, ci doar acţiunea compusă a tuturor factorilor. Sistemul senzorial al omului nu permite estimarea valorii temperaturii, ci doar constatarea existenţei senzaţiei de frig sau de cald (S.Dumitrescu). În normative sunt prezentate influenţe combinate ale factorilor de confort termic. Influenţa temperaturii aerului şi a temperaturii medie de radiaţie este prezentată în figura 1.2 a. Perechile de valori Ti şi Tmr din zona haşurată corespund condiţiilor de confort termic. În figura 1.2 b. este prezentată influenţa combinată a vitezei aerului interior şi a temperaturii aerului interior, iar în figura 1.2 c. cea a temperaturii aerului interior împreună cu cea a umidităţii relative (Sajin).

Figura 1.2. Influenţa factorilor de confort asupra mediului ambiant : a. Ti şi Tmr, b. Ti şi w, c. Ti şi φi

În diagrama i x din figura 1.3 se arată că, la valori ale entalpiei aerului i 105 kJ/kg, activitatea de durată a omului nu se mai poate desfăşura (Sajin).

Figura 1.3. Delimitarea în diagrama i-x pentru aer umed a zonei de confort

Valorile parametrilor de confort pentru clădiri, conform SR 1907-2, sunt date în tabelul 1.2(Indrumar de efic):

4

Tabel 1.2. Parametrii de confort pentru clădiri

Camera Temperatura [oC]

Diferenţa de temperatură [oC]

Umiditate relativă [%]

Viteza aerului [m/s]

Living 20

Dormitor 20

Baie 22

Bucătărie 18

Casa scărilor 18

Birou 20

Săli de clasă 18

Magazine 18

Pentru pereţi<4,5

Pentru terase, planşee sub pod, planşee pe

pământ <3,5

35 - 70 0,15 – 0,25

1.3. Schimbul de căldură între corpul uman şi mediul ambiant

Pentru a evidenţia schimbul de căldură realizat între corpul uman şi mediu, în vederea realizării confortului termic, se poate scrie ecuaţia de bilanţ termic: Qi=Qs [W], (1.2) unde Qi –căldură generată de corpul uman (energia internă) şi Qs – cantitatea totală de căldură schimbată de om cu mediul ambiant. Senzaţia de frig apare atunci când Qi< Qs, iar senzaţia de cald apare atunci când Qi> Qs. Pentru remedierea acestor senzaţii, apare răspunsul uman prin activarea mecanismului termoregulator, fie în primul caz, prin generarea de mai multă căldură de către organism – intensificarea activităţii musculare, tremurat sau în al doilea caz, prin mărirea căldurii evacuate în mediu - transpiraţie şi respiraţie. Cantitatea totală de căldură schimbată de om cu mediul ambiant se defineşte:

Qs= Qcv+ Qr+Qc+Qev+Qres [W], (1.3)

unde: Qcv- căldura schimbată prin convecţie cu mediul ambiant, Qr – căldura schimbată prin radiaţie cu elementele de construcţie care mărginesc încăperea, Qc - căldura de contact cu podeaua sau cu mobilierul, Qev – căldura schimbată prin evaporare, Qres – căldura transmisă prin respirare. Valorile căldurilor schimbate prin convecţie şi radiaţie pot fi pozitive sau negative, după cum sunt temperaturile elementelor din încăpere în raport cu temperatura corpului uman.

Căldura sensibilă schimbată de om prin convecţie cu aerul din mediul înconjurător se poate

determina cu relaţia:

( )cv cv o iQ S T T , [W] (1.4)

unde: αcv- coeficientul de schimb de căldură prin convecţie de la suprafaţa îmbrăcămintei la

mediul ambiant în W/m2oC, S- suprafaţa îmbrăcămintei în m2, To - temperatura la suprafaţa exterioară a îmbrăcămintei în oC, Ti - temperatura aerului din încăpere în oC.

Căldura sensibilă schimbată de om prin radiaţie cu elementele de construcţie se poate exprima cu următoarea relaţie:

,( )mrorr TTSQ [W] (1.5)

unde: αr- coeficientul de schimb de căldură prin radiaţie de la suprafaţa îmbrăcămintei la

suprafeţele delimitatoare în W/m2oC, Tmr – temperatura medie a suprafeţelor de radiaţie în oC.

Coeficientul de schimb de căldură prin radiaţie este dat de relaţia:

5

)1(100100

,,

4

,

4

,

CTT

TT

amrao

amrao

r , (1.6)

unde: To,a şi Tmr,a - temperaturile absolute exprimate în K, C – coeficientul de radiaţie al celor

două suprafeţe, ε – coeficientul de absorbţie a radiaţiilor calorice de către stratul de aer dintre om şi elementele de construcţie radiante.

Valorile coeficienţilor de schimb de căldură prin radiaţie şi prin convecţie sunt aproximativ

egale, acest lucru rezultând din faptul că temperatura aerului interior şi a pereţilor sunt apropiate ca valoare. Acest lucru implică egalitatea dintre cantitatea de căldură schimbată prin convecţie şi cea schimbată prin radiaţie, în cazul în care organismul uman se află în repaus. Dacă organismul uman nu se află în repaus, atunci coeficientul de schimb de căldură prin convecţie creşte, în acelaşi timp coeficientul de schimb de căldură prin radiaţie rămâne constant.

Se poate evalua efectul global al radiaţiei şi al convecţiei şi se determină cantitatea totală de căldură sensibilă schimbată de organismul uman prin radiaţie şi convecţie:

szorcv TTSQQ , [W] (1.7)

unde: rcv [W/m2oC] (1.8)

ocvmrrsz

TTT

[oC] (1.9)

α – coeficientul global de transfer termic prin convecţie şi radiaţie, Tsz – temperatura medie resimţită, care mai poartă denumirea de temperatură senzorială.

Temperatura senzorială sau temperatură medie resimţită este o temperatură ipotetică a aerului interior dintr-o încăpere în care schimbul de căldură dintre om şi mediul înconjurător se face doar prin convecţie. (S. Dumitrescu) Plaja de confort a temperaturilor resimţite este între 20 si 24°C, în funcţie de activitatea depusă în acea camera. Cu cât efortul depus de ocupanţi este mai mare, cu atât va scădea valoarea temperaturii de confort (pentru starea de repaus temperatura de confort este în jurul valorii de 22-23°C, pentru starea de activitate uşoară, munca de birou, valoarea acesteia este de aproximativ 21°C, pentru munca fizică grea temperatura de confort este de cca 17-18°C, iar în cazurile de muncă fizică grea valoarea poate fi chiar de 10°C). Cantitatea de căldura schimbată de om prin convecţie şi radiaţie este aceeaşi cu cea transmisă prin conducţie de la nivelul pielii la suprafaţa exterioară a îmbrăcămintei omului considerat: (Modele de eval _Sârbu)

0,155

p o

cv r

cl

T TQ Q

I

, [W] (1.10)

unde; Tp – temperatura pielii corpului uman în oC, Icl – rezistenţa termică a hainelor în clo (vezi tabelul 1.3).

Căldura sensibilă de contact cu podeaua sau mobilierul se determină cu relaţia:

c t t pdQ S T T , [W] (1.11)

unde: λ -coeficientul de conductivitate mediu al încălţămintei în W/m2oC, (λ= 10,25 W/m2oC), St - suprafaţa tălpilor în m2, Tt – temperatura tălpilor în oC, Tpd – temperatura podelei în oC. În general, această cantitate de căldură are o valoare foarte mică, care poate fi neglijată.

6

Cantitatea de căldură latentă schimbată de om prin evaporarea umidităţii depinde de diferenţa dintre presiunea parţială a vaporilor de apă la nivelul pielii şi cea a aerului din mediul ambiant.

Boev s

B

pQ c r p p S

p , [W] (1.12)

în care: c – coeficientul de evaporare, de viteza aerului interior, r – căldura latentă de vaporizare a apei la temperatura medie a suprafeţei corpului uman în J/kg, ps - presiunea parţială a vaporilor de apă la nivelul pielii, p – presiunea parţială a vaporilor de apă din aerul interior, pB – presiunea barometrică, pBo – presiunea barometrică normală , pBo= 760 mmHg=1,013 bar.

Căldura transmisă prin respiraţie are două componente: căldura sensibilă pierdută prin respiraţie Qcres şi căldura latentă conţinută în vaporii expiraţi Qvap. Qres=Qcres+Qvap , [W] (1.13)

Unde:

res i ex ocres

c

res i ex ovap

c

m c T TQ

F

m i x xQ

F

, (1.14)

resm - debitul de aer expirat în J/kg, ci – căldura specifică la presiune constantă a aerului interior în

J/kgoC, Tex – temperatura aerului expirat în oC, ii – entalpia aerului expirat în J/kg, xex – umiditatea absolută a aerului expirat, xo – umiditatea absolută a aerului interior, Fc – porţiunea din suprafaţa corpului uman aflată în contact cu mediul. Ca o concluzie legată de modalităţile de transfer de căldură între om şi mediul ambiant dintr-o incintă, se poate spune că transferul de căldură între om şi mediul înconjurător se realizează prin: • Convenţie şi conducţie (42…44%), • Radiaţie (32…35%), • Evaporare (21….26%).

Căldura generată de corpul uman (energia internă) este în funcţie de gradul activităţii musculare, de condiţiile date de mediul înconjurător precum şi de mărimea corpului. Temperatura corpului este menţinută constantă la 8,037 oC, de un sistem de reglare complex, condus de un centru termoregulator

situat în hipotalamus. Pentru a uşura transferul termic şi a resimţi senzaţia de confort, cu cât activitatea musculară este mai intensă, cu atât temperatura aerului interior trebuie să fie mai scăzută . Energia internă produsă pe unitatea de suprafaţă poate să varieze de la 45W/m2 pentru un om odihnit până la 500 W/m2 pentru un om alergând. Energia internă se determină ca diferenţa între căldura metabolică şi energia consumată în unitatea de timp pentru efectuarea diferitelor activităţi mecanice (mers, mişcare, muncă, etc.). i LQ M Q , [W] (1.15)

unde: M - căldura metabolică, iar QL – energia consumată în unitatea de timp pentru efectuarea unui lucru mecanic de către om . Randamentul mecanic al corpului uman se defineşte cu relaţia:

0, 2Lm

Q

M . (1.16)

Ca ordin de mărime, QL este mult mai mică decât M, de aceea se poate considera egală cu 0 pentru majoritatea activităţilor. În tabelul 1.3 sunt prezentate câteva valori ale vitezei metabolismului organismului uman (metabolism energetic, conform GT-039-02), caracteristice diverselor activităţi ale omului (ASHRAE). Viteza metabolismului este definită ca raportul dintre căldura metabolică şi suprafaţa totală a corpului uman. Valorile medii pentru adulţi ale suprafeţei totale a corpului uman sunt cuprinse între 1,6 şi 2 m2.

7

Tabel 1.3 Valori ale vitezei metabolismului pentru diverse activităţi fizice

Activitate Valoare a vitezei metabolice [met]

repaus 0,7

somn 0,8

stat culcat 1,0

mers pe jos 2,0 – 3,4

muncă domestică 1,6 – 2,0

curăţenie în cameră 2,0-3,6

gătit 1,4-1,8

cumpărături 1,1-1,3

muncă de birou 1,1-1,3

muncă pe maşini –unelte 3,5-4,5

dactilografiere 1,2-2,0

dans 7,0 -8,7

tenis 1,4-2,6

şofat (maşina) 2,4

învăţământ 3,2 Obs. -*Met este unitate de măsură derivată pentru căldura specifică metabolică, 1 met = 58,2 W/m2

Se poate determina şi temperatura la suprafaţa îmbrăcămintei în funcţie de viteza metabolismului M/S exprimată în kcal/hm2 şi de rezistenţa termică a îmbrăcămintei şi anume:

8

4 4

3, 4 10

35,7 0,032 1 0,181 273 273 ,[ ]

i

oo m cl o mr

i cv o i

fM

T I T T CS

f T T

. (1.17)

unde fi – factorul îmbrăcămintei care indică creşterea relativă de căldură a corpului în raport cu corpul neîmbrăcat.

1.4. Indici de confort termic

Evaluarea nivelului de confort printr-un indicator global este foarte dificil de realizat, deoarece trebuie să fie cuantificate influenţele tuturor parametrilor de confort. La ora actuală, aprecierea confortului se face prin măsurarea fiecărui parametru sau prin intermediul indicilor de confort. Indicii de confort sunt mărimi complexe care ţin seama de influenţa combinată a unora dintre parametrii de mediu enunţaţi la subcapitolul anterior.

Realizarea confortului termic impune ca temperatura senzorială să ia o anumită valoare denumită temperatură de confort sau temperatura operativă (operative temperature) Tc. Temperatura operativă se defineşte, conform GT-039-02, ca fiind temperatura uniformă a unei incinte radiante negre, în care un ocupant schimbă aceeaşi cantitate de căldură prin radiaţie şi prin convecţie ca într-o ambianţă neuniformă. În (S Dumitrescu) sunt date relaţii din literatura de specialitate care permit determinarea temperaturii de confort în funcţie de factorii de confort termic:

0,43 0, 408 136,5 0,328 0,141 37,8c i mr i iT T T p T w ,[oC](1.18)

Se poate neglija efectul umidităţii relative (în cazul încăperilor de locuit) şi atunci Tc se determină

cu relaţia 1.18, stabilită de Bedford:

0,522 0, 478 0, 21 37,8c i mr iT T T T w ,[oC] (1.19)

Conform SR EN ISO 7730 se poate utiliza o formulă simplificată pentru calculul temperaturii operative:

8

(1 )c i mrT A T A T ,[oC] (1.20)

unde A – coeficient în funcţie de viteza curenţilor de aer interior (tabelul 1.4). Tabelul 1.4. Valoarea coeficientului A în funcţie de viteza aerului interior

w[m/s] <0,2 0,2….0,6 0,6……1 A 0,5 0,6 0,7

Temperatura operativă sau temperatura de confort reprezintă efectul complex al temperaturii aerului interior şi al temperaturii suprafeţelor înconjurătoare. În figura 1.4 este prezentată o diagramă în care sunt arătate limitele de confort termic pentru temperatura operativă, în funcţie de intensitatea activităţii depuse şi de îmbrăcăminte. (Sotir Dumitrescu) Diagrama este valabilă pentru umidităţi ale aerului de aproximativ 50% , pentru viteze ale aerului foarte mici.

Figura 1.4. Limite de confort pentru temperatura operativă

Se defineşte temperatură efectivă ET(conform ASHRAE) ca şi temperatura distribuită uniform

pe suprafaţa unei anvelope imaginare la o valoare a umidităţii relative de 50%, la care o persoană ar schimba aceeaşi cantitate de căldură ca cea din mediul considerat. Se stabilesc zonele de confort termic ca fiind acele zone care asigură un mediu termic acceptabil (de care sunt mulţumiţi cel puţin 80% dintre persoanele aflate în interior) pentru ocupanţi îmbrăcaţi adecvaţi anotimpului şi efectuând o activitate fizică foarte uşoară (aproximativ sedentară).

22,8 oC < ET < 26,1 oC vara 20 oC < ET<23,9 oC iarna În literatura de specialitate se defineşte şi indicele de confort termic B, care se determină cu

următoarea relaţie;

0, 25 0,1 0,1 37,8i mr i iB C T T x T w , (1.19)

unde. C = -9,2 (iarna) şi C = -10,6 (vară), iar xi – conţinutul de umiditate al aerului interior în g/kg aer uscat.

Pentru valori ale umidităţii relative φi =45% şi ale vitezei aerului w=0,2 m/s indicele de confort

termic B se poate determina din diagrama din figura 1.5.

9

Figura 1.5. Variaţia indicelui de confort termic B, în funcţie de temperatura aerului interior Ti şi temperatura medie de radiaţie Tmr, pentru umiditatea relativă φi =45% şi viteza aerului interior w=0,2 m/s Pentru alte valori ale vitezei aerului interior şi ale umidităţii relative, se determină o temperatură

corectată Tmrc cu următoarea relaţie:

mrmrmrmrc wTTTT , [oC] (1.21)

unde mrT - coeficient de corecţie în funcţie de umiditatea relativă reală, mrwT - coeficient de corecţie

în funcţie de viteza reală a aerului. Cei doi coeficienţi se citesc din diagramele indicate în figura 1.6(Încălzirea clădirilor ind).

Figura 1.6.Variaţia factorilor de corecţie a temperaturii medii radiante funcţie de temperatura

aerului interior : a. - mrT , b. - mrwT .

Fanger (Fanger, 1970) stabileşte o relaţie generală de determinare a legăturii dintre factorii de

confort, cunoscută sub numele de ecuaţia lui Fanger, de forma: f(M/S, Icl, w, Tmr, Ti, p)=0, (1.22)

unde: M/S – viteza metabolismului în kcal/h*m2, Icl – indicele hainelor în m2*oC/W, w- viteza aerului interior în m/s, Ti – temperatura aerului interior în oC, Tmr – temperatura medie de radiaţie în oC, p– presiunea vaporilor de apă în mediul ambiant în Pa. Ecuaţia lui Fanger poate fi prelucrată pentru a obţine hărţi de confort termic, ca cea din figura 1.7:

10

Figura 1.7. Hartă de confort termic Fanger

Standardele SR EN ISO 7730:2006 , CR 1752 şi ASHRAE 55-92 cuantifică confortul termic şi prin indicii: PMV – Predicted Mean Vote, PPD - Predicted Percent of Dissatisfaction.

PMV – vot mediu previzibil - un indice care reprezintă opţiunea medie previzibilă a unui grup numeros de persoane, asupra senzaţiei termice produse de un anumit mediu. Se calculează din bilanţul termic al corpului uman. În vederea evaluării senzaţiei de confort termic se utilizează scara subiectivă de confort (conform ASHRAE) cu şapte nivele, bazată pe modelul Fanger, care exprimă o clasificare în funcţie de valorile pe care le ia indicele global de confort termic PMV:

+ 3 (foarte cald); + 2 (cald); + 1 (călduţ); 0 (neutru); - 1 (răcoros); - 2 (rece); - 3 (foarte rece).

PPD –procent previzibil de nemulţumiţi - reprezintă, procentual, o valoare admisă de indivizi nemulţumiţi de o stare a parametrilor de confort interior. Matematic, Fanger a definit PMV astfel:

0,036 /0,303 0,028M SPMV e L , (1.23)

unde M/S – viteza metabolismului în W/m2, L – sarcina termică a corpului uman definită ca diferenţa dintre producţia internă de căldură şi pierderea de căldură în mediul ambient real pentru o persoană aflată ipotetic în confort termic şi cu un anume nivel de activitate fizică aflată într-un anumit punct al încăperii în W/m2.

11

Păstrând aceleaşi unităţi de măsură ca în cazul ecuaţiei lui Fanger (1.19), se obţine pentru determinarea indicelui PMV următoarea relaţie (conform GT-039-02):

5

0,036

4 48

1 0,35 5733 6,99 1

0, 42 1 58,15 1,7 10 5867

(0,303 0,028) 0,0014 34

3,96 10 273 273

m m

m

M

Si

i o mr

i cv o i

M Mp

S S

M Mp

S S

MPMV e T

S

f T T

f T T

, (1.24)

unde fi – factorul îmbrăcămintei care este raportul dintre suprafaţa corpului îmbrăcat şi suprafaţa corpului dezbrăcat: fi= 1 pentru şort, fi= 1,1 pentru îmbrăcăminte uşoară de vară, fi= ,15 pentru costum, fi= 1,3 pentru îmbrăcăminte de iarnă, p – presiunea parţială a vaporilor de apă , în Pa, M – viteza metabolismului în W/m2. Indicele PPD este dat de relaţia:

4 20,03353 0,2179100 95 PMV PMVPPD e , [%] (1.25)

În această expresie se observă că în cazul în care în care PMV=0 (situaţie de confort termic total) există un minim procent de persoane nesatisfăcute de 5%. Pentru procentajul maxim de 10% (PPD<10%) de nesatisfacere, PMV are valori de +0,5 şi -0,5 (conform ISO 7730), deci -0,5 <PMV<+0,5. Relaţia dintre PMVşi PPD se poate vizualiza şi pe diagrama din figura 1.8:

Figura 1.8. PPD în funcţie de PMV

Indicele LPPD – lowest possible percentage dissatisfied index – este o măsură cantitativă a confortului termic al unei încăperi văzută ca un întreg pentru un grup de persoane într-un mediu termic neuniform. Se utilizează în general pentru încăperi mari, fiind mult mai util în acest caz. Se recomandă ca LPPD<6%. Indicele DR - draught rating – , conform ASHRAE Standard 55 şi ISO EN 7730, cuantifică disconfortul produs de curenţii de aer prin următoarea relaţie:

0,62

34 0,05 0,37 3,14i wDR T w wT , (1.26)

12

unde Tw – intensitatea locală a curenţilor de aer – valoarea procentuală a raportului dintre abaterea standard a vitezei aerului interior şi valoarea medie a acesteia, în %.

1.5. Confortul termic local Atunci când, de exemplu, o parte a corpului este rece şi o parte este caldă, chiar dacă ecuaţia de confort termic este satisfăcută, există totuşi un disconfort local. Acesta apare fie datorită unui câmp de radiaţie asimetric, contactului cu o pardoseală caldă sau rece, datorită unui gradient de temperatură vertical sau senzaţiei de curent (răcire convectivă a corpului).

1.5.1. Radiaţia termică asimetrică Aceasta apare datorită ferestrelor reci, plafoanelor încălzite, corpurilor de încălzire cu infraroşii, echipamentelor fierbinţi, etc., după cum se observă în figura 1.9. Asimetria radiaţiei poate fi descrisă de un parametru denumit temperatură asimetrică de radiaţie, definită ca diferenţa dintre temperaturile radiante a doi pereţi plani opuşi unui element mic plan. ΔTa = Trad,1 − Trad,2, [oC] (1.27) unde Trad,1 şi Trad,2 - temperaturile radiante a două semispaţii – temperaturi plane radiante. Diferenţa între temperatura plană radiantă şi temperatura medie radiantă este că temperatura plană radiantă descrie efectul temperaturii într-o singură direcţie, spre deosebire de temperatura medie radiantă care descrie efectul temperaturii în toate direcţiile.

Figura 1.9. Pierderile/câştigurile de căldură ale unei încăperi pe timp de vară

Temperatura radiantă plană se determină cu relaţia:

44

, ,1

273n

rad i i j ji

T T

, [oC] (1.28)

unde Tj – temperatura suprafeţei j în K, φi,j – factor de formă al suprafeţei i pe suprafaţa j. Valorile recomandate pentru radiaţiile termice asimetrice, în timpul activităţilor uşoare, conform cu ISO 7730, sunt următoarele: Temperatura radiaţiilor asimetrice cauzată de structurile verticale < 10 ºC, Temperatura radiaţiilor asimetrice ale tavanelor calde <5ºC.

13

1.5.2. Gradient vertical de temperatură al aerului În mod normal, temperatura aerului într-o încăpere nu este constantă, ci creşte pe verticală sau variază orizontal. Gradientul de temperatură vertical se în cazul unei incinte se defineşte ca scăderea pe care o suferă temperatura aerului în oC pentru o diferenţă de nivel de la 1,1 m la 0,1 m deasupra pardoselii (nivelul capului şi nivelul gleznelor). Acesta poate reprezenta o sursă de disconfort atâta timp cât depăşeşte anumite valori. În perioada de iarnă, atunci când se utilizează aparate de încălzire, datorită fenomenului de convecţie naturală care apare, repartiţia aerului din interiorul unei incinte pe verticală nu este uniformă, conform figurii 1.10 (S.Dumitrescu).

Figura 1.10. Variaţia temperaturii pe verticală pentru: a. încălzire cu aer cald, b. încălzire cu sobe de teracotă, c. încălzire centrală, d. încălzirea prin plafon, e. încălzirea prin pardoseală Recomandarea pentru gradientul termic vertical dată de ISO 7730 este ca valoarea maximă a acestuia să fie de 3oC la o înălţime deasupra solului între 0,1 şi 1,1 m pentru o persoană aşezată, iar ASHRAE recomandă o aceeaşi valoare a gradientului, la o înălţime între 0,1 şi 1,7 m, pentru o persoană în picioare (Instalaţii de ventilare).

1.5.3. Pardoseală caldă sau rece Materialul din care este făcută pardoseala nu are o influenţă deosebită asupra piciorului încălţat, însă influenţează atunci când o persoană este descălţată. Temperatura optimă a pardoselii este de 25oC pentru persoane aşezate şi 23oC pentru persoane în mişcare. ISO 7730 recomandă o temperatură a pardoselii între 19 şi 26 oC şi ASHRAE între 18 şi 29 oC.

1.5.4. Viteza locală a curenţilor de aer Curenţii de aer sunt motivele cele mai des întâlnite ale unei situaţii de disconfort în interiorul unei incinte. În ISO 7730 este prezentată o diagramă (figura 1.11) în care este prezentată legătura dintre viteza medie, temperatura aerului interior, activitatea fizică desfăşurată şi indicele îmbrăcămintei (Instalaţii de ventilare).

Figura 1.11. Viteza medie a aerului în funcţie de temperatura aerului interior, activitatea fizică

desfăşurată, rezistenţa termică a îmbrăcămintei

14

1.6. Confortul vizual şi fonic

1.6.1 Confortul vizual

Iluminatul dintr-o încăpere trebuie să asigure confortul vizual al persoanelor prin inducerea unor senzaţii pozitive în timpul activităţii acestora. Pentru realizarea unui sistem de iluminat care să ofere în încăpere un mediu luminos confortabil este necesar să se acorde atenţie următorilor factori pentru alegerea sursei de lumină şi anume parametrilor luminotehnici ai acesteia:

culoarea aparentă; temperatura de culoare; redarea culorii caracterizată prin indicele de redare a culorilor, Ra; durata de funcţionare; durata de punere în funcţiune; geometrie şi dimensiuni ale corpurilor de iluminat.

Nivelul de iluminat trebuie să fie în concordanţă cu specificul activităţii desfăşurate în încăpere; el trebuie să fie asigurat pe suprafaţa de referinţă - planul util - care poate fi orizontală (masă, birouri), verticală (raft, oglindă) sau înclinată (pupitru, planşetă). In funcţie de specificul încăperilor, se recomandă realizarea nivelurilor de iluminare prezentate în tabelul 1.5 (îndrumar clădiri), unde, pentru comparaţie, sunt incluse şi nivelurile de lumină realizate natural. Valorile corespund standardului DIN 5035.

Tabelul 1.5.Nivelul de iluminare funcţie de destinaţia încăperii, în comparaţie cu lumina naturală

Destinaţia încăperii Nivelul de iluminare lx

Suprafaţă iluminată de soare puternic 10.000 Suprafaţă iluminată ziua (cer acoperit) 200 – 10.000 Suprafaţă iluminată de lună plină 0,25 Birouri* Săli de conferinţe Săli de calculatoare sau cu panouri de comandă Săli de desen

300 – 500 300 500 750

Hoteluri 200 Magazine: scări interioare zone de prezentare vitrine

200 400 15000 – 2500

Spitale: saloane săli de prim intervenţie

100 – 150 500

Şcoli: săli de curs săli de clasă laboratoare, biblioteci săli de desen

300 400 – 700 100 – 150 750 – 1400

Locuinţe : sufragerii dormitoare băi bucătării holuri birouri

200 150 200 150 100 300

Saloane de coafură 500 Muzee 300 Biserici, zona publicului 100

1.6.2 Confortul fonic

Zgomotul este o suprapunere de sunete, având frecvenţe şi amplitudini variabile, producând o senzaţie auditivă considerată jenantă sau dezagreabilă. Arunci când intensitatea sa este importantă,

15

zgomotul are efecte notabile asupra metabolismului şi activităţii intelectuale. Nivelul intensităţii unui zgomot se măsoară în decibeli, dB. O modificare a nivelului sonor cu 10 dB corespunde aproximativ cu dublarea intensităţii sonore percepute.

Zgomotul resimţit într-o încăpere poate proveni din exterior sau poate fi generat în interiorul încăperii. În Tabelul 1.6 sunt date valorile admisibile ale zgomotelor exterioare.

Tabelul 1.6.Nivelul de zgomot exterior admisibil

Intensitatea zgomotului [dB]

Locul, zona

ziua noaptea In imediata apropiere a

locuinţelor 55 40

Staţiuni de odihnă şi tratament

45 35

Zonă industrială 65 45

1.7. Consideraţii despre sănătate şi siguranţă

Diverse studii au arătat că aerul din interiorul clădirilor poate fi chiar mai poluat decât aerul exterior. Câţiva factori obişnuiţi ai poluării aerului din interior sunt următorii:

Spori de mucegai; Ciuperci; Polen; Acarieni; Resturi de animale ;

(păr, piele, pene…) Produse de curăţat; Vapori de vopsea; Fum de ţigară; Aburi de la încălzire sau gătire (ulei, gaz, combustibil solid).

Efectele adverse ale poluării aerului din interior asupra sănătăţii sunt:

Durere de cap, Congestie nazală, Ochi iritaţi, Boli asemănătoare gripei („sindromul clădirii bolnave”), Strănut, Căi respiratorii inflamate, Dificultăţi respiratorii.

O altă clasificare ,în funcţie de tipul surselor de poluare, prezintă 5 tipuri de poluare a aerului din interiorul încăperilor:

1. arderea combustibilului în încăperi pentru încălzire şi prepararea hranei. Problemele care pot apare includ dureri de cap, ameţeală, somnolenţă, ochi apoşi, respiraţie greoaie sau chiar moarte. Substanţele poluante asociate cu procesele de ardere sunt gaze şi particule de praf şi/sau funingine. Tipurile de poluanţi şi cantitatea în care sunt produşi depind de tipul instalaţiei, cât de bine este ea montată, operată şi întreţinută, de tipul combustibilului ars, precum şi de gradul de ventilare a spaţiului interior. Poluanţii cei mai comuni produşi în instalaţiile de ardere din clădiri sunt:

o Monoxidul de carbon, o Dioxid de carbon, o Dioxidul de azot,

16

o Dioxidul de sulf, o Particule cu sau fără produşi chimici ataşaţi, o Hidrocarburi nearse, o Aldehide.

Procesul de ardere este însoţit întotdeauna de producerea de vapori de apă. Aceştia nu sunt consideraţi în general un poluant dar pot acţiona ca unul prin efectele lor secundare; de exemplu, umiditatea ridicată şi suprafeţele umede favorizează apariţia unor bacterii şi a mucegaiului. Pentru reducerea expunerii la poluanţii din produsele de ardere, este deosebit de important ca instalaţiile de ardere să fie bine alese, instalate, utilizate, inspectate şi întreţinute. O ventilare corespunzătoare a clădirii micşorează de asemenea riscul de expunere la astfel de poluanţi. În ultima vreme au apărut pe piaţă dispozitive detectoare de monoxid de carbon; este obligatorie utilizarea lor acolo unde gradul de ventilare este redus.

2. materialele de construcţie, mobila. Casele mai vechi pot conţine izolaţii care sunt parţial sau total realizate din asbest, de obicei de culoare alb sau alb-gri, sub formă de pudră sau semi-poros. Asbestul, folosit ca material de construcţie din cauza proprietăţilor lui de rezistenţă termică, poate elimina fibre de asbest in aer interior dacă materialul nu este bine izolat. Inhalarea de fibre de asbest poate cauza cancer pulmonar şi azbestoza (cicatrizarea ţesutului pulmonar). Chiar şi materialele naturale de tipul rumeguşului sau prafului de tencuială pot fi dăunătoare. Deseori pericolul nu provine din materialul primar ci din lianţi, solvenţi, stabilizatori sau alţi aditivi. Mobilierul poate la rândul său reprezenta o sursă de poluare prin substanţele volatile eliberate de lacuri şi vopsele. 3. gazele toxice eliminate de sol pe care este situată clădirea. Radonul este un gaz incolor, inodor şi radioactiv care poate pătrunde în casă prin crăpăturile din pereţii sau podelele de beton şi prin ţevile de drenaj din podele. Cea mai comună sursă de radon e uraniul care există în mod normal în unele terenuri pe care au fost construite case. Problemele apar când concentraţiile de radon cresc în interiorul caselor sau a clădirilor. 4. produsele de gospodărie. Substanţele utilizate la curăţenie sunt de cele mai multe ori dizolvanţi cu conţinut ridicat de substanţe volatile (alcooli, esenţe parfumate etc.).

5. fumul de ţigară. Fumul de ţigară cauzează mai mult de 87% din cancerele de plămâni, după părerea specialiştilor. Fumatul activ sau pasiv (inhalarea fumului) creşte riscul de atac de cord şi de accident vascular cerebral. Fumatul cauzează între 15000 si 300000 de infecţii ale tractului respirator inferior în fiecare an la copii mai mici de 18 luni, ducând la 7500 până la 15000 spitalizări. Fumul de ţigară poate determina apariţia astmului la copii.

Conform (Sajin) concentraţia maximă admisă de dioxid de carbon într-o incintă este dată în tabelul 1.7:

Tabelul 1.7. Concentraţia maximă admisă de CO2 în aerul unei încăperi

CONCENTRAŢIA MAXIMĂ ADMISĂ ÎN:

DESTINAŢIA ÎNCĂPERII

l/m3 g/kg

Cameră de locuit 1 1,5

Cameră pentru copii sau bolnavi 0,7 1

Cameră destinată activităţilor periodice 1,26 1,75

Cameră pentru activităţi de scurtă durată 2 3

În tabelul 1.8 sunt prezentate surse, concentraţii admise şi raportul “interior/exterior” pentru principalii poluanţi interiori clădirilor.

17

Tabelul 1.8. Surse, concentraţii admise şi raportul “interior/exterior”

Poluant Sursa de poluare interioară Concentraţii admise Raportul concentra-

ţiilor

interior / exterior

Asbest Izolaţii de incendiu 106 fibre/ m3 1 Dioxid de carbon (CO2)

Combustie, activitate umană, animale de casă

3000 ppm 1

Monoxid de carbon (CO)

Echipament de combustie, motoare, sisteme de

încălzire defecte

100 ppm 1

Formaldehida Izolaţii, lianşi, plăci conglomerate

0,05 la 1,0 ppm 1

Fibre minerale si sintetice

Produse, îmbrăcăminte, tapiserii

NA --

Dioxid de azot (NO2)

Combustie, sobe cu gaz,

încălzitoare de apă instant, uscătoare, ţigări, motoare

200 la 1000 µg/m3 1

Vapori organici (VOCs)

Combustie, solvenţi, răşini, produse, pesticide, spray-uri cu aerosoli

Nu este cazul 1

Ozon Arc electric, surse de UV 20 ppb 200 ppb

1 1

Radon Materiale de construcţie, ape subterane, sol

0,1 to 200 nCi/m3 1

Particule respirabile

Sobe, şemineuri, ţigări, substanţe volatile concentrate, spray-uri cu aerosoli, gătit

100 to 500 µg/m3 1

Sulfati Chibrituri, sobe cu gaz 5 µg/m3 1 Dioxid de sulf (SO2)

Sisteme de încălzire 20 µg/m3 1

Micro organisme

Activitate umană, animale de casă, ferigi, insecte, plante, spori, umidificatoare, sisteme de aer condiţionat

Nu este cazul 1

1.8.Măsurarea confortului termic

Amplasarea senzorilor de măsurare a parametrilor de confort ai unei ambianţe se face, de regulă, în centrul încăperii, la diverse înălţimi, conform, GT-039-02 ( tabelul 1.9).

Tabelul 1.9. Înălţimi recomandate pentru măsurarea confortului termic

Înălţimi recomandate [m] Coeficienţi de pondere a valorilor măsurate pentru calculul valorilor

medii

Poziţii ale senzorilor

aşezat Ortostatism Ambianţă omogenă

Ambianţă neomogenă

Nivelul capului 1,1 1,7 - 1

Nivelul abdomenului

0,6 1,1 1 1

Nivelul gleznelor 0,1 0,1 - 1

18

Temperatura aerului interior se măsoară cu senzori de temperatură de tipul:

o termometru cu dilatare de lichid (figura 1.12) sau cu dilatare de solid;

o termometru cu rezistenţă electrică;

La măsurarea temperaturii aerului senzorul trebuie să fie protejat împotriva influenţei radiaţiei termice provenite din vecinătăţi. Tipurile de protecţie utilizate:

acoperirea senzorului cu vopsea reflectorizantă;

lustruirea senzorului, în cazul celor metalici;

interpunerea unor ecrane reflectante între pereţi şi senzorul de temperatură.

Figura 1.12. Termometru cu mercur

Datorită inerţiei termice a senzorilor de temperatură, se recomandă ca măsurarea să se efectueze într-un interval de timp de cel puţin 1,5 ori timpul de răspuns al acestora.

Termometrele de contact sau pirometrele măsoară temperatura superficială a unui corp care are o valoare diferită faţă de temperatura ambientului cu care comunică suprafaţa respectivă. Valoarea sa depinde de coeficientul de transfer termic al corpului, de temperatura exterioară şi cea interioară. Media ponderată a valorilor temperaturilor superficiale pe suprafeţele limitrofe incintei oferă valoarea temperaturii medii radiante.

Temperatura medie radiantă (Tmr) poate fi măsurată cu un termometru Vernon – Jokl (figura 1.13) (Instalatii incalzire leonardo cluj). Acesta constă dintr-o sferă cu diametrul de 152 mm, acoperită cu un strat de vopsea neagră şi având în centru un termometru cu mercur, termorezistenţă sau un termocuplu sferic. Temperatura globului la echilibru este dată de bilanţul între cantitatea de căldură câştigată sau pierdută prin radiaţie sau convecţie(Brujan).

Figura 1.13. Termometru cu glob Vernon – Jokl. 1 – corpul termometrului, 2 – extensia termometrului, 3 – invelis din poliuretan, 4 –element de fixare

Umiditatea relativă (φi) reprezintă raportul dintre umiditatea aerului nesaturat şi umiditatea de saturaţie la temperatura respectivă şi se exprimă în procente. Valoarea acesteia se măsoară cu higrometre. Higrometrele cu clorură de litiu sunt instrumente care indică în mod direct presiunea parţială a vaporilor de apă.

19

Viteza curenţilor de aer (w) trebuie sa fie de 0,1 – 0,2 m/s, nu mai mari de 0,5 m/s. Pentru valori sub 0.1 m/s se va crea senzaţia de « atmosferă statică ». Valorile acestei mărimi se pot determina cu ajutorul anemometrelor. Anemometrele care pot măsura viteze atât de mici sunt cele cu fir cald si nu cu elice.

Camerele în infraroşu pot fi utilizate într-o analiza calitativă, de vizualizare a gradienţilor termici). Acestea identifică rapid, eficient şi cu mare succes toate punţile termice ale anvelopei clădirii. Cu ajutorul lor se poate determina dacă montajul tâmplăriei a fost făcut corespunzător sau nu, dacă există zone neizolate termic între tâmplărie şi perete sau zone neetanşe între părţile fixe si cele mobile ale acesteia, etc. Tot cu ajutorul camerelor IR, utilizând regimul termic nestaţionar dintre noapte si zi, se pot detecta eventualele infiltraţii de apă în pereţi, datorită capacităţii calorice masice mult mai mari ale apei faţă de elementele de zidărie :capa = 4180 J/kg K faţă de czidărie = 840 J/kg K. De aceea, odată cu variaţiile relativ bruşte ale temperaturii exterioare, apa îşi va modifica mai lent temperatura faţă de restul materialelor, devenind vizibilă în fotografiile în infraroşu.

20

2. CLĂDIREA, VĂZUTĂ DIN PUNCT DE VEDERE AL ASIGURĂRII MICROCLIMATULUI INTERIOR

2.1. Introducere

Clădirea se defineşte ca un ansamblu de spaţii cu funcţiuni precizate, delimitat de elementele de construcţie care alcătuiesc anvelopa clădirii, inclusiv instalaţiile aferente, în care energia este utilizată pentru asigurarea confortului termic interior. Termenul clădire defineşte atât clădirea în ansamblu, cât şi părţi ale acesteia, care au fost proiectate sau modificate pentru a fi utilizate separat (breviar calcul). Clădirea este un mijloc de izolare a unei incinte faţă de mediul exterior. Principalul rol al unei clădiri este de a asigura ocupanţilor un mediu sănătos, plăcut, confortabil şi cât mai puţin dependent de condiţiile exterioare. Noul concept al dezvoltării durabile determină o abordare nouă a tuturor problemelor legate de clădire. (Indrumar cladiri). Dezvoltarea durabilă înseamnă satisfacerea cerinţelor actuale, fără a dăuna generaţiilor viitoare, dar şi preocupări pentru repararea daunelor produse mediului natural. În actualul context mondial,în care preţul energiei creşte continuu, în care se pune accent pe identificarea unor strategii şi mijloace de rezolvare a problemelor energetice, pe promovarea eficienţei şi utilizarea raţională a energiei, clădirea este văzută ca având o evoluţie continuă. Această evoluţie ţine de reabilitarea şi modernizarea clădirii pentru a corespunde exigenţelor stabilite de utilizatori într-o anume etapă. Se realizează astfel eficientizarea energetică a clădirii.

După criza energetică anii 1970, toate ţările din Europa de Vest au trecut la realizarea a noi politici energetice. Ca exemple de rezultate ale acestor politici pot fi enumerate: Germania: în 2001, consumul de energie s-a redus faţă de 1978, cu 65%; Austria: s-a ajuns în 1997, faţă de 1984, la o reducere a consumului de energie cu 55%; Franţa: s-a ajuns în 2001, faţă de 1974, la o reducere a consumului de energie cu 60%. Sectorul clădirilor este cel care generează 40% din consumul de energie al Uniunii Europene, fiind astfel un sector în care măsurile de reducere a consumului energetic se impun a fi luate rapid. Cercetările arată ca până in 2010, se poate reduce o cincime din consumul energetic actual şi se pot evita astfel, producerea a 30-45 milioane tone CO2 anual. Aceasta ar reprezenta o contribuţie esenţială în atingerea ţintelor Protocolului de la Kyoto. În cazul apartamentelor construite în perioada 1970-1985 (Mladin eficienţa), în România, repartiţia consumului energetic este cu aproximaţie următoarea:

- 55% pentru încălzirea clădirii; - 21% pentru apă caldă de consum; - 10% gaz natural; - 14% pentru iluminat.

Se poate constata cu uşurinţă că ponderea cea mai mare în consumul energetic o deţine încălzirea. Datorită măsurilor de reabilitare termică a clădirilor, de folosirea unor noi tehnologii şi materiale de construcţie performante în ultimul timp, consumul specific de energie pentru încălzirea locuinţelor a scăzut bilitarea şi modernizarea termică a unei clădiri reprezintă totalitatea operaţiilor efectuate în scopul realizării confortului termic în clădiri.

Reabilitarea şi modernizarea presupun adăugarea de izolaţie termică, etanşarea, îmbunătăţirea au înlocuirea suprafeţelor vitrate, a uşilor precum şi îmbunătăţirea echipamentelor şi instalaţiilor din clădire. Toate vizând în acelaşi timp şi un consum minim de energie. Costurile legate de reabilitarea termică sunt mai mici decât instalarea unei capacităţi suplimentare de energie. Din punct de vedere al destinaţiei clădirilor, acestea se pot clasifica astfel: clădiri civile:

rezidenţiale: - individuale de tipul caselor unifamiliale, - semicolective, - colective, multietajate (blocuri); nerezidenţiale: - spitale, policlinici,

21

- clădiri destinate învăţământului şi sportului, - clădiri social - culturale (muzee, teatre, cinematografe), - instituţii publice (sedii de firmă, birouri, bănci, spaţii comerciale)

clădiri industriale; clădiri agrozootehnice. După clasa de inerţie termică, clădirile pot fi clasificate: clădiri cu clasă de inerţie termică mare, clădiri cu clasă de inerţie termică medie, clădiri cu clasă de inerţie termică mică.

Clasa de inerţie termică se stabileşte în funcţie de valoarea raportului R= 1

n

j jj

d

m A

A

, (conform

C107/297) în care: m

j - masa unitară a fiecărui element de construcţie component j, care intervine în inerţia termică a

acestuia, în kg/m2;

Aj

- aria utilă a fiecărui element de construcţie j, determinată pe baza dimensiunilor interioare ale

acestuia, în m2;

Ad - aria desfăşurată a clădirii sau părţii de clădire analizate, în m

2

;

n- numărul de elemente de construcţie din componenţa clădirii. Clasele de inerţie termică sunt prezentate în tabelul 2.1:

Tabelul 2.1. Clase de inerţie termică

R= 1

n

j jj

d

m A

A

[KG/M2]

INERŢIA TERMICĂ

R 149 mică 150 R 399 medie R 400 mare

La determinarea clasei de inerţie se va avea în vedere următoarele:

− dacă aria desfăşurată a spaţiului încălzit aferent clădirii analizate este mai mică sau egală cu 200

m2, calculul raportului R se va face pe întreaga clădire;

− dacă aria desfăşurată a spaţiului încălzit aferent clădirii analizate este mai mare de 200 m2,

calculul raportului R se va face pe o porţiune mai restrânsă, considerată reprezentativă pentru clădirea sau partea de clădire analizată.

După modul de ocupare al clădirii: cu ocupare continuă, a căror funcţionalitate impune ca temperatura mediului interior să nu scadă (în

intervalul "ora 0 ora7") cu mai mult de 7oC sub valoarea normală de exploatare. Din această categorie fac parte: creşele, internatele, spitalele, etc.;

cu ocupare discontinuă, a căror funcţionalitate permite ca abaterea de la temperatura normală de exploatare să fie mai mare de 7 oC pe o perioadă de 10 ore pe zi, din care cel puţin 5 ore în intervalul "ora 0 ora 7". Din această categorie fac parte: şcolile, amfiteatrele, sălile de spectacole, clădirile administrative, restaurantele, clădirile industriale cu unul sau două schimburi, etc.

22

Clasificarea clădirilor din punct de vedere al structurii elementelor de construcţie: Structuri cu pereţi portanţi (de rezistenţă) realizaţi din zidărie de cărămidă, piatră naturală beton

monolit sau elemente prefabricate de beton armat sau din metal; Structuri mixte realizate din cadre şi diafragme, pereţi portanţi din zidărie şi stâlpişori din beton

armat; Structuri în cadre metalice; Structuri din lemn. În funcţie de gradul de importanţă a clădirilor, aceste se clasifică, (tabelul 2.2):

Tabelul 2.2. Clasificarea clădirilor, în funcţie de categoria de importanţă, conform P 100 92-96

Clasa I Construcţii de importanţă vitala pentru societate, a căror funcţionalitate în timpul cutremurului şi imediat după cutremur trebuie să se asigure integral (spitale, staţii de salvare, staţii de pompieri, unităţi de producere a energiei electrice din sistemul naţional, clădiri care adăpostesc muzee de importanţă naţională).

Clasa II Construcţii de importanţă deosebită la care se impune limitarea avariilor avându-se în vedere consecinţele acestora (şcoli, creşe, grădiniţe, cămine pentru copii, handicapaţi, bătrâni, clădiri care adăpostesc aglomeraţii de persoane: săli de spectacole artistice şi sportive, biserici).

Clasa III Construcţii de importanţă normală (construcţii care nu fac parte din clasele I şi II, clădiri de locuit, hoteluri, construcţii industriale şi agrozootehnice curente).

Clasa IV Construcţii de importanţă redusă (conţine construcţii agrozootehnice de importanţă redusă, construcţii de locuit parter sau parter şi etaj, construcţii civile şi industriale care adăpostesc bunuri de mică valoare şi în care lucrează personal restrâns).

Conform Metodologiei de calcul al Performanţei Energetice a Clădirilor elaborată în aplicarea Legii 372/2005, clădirile, în funcţie de performanţa energetică, pot fi clasificate, de la clădiri cu eficienţă energetică ridicată, de grad A, până la clădiri cu eficienţă energetică scăzută, de grad G. Această clasificare se realizează în funcţie de consumul total de energie al clădirii, estimat prin analiză termică şi energetică a construcţiei şi instalaţiilor aferente. Notarea energetică a clădirii ţine seama de penalizările datorate utilizării neraţionale a energiei. O clădire funcţionează ca un sistem, cu multiple fluxuri şi componente interconectate (indr.clădiri). Fiecare parte a unei clădiri este în strânsă conexiune cu celelalte, orice schimbare produsă într-un loc având influenţă asupra altui loc. De aceea, în momentul în care se efectuează reabilitarea termică, trebuie ţinut seama de sarcina clădirii, efectele vântului şi ale vremii, fluxurile de umiditate, căldură şi aer.

2.2. Anvelopa clădirii

2.2.1. Noţiuni introductive

Anvelopa cădirii, văzută ca un subsistem component al clădirii, se defineşte ca “porţiunea din sistemul clădire care asigură închiderea acestuia şi ale cărei diviziuni fizice sunt în contact direct pe una din feţe cu mediul artificial, iar pe cealaltă faţă cu mediul natural exterior.” Anvelopa unei clădiri este alcătuită din totalitatea suprafețelor, elementelor de construcții perimetrale care delimitează volumul interior al unei clădiri, de mediul exterior sau de spaţii neîncălzite de exteriorul clădirii. Rolul anvelopei este acela de a separa mediul controlat, confortabil de la interior de ceea ce este afară. Menţinerea condiţiilor dorite la interior se realizează prin controlul fluxurilor de căldură, aer şi umiditate între interiorul şi exteriorul incintei (îndr.clădiri).

23

Elemente componente ale anvelopei clădirii, sunt ,conform « Metodologiei de calcul a performanţei energetice a clădirilor “ partea I– anvelopa clădirii, MC 001 / 1 – 2006:

- clasificare în raport cu poziţia în cadrul sistemului clădire:

elemente exterioare în contact direct cu aerul exterior (ex: pereţilor exteriori, inclusiv suprafaţa adiacentă rosturilor deschise); elemente interioare care delimiteazǎ spaţiile încǎlzite de spaţii adiacente neîncǎlzite sau mai puţin încǎlzite (ex: pereţii şi planşeele care separă volumul clădirii de spaţii adiacente neîncălzite sau mult mai puţin încălzite, precum şi de spaţiul rosturilor închise); elemente în contact cu solul.

- clasificare în funcţie de tipul elementelor de construcţie:

opace (ex: partea opacă a pereţilor exteriori, inclusiv suprafaţa adiacentă rosturilor); elemente vitrate – elemente al căror factor de transmisie luminoasă este egal sau mai mare de 0,05 (de exemplu: componentele transparente şi translucide ale pereţilor exteriori şi acoperişurilor - tâmplăria exterioară, pereţii vitraţi şi luminatoarele).

- clasificare în funcţie de poziţia elementelor de construcţie în cadrul anvelopei clǎdirii:

verticale – elemente de construcţie care fac un unghi cu planul orizontal mai mare de 60 grade (ex: pereţilor exteriori); orizontale – elemente de construcţie care fac un unghi cu planul orizontal mai mic de 60 grade (de exemplu planşeele de peste ultimul nivel, de sub poduri, planşeele de peste pivniţe şi subsoluri neîncălzite, planşeele care delimitează clădirea la partea inferioară, faţă de mediul exterior - bowindouri, ganguri de trecere ş.a) Calculele şi verificările termotehnice se referă la următoarele elemente de construcții perimetrale (inst. Incalzire constr.): •partea opacă a pereților exteriori, inclusiv suprafața adiacentă rosturilor deschise; •componentele transparente şi translucide ale pereţilor exteriori şi acoperişurilor (tâmplăria exterioară, pereți vitraţi şi luminatoarele); •planşeele de pe ultimul nivel, de sub terase şi poduri; •planşeele care delimitează clădirea la partea interioară faţă de mediul exterior; •planşeele de peste pivniţe şi subsoluri neîncălzite; •plăcile amplasate pe sol şi pereţii de pe conturul exterior al subsolurilor parţial sau complet îngropate în pământ; •pereţii şi planşeele care separă volumul clădirii de spaţii adiacente neîncălzite sau mult mai puţin încălzite, precum şi spaţiul rosturilor închise.

2.2.2. Reguli de măsurare a suprafeţelor anvelopei Măsurarea suprafeţelor exterioare ale anvelopei unei clădiri trebuie realizată ţinând cont de anumite reguli aflate în strânsă legătură cu procesul de transfer de căldură prin elementele constructive. Aceste reguli prevăd majorarea sau reducerea convenţională a ariei în cazul în care pierderile reale de căldură pot fi mai mari sau mai mici decât cele calculate. (Varlan) Ca reguli de măsurare pot fi amintite, conform figurii 2.1:

o dimensiunile ferestrelor, uşilor şi luminatoarelor se iau conform dimensiunilor minime ale golului;

o dimensiunile tavanului şi pardoselei se măsoară între axele pereţilor intermediari sau între axa peretelui intermediar şi suprafaţa interioară a peretelui exterior;

o dimensiunile pereţilor exteriori se măsoară: în plan orizontal – conform perimetrului exterior sau între axele pereţilor intermediari;

24

în plan vertical – pentru parter în dependenţă de particularităţile constructive ale pardoselei sau de la pardoseala finită aşezată pe pământ; pentru etajele medii – diferenţa dintre cotele de nivel ale pardoselilor finite ale etajelor vecine.

o dimensiunile pereţilor intermediari se măsoară prin interiorul încăperii.

Figura 2.1. Măsurarea dimensiunilor anvelopei

2.2.3.Pereţii exteriori

Pereţii sunt acele subansambluri constructive ale clădirii cu rol de delimitare a spaţiului interior de mediul extern, precum si de compartimentare pe funcţiuni interiorului acesteia. Pereţii sunt alcătuiţi din componente diverse: elementul de baza care poate fi din zidărie , beton, metal, lemn etc.; elementul de finisaj (interior ,exterior) sub forma de tencuieli, placaje, tapete etc. ; elemente înglobate cum ar fi: uşi , ferestre, coşuri de fum, canale de ventilaţie, hidroizolaţii,

termoizolaţii, izolaţii fonice etc. Prin noţiunea de perete se înţelege în mod obişnuit numai componenta de bază care conferă acestuia rezistenţa şi stabilitatea. După poziţia lor în ansamblul construcţiei pot fi: Pereţi exteriori, care împreună cu acoperişul fac parte din elementele de închidere ale clădirii,

delimitând spaţiul interior al acesteia de mediul exterior; Pereţii interiori, care împreună cu planşeele alcătuiesc subansamblul de compartimentare de pe

funcţiuni a clădirii. După rolul pe care îl au in construcţie pot fi:

o Pereţi structurali, denumiţi şi de rezistenţă- au rolul de a prelua si transmite, la nivelul fundaţiilor,încărcările gravitaţionale şi orizontale la care este supusă e construcţia;

25

o Pereţi de contravântuire (autoportanţi) conlucrează cu pereţii structurali pentru rigidizarea clădirii în plan orizontal dar nu preiau încărcările din planşee;

o Pereţi nestructurali, numiţi şi pereţi purtaţi au numai rol de compartimentare funcţionala la interior sau de închidere spre exterior. Aceşti pereţi nu preiau decât greutatea lor proprie şi nu au continuitate pe verticală.

Pentru economisirea energiei clădirilor, cei mai importanţi actori ai construcţiei sunt pereţii exteriori. Calitatea confortului termic din interiorul locuinţelor influenţează esenţial o proiectare corespunzătoare a modului de realizare a pereţilor exteriori. În zona lor opacă, pereţii exteriori sunt executați dintr-un singur material (monostrat)-figura 2.2.a- sau din mai multe straturi de materiale diferite (multistrat)-figura 2.2.b:

Figura 2.2. Pereţi exteriori a - monostrat, - zidărie de cărămida plină; zidărie de cărămidă eficientă GVP; zidărie de blocuri din beton celular BCA GBN35 sau GBN50, b - multistrat, -structurali din beton armat, căptuşit cu zidărie de blocuri BCA; - structurali din beton armat căptuşiţi cu termoizolaţie din polistiren celular sau vată minerală protejată cu zidărie de cărămidă eficientă; - panouri mari din beton armat de tip sandwich, cu termoizolaţie din polistiren celular sau din plăci de vată minerală

2.2.4. Suprafeţele vitrate

Cu ajutorul suprafeţelor vitrate se realizează iluminatul natural, trecerea parţială a ventilaţiei solare şi ventilarea naturală a încăperilor. Acestea sunt: tâmplăria exterioară(ferestre, uşi), pereţii vitraţi şi iluminatoarele.

Tâmplăria exterioară este compusă din ansamblul ramă (toc şi cercevea) şi folie de geam. Profilele ramei pot fi din lemn, din lemn stratificat, din PVC, din aluminiu fără sau cu baterie termica. Ca tip de deschidere ramele pot fi cuplate, simple şi duble. În figura 2.3 este prezentat geamul termopan, care este denumirea populară pentru un sandwich format din două foi de sticlă lipite perimetal prin intermediul unei baghete de aluminiu si al unor sigilanţi de tip membrană cauciucată. Rezultatul este un geam cu caracteristici de izolare termică deosebită, care păstrează transparenţa necesara spatiilor vitrate. Sticla folosită poate fi trasă sau float. Cea trasă se obţine printr-un proces mai primitiv şi are mult mai multe deficienţe de claritate, fiind des întâlnite deformările de imagine sau efectul de curcubeu. Sticla float este mai scumpă, însă elimină aceste neajunsuri. Grosimea foilor de sticlă influenţează şi ea caracteristicile termice, dar mai ales cele de rezistenţă la impact ale geamului termopan. Cel mai des folosit este geamul de 4 mm suficient de rezistent pentru ferestrele uzuale ale unei case. Pentru vitrine, terase sau ochiuri de geam de peste 2 m2 este indicat să se utilizeze măcar geam de 6 mm sau chiar tip duplex. Rezistenţa la efracţie poate fi mărită şi prin intermediul unei folii speciale antiefracţie aplicată pe interiorul foii exterioare de geam înaintea sigilării. În cazul în care tâmplăria este montată înclinat sau în

26

medii cu risc sporit (grădiniţe, spitale, instituţii publice), sticla folosită trebuie securizată în prealabil astfel încât în cazul spargerii cioburile rezultate să nu pună în pericol viaţa celor aflaţi în apropiere.

Figura 2.3. Tâmplărie exterioară: fereastră cu ramă din PVC şi geam termopan

Una dintre căile cele mai eficace de îmbunătăţire a izolaţiei clădirii este aceea de a îmbunătăţi eficienţa suprafeţelor vitrate. Acestea sunt părţile cele mai sensibile ale clădirii întrucât au valori ale coeficientului de transfer termic de 4 pana la 5 ori mai mari decât celelalte suprafeţe.

Se măreşte la maximum suprafaţa vitrata de pe partea de sud a clădirii . Daca ferestrele nu sunt eficiente, noaptea si iarna pierderea de căldură va fi mai mare.

Ferestrele cu geam termopan au valori ale rezistenţei termice cu până la 55% mai mari decât cele cu un singur geam (0,4 faţă de 0,18 m2 °K/W). Cele mai eficiente ferestre cu geam termopan permit pătrunderea a până la 80% din lumina solară şi au valori ale rezistenţei termice de aproximativ 0,5 m2 °K/W. Ferestrele cu valori ale rezistenţei de 0,7 m2 °K/W sau mai mult sunt denumite uneori "supraferestre". Multe dintre ferestrele cu geam dublu sunt umplute cu un gaz foarte bun izolator şi au acoperiri invizibile care transmit doar radiaţia cu lungimi de undă specifice. Figura 2.4 prezintă valorile coeficientului de transfer termic k pentru diverse tipuri de ferestre.

Vitrarea trebuie să permită pătrunderea a cât mai multa lumină solară, dând întotdeauna prioritate iluminării naturale. Aceasta reduce şi costul utilităţilor.

Figura 2.4. Valoarea coeficientului de transfer termic pentru diferite tipuri de ferestre Normativul C 107/0-02 recomandă pentru condiţiile climatice din România şi pentru respectarea cerinţelor de economie de energie şi de izolare termică, utilizarea ferestrelor cu trei rânduri de geam,

27

prevăzute cu măsuri de etanşare pe contur sau ferestrelor duble echipate pe cerceveaua interioară cu un geam termoizolant realizat din sticlă obişnuită, iar pe cerceveaua exterioară cel puţin cu o foaie de geam simplu sau utilizarea ferestrelor cu un singur geam termoizolant, din sticle specială, de joasă emisivitate şi eventual cu spaţiul dintre sticle umplut cu gaze mai izolante decât aerul (Argon, Kripton).

2.2.5. Terase şi planşee spre poduri neîncălzite Planșeele de terasă (figura 2.5) au, obligatoriu în componența lor și următoarele straturi: • straturi cu rol termo și hidroizolator; •beton de pantă, pentru realizarea înclinației necesare în vederea colectării apelor fluviale; •barieră contra vaporilor de apă, amplasată pe partea caldă a stratului termoizolator; •strat de difuzie sau strat de aer ventilat, amplasate deasupra elementelor din care trebuie eliminați vaporii de apă (sape,beton de pantă etc); •protecția exterioară a hidroizolației : strat de pietriș de 4 cm. grosime - la terase necirculabile , dale prefabricate din beton - la terasele circulabile, sau pelicule speciale. Planșeele spre poduri (figura 2.6) sunt prevăzute cu un strat de termoizolație (zgură,cenușă de termocentrală, vată minerală etc) protejat cu o șapă de ciment de 3 cm grosime.

Figura 2.5.1-planseu din beton armat; 2- beton de panta; 3-bariera contra vaporilor, 4- termoizolatie(polistiren, vata minerala); 5- strat de difuzie a vaporilor; 6-sapa de protective; 7- hidroizolatie; 8- nisip; 9- dale de mosaic; 10- strat de protective cu folie reflectanta; 12 – tencuiala;

Figura 2.6. Alcatuiri de planse spre pod cu polisiren; b- cu zgura expandata 1-planseu din beton armat; 2- tencuiala; 3- termoizolatie cu polistiren; 4- termoizolatie cu zgura expandata; 5-sapa de mortar din ciment

2.2.6. Planșee spre coridoare exterioare Au structura unui planșeu obișnuit la care se adaugă un strat de termoizolație, amplasat fie la interior sub pardoseală, fie la exterior, montat în cofraj odată cu turnarea betonului plăcii și protejat cu tencuială.

2.2.7.Planșee spre pivnițe și subsoluri neincalzite

Sunt prevăzute cu un strat de termoizolație (polistiren, vată minerală, vată de sticlă poliuretan etc) amplasat fie sub pardoseală, fie la intradosul planșeului(figura 2.7.).

28

La planșeele spre încăperile neîncălzite este necesar a se avea în vedere și tipul de pardoseală prevăzut. Se știe că temperatura normală a tălpii piciorului încălțat este de 29…30oC și că pierderea de căldură suferită de acesta, în direcția pardoselii, în sezonul rece, crează senzația de disconfort. La piciorul încălțat corect (pantof,ciorapi), trasferul termic se face preponderant prin convecție și radiație, iar senzația de rece depinde de temperatura pardoselii, de temperatura aerului în apropierea pardoselii și de timpul de staționare.

Figura 2.7. Alcatuiri de plansee peste pivnite si poduri neincalzite: a-termoizolatie cu polistiren sau vata mineral sub sapa; b-termoizolatie cu plabi BCA la intradosul planseului; c-termoizolatie cu spumapoliuretanica la intradosul planseului; 1-planseu din beton armat; 2-sapa de mortar din ciment; 3- termoizolatie din polistiren sau vata mineral; 4- termoizolatie din placi de BCA; 5- spuma poliuretanica; 6- mortar din ciment

La piciorul încălțat ușor sau desculț transferul termic spre pardoseală se realizează, în cea mai mare parte, prin conducție, în funcție de temperatura acesteia și de coeficientul de asimilare a căldurii de contact -b- caracteristic materialului din care este compus stratul superior al pardoselii finite(figura 2.8.):

(2.1)

unde: -λ - conductivitatea termică a materialului -p - densitatea aparentă a materialului -c - capacitatea calorică masică

Figura 2.8. Senzaţia de confort pentru talpa piciorului încălţat în functie de temperatura pardoselii a-durata de staţionare pe pardoseala[h]; b- temperatura aerului interior ;

1- prea cald; 2- admisibil; 3- răcoros; 4- rece; 5- foarte rece;

În funcție de valoarea coeficientului b, pardoselile se pot clasifica din punct de vedere al senzației de cald-rece. (tabelul 2.3)

29

Tabelul 2.3. Clasificarea pardoselilor din punct de vedere al senzatiei de cald – rece

Tipul pardoselii dupa senzatia de confort, la contact cu talpa piciorului

Coeficient de asimilare termica la contact –b-

Coeficientul de asimilare termica

Foarte cald

Cald 350…700 3,0…6,0

Optimal 700…1050 6,0…9,0

Racoros 1050…1400 9,0…12,0

Rece

Relația de corespondența între coeficientul b și coeficientul de asimilare S24 este:

= , (2.2)

unde: - perioada de oscilaţie diurnă a temperaturii exterioare. ( =24h=86400s)

În categoria perdoselilor reci sunt incluse: marmura, piatra naturală, asfaltul, betonul, mozaicul de ciment, piatră spartă, mozaicul venețian, gresia, plăcile ceramice. În categoria pardoselilor calde sunt incluse: parchetul, covorul PVC, mochetă etc (figura 2.10).

Figura 2.9. Pardoseli reci: a- beton asfaltic pentru hale industriala; b-dale din piatra

naturala; c- mosaic 1- planseu din beton armat; 2-beton asfaltic; 3mortar mixt de var

si ciment; 4 piatra naturala; 5- mozaic

Figura 2.10. Pardoseli calde: a-parchet lipit de sapa de mortar; b- covor din PVC; c- mocheta 1-planseu din beton armat; 2- termoizolatie; 3- sapa de galizare; 4- lamele de parchet; 5-covor din PVC; 6- covor tip mocheta

2.2.8. Planșee amplasate pe pământ Sunt prevăzute cu un strat termoizolator pe toată suprafața sau cel puțin pe o fâșie cu lățimea de 1,0 m pe tot conturul, amplasat fie peste placa din beton - sub pardoseală, fie sub placa din beton. Pentru reducerea pierderilor de căldură perimetrale, este obligatorie prevederea unui strat termoizolator la nivelul soclului.

2.2.9. Pereții care separă spațiile încălzite de cele adiacente neîncălzite sau mult mai puțin încălzite

30

Aceste elemente pot fi sau nu prevăzute cu un strat termoizolator. Anumite elemente de mobilier, de exemplu, dulapurile în perete sau bibliotecă pot reprezenta elemente de separare a spațiilor interioare cu rezistență la transfer termic și capacitate de acumulare a căldurii, deloc neglijabilă. În situația separării a două spații de temperaturi diferite trebuie luată în considerare rezistența termică introdusă de un astfel de element de mobilier sub forma sumei rezistențelor termice(figura 2.11.).

Figura 2.11. Schema de calcul a elementelor de mobilier interior pentru separarea spatiilor cu temperaturi diferite

Relația de calcul a rezistenței termice este:

(2.3) unde:

este rezistenţa termică superficială interioară ( = 0,125 m2K/W)

este rezistenţa termică specifică prin peretele de lemn al elementului de mobilier.

2.2.10.Considerații generale privind alcătuirea anvelopei

Din punct de vedere termotehnic, elementele de construcții care alcătuiesc anvelopa unei clădiri

sunt realizare din straturi omogene, cvasiomogene și din punți termice. Straturile omogene au grosime constantă cu caracteristici termotehnice uniforme sau care pot fi considerate uniforme. Straturile cvasiomogene sunt alcătuite din două sau mai multe materiale având conductivități termice diferite, dar care pot fi considerate ca straturi omogene având conductivități termice echivalente. Punțile termice (figura 2.11.)reprezintă zone ale anvelopei unei clădiri în care rezistența termică, altfel uniformă, este sensibil modificată ca urmare a faptului că izotermele nu sunt paralele cu suprafețele elementelor de construcții. În consecință, fluxul termic - astfel unidirecțional - este sensibil modificat. În zonele punților termice se modifică și temperaturile superficiale interioare.

Punţile termice apar acolo unde un material conductibil, cum ar fi metalul, traversează un strat izolator. Ţevile, bolţarele, grinzile, uşile, ferestrele şi zonele umede formează adesea punţi termice între suprafeţele interioare şi cele exterioare. Până la 20% din pierderile de energie ale unei clădiri se datorează punţilor termice. Pe lângă faptul ca duc la un consum mai mare de energie, fluxul de căldură

31

care se pierde prin punţile termice scade temperaturile interne de la suprafaţa şi se asociază frecvent cu apariţia condensului si mucegaiului.

Punţile termice pot fi evitate prin:

Izolare externă Îndepărtarea elementelor structurale care nu sunt necesare Ferestre compacte

Figura 2.12. Clasificarea puntilor termice: a-zone cu arii diferite la exterior fata de interior; b- zone cu grosimi si material diferite; c, e- zone cu incluziuni partiale din material cu conductivitati diferite; d, f- zone cu incluziuni totale din material cu conductivitati diferite; a, b, c, d-punti termice liniare; e, f,- punti termice punctuale. 1-punte termica punctual; 2- agrafa

Din punctul de vedere al lungimii lor, punțile termice se clasifica în: punți termice liniare, punți termice punctuale. Din punctul de vedere al alcătuirii lor, punțile termice sunt: •constructive, realizate prin incluziuni locale de materiale având o conductivitate termică diferită; •geometrice, realizate ca urmare a unor forme geometrice specifice (colțuri, schimbări ale grosimilor); •mixte, având ambele caracteristici de mai sus. Influența punților termice liniare și a celor punctuale asupra zonelor cu alcătuire omogenă se cuantifica, în calcule, prin coeficienți liniari, respectiv prin coeficienți punctuali, de transfer termic, care amplifică, sau în unele cazuri, diminuează amploarea fluxului termic unidirecțional. 2.2.11. Aria anvelopei clădirii Aceasta se calculează cu relaţia:

1

n

jj

A A

, [m2] (2.4)

unde: A – aria anvelopei – suma tuturor ariilor elementelor de construcţie perimetrale ale clădirii, prin care au loc pierderile de căldură, Aj – ariile elementelor de construcţie care intră în alcătuirea anvelopei, j=1...n, n – numărul total de elemente de construcţie din componenţa anvelopei. Ariile elementelor de construcţie care intră în alcătuirea anvelopei clădirii sunt (normativ C107/1):

o suprafaţă opacă a pereţilor exteriori; o suprafeţele adiacente rosturilor deschise şi /sau închise; o suprafeţele vitrate; o suprafaţa planşeelor de peste ultimul nivel, sub terase; o suprafaţa planşeelor de peste ultimul nivel, sub poduri; o suprafaţa planşeelor de peste pivniţe şi subsoluri neîncălzite; o suprafaţa plăcilor în contact cu solul; o suprafaţa pereţilor în contact cu solul; o suprafaţa planşeelor care delimitează clădirea la partea inferioară, de extterior

32

o suprafaţa pereţilor şi a planşeelor care separă volumul clădirii de spaţii adiacente neîncălzite sau mult mai puţin încălzite, precum şi de spaţii având alte destinaţii.

2.2.12. Volumul clădirii

Volumul clădirii reprezintă volumul delimitat pe contur de suprafeţele perimetrale care alcătuiesc anvelopa clădirii. Volumul clădirii reprezintă volumul încălzit al clădirii, cuprinzând atât încăperile încălzite direct cu elemente de încălzire, cât şi încăperile în călzite indirect, dar la care căldura pătrunde prin pereţii adiacenţi, lipsiţi de termoizolaţie semnificativă. Se consideră că fac parte din volumul clădirii; cămări, debarale, vestibuluri, holuri de intrare, casa scării, puţul liftului şi alte spaţii comune. Mansardele, precum şi încăperile de la subsol, încălzite la temperaturi apropiate de temperatura predominanta a clădirii, se includ în volumul clădirii. Conform normativului C107/1 nu se includ in volumul clădirii: - încăperile cu temperaturi mult mai mici decât temperatura predominanta a clădirii, de exemplu camerele de pubele; - verandele, precum şi balcoanele şi logiile, chiar în situaţia în care ele sunt închise cu tâmplărie exterioara. La clădirile cu terasă, în cazul în care casa scării se ridică peste cota generala a planşeului terasei, pereţii exteriori ai acesteia se consideră ca elemente ale anvelopei clădirii. La clădirile cu acoperiş înclinat, în situaţiile in care casa scării continuă peste cota generala a planşeului podului, ca elemente delimitatoare, spre exterior, se considera pereţii dintre casa scării si pod si planşeul sau acoperişul de peste casa scării. La casa scării de la parter, precum şi la holurile de intrare in clădire care au planşeul inferior denivelat, determinarea volumului şi a suprafeţei anvelopei precum şi a suprafeţelor tuturor elementelor de construcţie care separă aceste spaţii, de subsol si de aerul exterior (pereţi, planşee, rampe) se face cu luarea în consideraţie a acestei denivelări.

2.3.Instalaţiile clădirii

2.3.1. Instalaţiile de încălzire Sistemul de încălzire este format din totalitatea elementelor constructive cuplate între ele şi destinate obţinerii, transportării şi transferării cantităţii necesare de căldură aerului dintr-o incintă. Sistemul de încălzire trebuie să satisfacă următoarele cerinţe(Vârlan . Inst. Încălzire): sanitare şi igienice – menţinerea temperaturilor aerului interior şi a suprafeţelor interioare în limitele

acceptate, menţinerea uniformităţii temperaturii în planurile vertical şi orizontal ale incintei, limitarea temperaturii suprafeţelor de încălzire;

economice – investiţii capitale mici cu consum minim de materiale; constructive şi arhitectonice - să corespundă interiorului incintei, soluţiilor constructive; de producere şi montare – numărul minim de piese şi noduri tip, etc.; de exploatare – funcţionarea eficientă pe tot parcursul exploatării, fiabilitate ridicată. Schema sistemului de încălzire este prezentată în figura 2.13. Elementele constructive principale ale sistemului de încălzire sunt următoarele:

1. elementul care produce căldură – generatorul de căldură; 2. conducte de transport a căldurii de la generator la corpurile de încălzire; 3. corpuri de încălzire care transferă căldura de la fluidul din conducte la aerul din incintă.

33

Figura 2.13. Schema sistemului de încălzire. 1. generator de căldură, 2. conducte de transport ale agentului termic, 3. corp de încălzire Clasificarea generală a sistemelor de încălzire se poate face după mai multe criterii: După sursa de căldură : - Centrală (centrale termice, respectiv puncte termice), - Locală (sisteme de încălzire directă – vezi Anexa 2); După agentul termic folosit : - Apa (temperatură redusă; caldă; fierbinte), - Abur (presiune-joasa;presiune-medie), - Aer-cald; După modul de transfer de căldură predominant: - Convective (radiatoare;aparate de aer-cald; elemente de ventilarea si condiţionarea aerului). Sistemul de încălzire convectiv menţine temperatura aerului interior Ti la un nivel mai ridicat decât temperatura medie radiantă Tmr. - Radiante(încălzirea prin pardoseală, panouri radiante de tavan şi de perete, panouri radiante suspendate; radianţi cu infraroşu). Sistemul de încălzire radiant menţine temperatura radiantă la un nivel mai ridicat decât temperatura aerului interior (Tmr>Ti ).

Instalaţii de încălzire cu apă La aceste instalaţii, apa circulă în sistem, se răceşte în corpul de încălzire şi este readusă în generatorul de căldură pentru a fi din nou încălzită.

Avantaje: • Agentul termic este disponibil în cantităţi nelimitate, • Agentul termic se situează la temperaturi în limite rezonabile, • Căldura specifică mare a apei, volum redus al fluidului de transport, • Fiabilitate buna în exploatare, • Reglare uşoară (reglare centralizată, prin robineţi termostatici pe corpurile de încălzire).

Dezavantaje: • Inerţie termică ridicată, perioada lungă de intrare şi de ieşire în/din regim, • Cost de investiţie relativ mare.

1

3

2

34

Instalaţiile de încălzire cu apă funcţie de temperatura apei folosite sunt clasificate în: - instalaţii cu apă caldă cu temperaturi până la 110 °C (temperatura apei uzual nu depăşeşte 95 °C), - instalaţii cu apă fierbinte cu temperaturi de peste 110 °C.

Instalaţiile de încălzire cu apă caldă sunt foarte mult utilizate pentru încălzirea clădirilor de locuit, publice şi administrative. Instalaţiile de încălzire cu apă fierbinte sunt folosite în special la halele industriale. Instalaţiile de încălzire cu apă, funcţie de modul de circulaţie a apei se pot clasifica în (figura 2.14): • Instalaţii cu circulaţie a apei prin gravitaţie, • Instalaţii cu circulaţie a apei forţată.

Figura 2.14. Sisteme de încălzire cu apă cu a. circulaţie gravitaţională, b. cu circulaţie forţată, 1 – generator de căldură, 2 – conductă de tur, 3 – conductă de retur, 4 – vas de expansiune, 5 – corp de încălzire, 6 – pompă, 7 – dispozitiv de evacuare a aerului

Instalaţiile cu circulaţia apei calde prin gravitaţie se foloseau pentru clădiri mici. Astăzi ele sunt utilizate doar excepţional. La aceste instalaţii era utilizată proprietatea apei de a-şi schimba densitatea la răcire şi încălzire. Într-un sistem vertical închis cu repartizarea neuniformă a densităţii, sub acţiunea câmpului gravitaţional al Pământului ia naştere o presiune de circulaţie care provoacă mişcarea apei. Instalaţiile cu circulaţie forţată utilizează pompa acţionată mecanic pentru majorarea diferenţei de presiuni care duce la mişcarea apei şi astfel în sistem se creează o circulaţie forţată. Instalaţiile de încălzire cu apa funcţie de numărul de conducte se clasifică în: • Instalaţii bitubulare • Instalaţii monotubulare În sistemele monotubulare corpurile de încălzire sunt unite cu o conductă şi apa circulă consecutiv prin fiecare corp de încălzire. În sistemele bitubulare apa caldă este transportată prin conducta de tur, iar cea răcită prin conducta de retur.

Instalaţii de încălzire cu abur În corpurile de încălzire cu abur, în corpurile de încălzire aburul cedează căldură latentă de vaporizare, condensându-se. Condensatul este evacuat din corpurile de încălzire şi întors în cazanele de abur pentru prelungirea ciclului. Sistemele de încălzire cu abur au următoarele avantaje şi dezavantaje: Avantaje: • Inerţie termică redusă, perioadă scurtă de intrare în regim, • Pericol neglijabil de îngheţ, • Costurile de investiţii sunt mai mici decât la cele cu apă caldă. Dezavantaje: • Reglare centralizată dificilă,neeconomică, • Temperaturi mari ale suprafeţei, • Pericol de coroziune. Aburul ca şi agent termic se utilizează azi doar în clădirile industriale.

35

Instalaţiile de încălzire cu abur se clasifică după presiunea aburului : • De presiune redusă , p = 0,105… 0,17 MPa; • De presiune înaltă, p > 0,17 MPa • Instalaţii de abur în depresiune , p < 0,1 MPa Instalaţiile de încălzire cu presiune redusă sunt cele mai des utilizate. Instalaţiile de încălzire cu abur se clasifică în funcţie de conductele de distribuţie a aburului : • Instalaţii de încălzire cu distribuţie inferioară, • Instalaţii de încălzire cu distribuţie superioară. Instalaţiile de încălzire cu abur se clasifică în funcţie de modul de întoarcere a condensatului în cazan: Sisteme închise (figura 2.15 a); Sisteme deschise (figura 2.15 b).

Figura 2.15. Sisteme de încălzire cu abur. A. închis, b. deschis, 1 - cazan cu colector de abur, 2 – conductă de abur, 3 – corp de încălzire, 4 ,6 – conducte de condens, 5 – conductă de evacuare a aerului, 7 – vas de condens, 8- pompă de condens, 9 – colector de distribuţie a aburului.

Instalaţii de încălzire cu aer cald

Încălzirea cu aer cald se impune în cazul spaţiilor largi, dar cu înălţime mica (H<4,5m), sau a celor înalte, dar cu restricţii de natură tehnologică (unde se recomandă încălzirea radiantă); de exemplu, o hală de producţie de confecţii textile sau o hală cu mediu corosiv / exploziv / inflamabil. Avantaje ale utilizării încălzirii cu aer cald: • este un tip de încălzire mai rapid decât încălzirea clasică (cu corpuri statice), • se pretează în spaţiile în care activitatea se desfăşoară pe o perioada lungă din zi, • în spaţiul respectiv se pot face zonări de funcţionare sau de temperaturi, • faţă de sistemele clasice (cu corpuri statice), soluţia încălzirii cu aer cald este mai sigură şi mai simplă (se elimină agentul termic intermediar). Pentru încălzirea aerului dintr-o incintă se utilizează un schimbător de căldură de suprafaţă (aeroterma), în care se face transferul de căldură de la un agent termic principal (apă, abur, gaze arse) la aer ca în figura 2.16 (Încălz inst. Ind.). Aeroterma se defineşte ca un sistem de încălzire locală a aerului dintr-o încăpere, cu o anume putere termică, electrică şi debit de aer. Este o instalaţie compactă şi poate fi de două tipuri: suspendată şi de pardoseală.

36

Figura 2.16. Încălzirea cu aer cald. a. ventilare şi încălzire cu aer cald, cu aer exterior, b. încălzire cu aer cald, cu recircularea aerului, c. ventilare şi încălzire cu aer cald, cu amestec de aer interior şi exterior, 1- ventilator, 2 – schimbător de căldură, 3 – cameră de amestec, 4 – aer refulat la cameră, 5- aer admis din exterior, 6 – aer interior recirculat, 7 – amestec de aer interior şi exterior, 8 – evacuare aer în exterior. Aerul încălzit poate proveni din interiorul şi exteriorul clădirii sau se poate folosi un amestec de aer interior şi exterior. În schemele prezentate în figura 2.15, instalaţia de încălzire cu aer cald poate asigura întreaga cantitate de căldură pentru încălzire sau numai o parte. În ultimul caz este necesară combinarea cu alt sistem de încălzire, de exemplu cu corpuri încălzitoare sau cu suprafeţe radiante.

Instalaţii de încălzire cu panouri radiante

Încălzirea prin radiaţie sec referă la modul de încălzire în care temperatura medie radiantă a încăperii este mai mare decât temperatura aerului interior. Se utilizează panouri care au suprafaţa netedă. Aceste sisteme destinate pentru suprafeţe mari, medii şi mici cu înălţimi de peste 3 m, încălzesc suprafeţe şi nu volume, rezultând astfel o economie de minim 35% faţă de sistemele clasice de încălzire cu aer cald. Prin utilizarea acestui sistem, se elimină stratificarea aerului. În cazul încălzirii cu aer cald, acesta se ridică la partea superioară a halei, zona de lucru rămânând mai rece. În cazul încălzirii prin radiaţie, căldura rămâne jos, în zona de lucru. De asemenea, în cazul încălzirii prin radiaţie pierderile de căldură se reduc mult, deoarece căldura nu se mai acumulează la partea superioară a halei mărind astfel diferenţa de temperatură faţă de mediul exterior. Panourile radiante se pot monta la nivelul tavanului, pe pardoseală şi pe perete. Locul de amplasare este ales din considerente tehnologice, igienice şi tehnico-economice. În cazul utilizării panourilor radiante de tavan, principiul de funcţionare este următorul: Căldura emisa de panourile radiante se propaga sub forma de radiaţii electromagnetice şi intrând în

contact cu corpurile solide din zona de lucru le încălzeşte pe acestea; Radiaţiile termice emise în jos sunt orientate către sol, pereţi, respectiv persoanele si obiectele aflate

în spaţiul încălzit. Pardoseala si pereţii constituie o suprafaţă însemnata, astfel absorb o cantitate mare de căldura şi se încălzesc;

Aerul se încălzeşte venind în contact cu clădirea şi corpurile (convecţie secundară), astfel încât temperatura aerului va fi uniformă atât pe orizontala cât şi pe verticală. Temperatura pardoselii va fi cu 2-4°C mai înaltă faţă de alte sisteme de încălzire prin convecţie şi faţă de temperatura aerului din apropierea pardoselii;

Radiaţiile naturale, de undă lungă, ce sunt absorbite de suprafaţa corpului uman produc un efect de confort. Radiaţiile termice într-un spaţiu încălzit abia sunt percepute, dar într-un spaţiu rece produc o senzaţie de confort termic.

Ca orice alt corp de încălzire şi panourile radiante cedează căldura mediului înconjurător prin convecţie şi radiaţie termică. Caracteristica lor principală este că cedarea de căldură în proporţie de 80% se produce prin radiaţii termice, adică undele electromagnetice se transformă în căldură în zonele de lucru ale spaţiului încălzit. Astfel, în comparaţie cu încălzirea prin convecţie, gradientul de temperatură pe înălţimea spaţiului este minimă, ceea ce înseamnă că utilizarea sistemului de încălzire prin panouri radiante de tavan este mai economică şi mai plăcută din punct de vedere fiziologic.

37

Figura 2.17. Panouri radiante montate pe tavan

Transferul de căldură doar prin radiaţie este posibil doar în vid, de aceea, în realitate există şi transfer de căldură prin convecţie. Radiaţia suprafeţei panourilor nu este uniformă. Totodată datorită temperaturilor diferite ale suprafeţelor, apare mişcarea aerului în încăpere şi panourile transmit o anumită cantitate de căldură aerului aflat în contact cu suprafeţele panourilor (Vârlan).La panourile amplasate pe tavan, partea radiantă reprezintă 70-75% din transferul total. Panoul amplasat în pardoseală activează transferul termic prin convecţie, cel prin radiaţie reprezentând 30-40%. Panourile pe pereţi transmit între 30% şi 60% din căldură prin radiaţie. Undele termice transmit căldura direct şi fără pierderi la transport către toate corpurile solide din incintă. Temperatura optimă a spaţiului se obţine prin temperatura de suprafaţă a materialelor înconjurătoare şi a obiectelor de instalaţii din încăpere. Cedarea de căldură a elementelor de încălzit se realizează prin undă termică în infraroşu. Miezul panourilor radiante poate fi o rezistenţă termică nemetalică dintr-un material de carbon special. Instalarea panourilor este simplă şi acestea au numeroase avantaje, de la reducerea CO2 degajat, la scăderea costurilor pentru energie, a costurilor de instalaţii, a costurilor pentru reparaţii şi pentru revizii. De asemenea, temperatura în incintă este repartizată uniform. Ca dezavantaje se pot menţiona. Inerţia termică mare şi posibilităţi reduse de reglare, mai ales în cazul panourilor înglobate în construcţii.

2.3.2. Instalaţii de ventilare şi climatizare

Prin ventilaţie se înţelege introducerea de aer din atmosferă şi îndepărtarea aerului din interiorul incintelor în cantităţi suficiente pentru asigurarea confortului. Ventilaţia este una din principalele tehnici de îndepărtare a excesului de căldură şi de nocivităţi din interiorul incintelor închise sau de extindere în interiorul acestora a condiţiilor termice favorabile ale mediului exterior. Ventilaţia unei incinte poate fi naturală sau forţată. Ventilaţia naturală este cauzată de diferenţa de presiune dintre interiorul şi exteriorul unei incinte ca rezultat al acţiunii vântului sau a gradienţilor de temperatură. Ventilaţia nocturnă şi turnurile de răcire sunt principalele tehnici de ventilaţie naturală. Ventilaţia forţată este realizată cu mijloace mecanice, folosind ventilatoare pentru a induce şi controla curentul de aer. Ventilatoarele de tavan sau ventilatoarele portabile sunt cele mai des folosite în acest scop. O instalaţie de ventilare obişnuită se compune din:

o Priza de aer proaspăt, o Filtru de praf, o Canale de aer, o Ventilator de introducere, o Guri de refulare a aerului în încăperi, o Ventilator de evacuare.

Condiţionarea aerului implică crearea şi menţinerea unui mediu în anumite condiţii de temperatură, umiditate, circulaţie a aerului şi puritate astfel încât acesta să producă efectele dorite asupra ocupanţilor unei incinte sau a materialelor depozitate, indiferent de variaţia factorilor meteorologici şi a degajărilor interioare de căldură, umiditate, substanţe chimice. (Brujan). Instalaţiile de condiţionare au în plus faţă de instalaţiile de ventilare, baterii de răcire şi sisteme de umidificare/uscare a aerului.

38

Instalaţiile de condiţionare se pot clasifica în sisteme centrale şi sisteme independente, izolate de condiţionare. Sistemele centrale sunt alcătuite din unităţi centrale mari, unice pe clădire cu sistem de distribuţie în încăperile acesteia. Aerul din atmosferă este aspirat de unitatea centrală de condiţionare şi amestecat cu o anumită cantitate de aer recirculat. Amestecul trece apoi prin filtre pentru a îndepărta praful sau alte particule solide şi este condiţionat în funcţie de modul de operare al sistemului (răcire sau încălzire). Sistemele independente de condiţionare a aerului pot fi amplasate în orice spaţiu fără a mai fi nevoie de o unitate centrală. Instalaţiile de climatizare prezintă două regimuri caracteristice: Funcţionarea în regim de iarnă. Instalaţia asigură încălzirea, umidificare sau uscarea, filtrarea şi

înlocuirea parţială sau totală a aerului din clădire. Funcţionarea în regim de vară. Instalaţia asigură răcirea, umidificarea sau uscarea, filtrarea şi

înlocuirea parţială sau totală a aerului din clădire.

2.3.3. Instalaţiile sanitare

Instalaţiile sanitare asigură furnizarea apei reci şi a apei calde la punctele de consum ale obiectelor sanitare din clădire; apele uzate rezultate după folosire sunt colectate şi evacuate la exterior în sistemul de canalizare.

Instalaţiile sanitare interioare din clădiri se compun din (Indr. Ef. Cladiri):

sursa de apă (reţeaua orăşenească, care trebuie să asigure presiunea şi debitul necesare);

reţeaua conductelor de alimentare cu apă din clădire: conducta de distribuţie, coloanele şi legăturile la obiectele sanitare;

obiectele sanitare şi armăturile de utilizare a apei;

reţeaua conductelor de canalizare (cu funcţionare prin gravitaţie).

În cazul în care reţeaua orăşenească nu poate asigura presiunea apei, necesară unei bune utilizări la consumator, se prevede la intrarea apei în clădire o staţie de pompare cu recipient de hidrofor. Apa caldă menajeră este furnizată, fie de la un punct termic sau centrală termică, exterioare clădirii deservite, fie de la surse locale amplasate în clădire (cazane cu gaze, preparatoare electrice etc.). Conceperea şi realizarea instalaţiilor sanitare se face în conformitate cu prevederile Normativului I 9-94 “Normativ pentru proiectarea şi executarea instalaţiilor sanitare”.

2.3.4. Instalaţii electrice

Prin instalaţii electrice se înţeleg acele instalaţii care sunt destinate a folosi energia electrică pentru forţă, iluminat si alte scopuri industriale sau casnice.

Din punctul de vedere al locului unde se executa, instalaţiile electrice se împart în: 1. Instalaţii interioare, care cuprind conductoarele cu toate elementele accesorii de montaj, întrerupere, protecţie ce se montează în interiorul clădirilor de orice fel;

2. Instalaţiile exterioare, la care elementele instalaţiei sunt montate in afara clădirilor.

Din punctul de vedere al tensiuni,i instalaţiile electrice de joasa tensiune, care funcţionează la tensiuni pana la 1000 V, se împart in:

1.Instalatii electrice cu tensiunea intre conductor şi pământ până la 250 V; 2.Instalatii electrice cu tensiunea intre conductor şi pământ peste 250 V.

După modul in care se executa, instalaţiile electrice se împart in:

1. Instalaţii electrice executate aparent, la care conductoarele electrice, prizele, întreruptoarele, sunt montate in mod vizibil.

2. Instalaţii electrice executate îngropat, la care conductoarele electrice nu se vad.

39

Instalaţiile electrice obişnuite se împart în două mari tipuri: instalaţii electrice de iluminat şi instalaţii electrice de forţă.

Instalaţiile electrice de iluminat asigură, într-o încăpere sau zonă de lucru, vizibilitatea bună a sarcinilor vizuale şi realizarea acesteia în condiţii de confort vizual, atât în lipsa totală a iluminatului natural (diurn) cât şi în situaţia în care acesta este insuficient. Sistemele de iluminat trebuie să corespundă atât din punct de vedere al confortului vizual ( funcţional), din punct de vedere estetic (să satisfacă exigenţele impuse de arhitect), economic, cât şi din punct de vedere energetic. Iluminatul este însoţit de degajări de căldură (sporuri), care pot fi favorabile pe durata sezonului rece (micşorează necesarul de căldură), dar defavorabile pe durata sezonului cald (măreşte sarcina termică ce trebuie evacuată). În contextul preocupării tot mai accentuate asupra controlului emisiilor de carbon, încălzirii globale si prelungirii duratei de viata a clădirilor, precum si asupra unei eficiente energetice superioare a clădirilor, concepţia iluminatului trebuie sa tina seama de utilizarea luminii naturale, capabila sa contribuie la reducerea substanţiala a necesarului de iluminat electric, precum si la reducerea necesarului de încălzire si de răcire.

Figura 2.18. Combinarea luminii artificiale cu cea naturală

Instalaţiile electrice de forţă asigură alimentarea cu energie electrică a receptoarelor electrice. Receptoarele electrice sunt aparate care transformă energia electrică într-o altă formă de energie utilă omului cum ar fi:

motoarele (transformă energia electrică în energie mecanică);

cuptoarele electrice (transformă energia electrică în energie termică);

transformatorul electric (transformă energia electrică de anumiţi parametrii în energie electrică de alţi parametrii).

Sursa de lumină artificială poate fi radiaţia termică a unei flăcări (rezultată din arderea unui combustibil precum ceara, gazul, lemnul) sau de natură electrică. O instalaţia electrică de iluminat se compune din:

a) Surse de lumină (lămpile), care pot fi:

lămpi cu incandescenţă,

lămpi cu ciclu regenerator cu halogen,

lămpi fluorescente (tubulare sau compacte),

lămpi cu descărcare în vapori (de sodiu de joasă sau înaltă presiune, de mercur de joasă sau înaltă presiune),

lămpi cu descărcare în gaze sau amestecuri de gaze şi vapori metalici de joasă presiune,

lămpi cu inducţie.

b) Corpuri de iluminat (aparate electrice), având următoarele roluri:

susţin mecanic sursa de lumină (lampa sau lămpile);

asigură alimentarea cu energie electrică a lămpii (lămpilor);

40

distribuie fluxul luminos în mod convenabil (în funcţie de activitatea care se desfăşoară în încăpere sau zonă). Corpul de iluminat îndeplineşte şi o funcţie estetică.

c) Circuite electrice de iluminat ce se compun din ansamblul de conductori şi tuburi de protecţie, cabluri şi aparatele de mică comutaţie (întrerupătoare, butoane, comutatoare) amplasate în încăperi.

d) Tablouri electrice de iluminat, reprezentând părţi ale instalaţiei electrice de iluminat prin care se realizează distribuţia energiei electrice. Tablourile electrice constituie totodată şi locul unde se montează echipamentele electrice pentru: acţionare, protecţie, măsură, comandă, automatizare etc.

Instalaţia electrică de forţă se compune din:

a) Receptoare electrice (care pot fi monofazate sau trifazate, fixe sau mobile).

b) Conductoare şi tuburi de protecţie, cabluri, împreună cu aparate de acţionare, comandă sau protecţie prevăzute în afara tablourilor electrice.

c) Tablouri electrice de forţă, prin care se realizează distribuţia energiei electrice şi în care se montează aparatele de protecţie, măsură, comandă, acţionare, automatizare etc.

Dimensionarea şi proiectarea corespunzătoare a sistemelor de iluminat artificial în vederea asigurării confortului vizual prin respectarea factorilor cantitativi şi calitativi impuşi de normativul in vigoare, precum şi a implementării unor soluţii performante din punct de vedere energetic se fac luând în considerare următoarele aspecte (articol - Hrisia Moroldo):

alegerea adecvată a echipamentelor electrice din punct de vedere funcţional; alegerea judicioasă a echipamentelor electrice utilizate, astfel încât instalaţia de iluminat să

prezinte un grad ridicat al eficienţei energetice; alegerea adecvată a tipului de sistem de iluminat din punct de vedere al distribuţiei fluxului

luminos în spaţiu; implementarea unor sisteme de iluminat mixte daca este cazul; utilizarea metodelor de calcul precise pentru stabilirea soluţiei luminotehnice; utilizarea programelor de calcul specializate pentru o dimensionare corectă a soluţiilor de

iluminat în vederea evitării supradimensionării sau subdimensionării sistemelor de iluminat artificial.

41

3. PROTECŢIA TERMICĂ A CLĂDIRILOR

3.1. Protecţia termică a anvelopei clădirilor

Anvelopa clădirii este alcătuită din elementele de închidere, prin proprietăţile lor, au un rol hotărâtor în realizarea confortului. Elementele de închidere a unei clădiri sunt caracterizate prin dimensiuni geometrice finite şi prin anumite caracteristici termofizice cum ar fi conductivitatea termică, permeabilitatea la aer şi vapori, etc. Din punct de vedere al protecţiei termice, aceste elemente este important să asigure (Sotir Dumitrescu):

realizarea unui climat interior confortabil (în conformitate cu destinaţia clădirii) în condiţiile reducerii pierderilor de căldură către exterior;

evitarea condensării vaporilor de apă atât la suprafaţa interioară a elementelor de construcţie, cât şi în interiorul acestora;

realizarea unei stabilităţi termice necesare limitării oscilaţiilor temperaturii aerului interior şi pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie;

realizarea unei rezistenţe la infiltraţiile de aer pentru reducerea pierderilor de căldură corespunzătoare încălzirii acestora.

Elementele de închidere ale clădirilor sunt acoperişul şi pereţii exteriori. Acestea se realizează din elemente opace şi elemente vitrate. Elementele vitrate, care asigură iluminatul natural, oferă o protecţie termică mult mai redusă decât cele opace, de aceea ponderea lor în întregul ansamblu de închidere se rezumă la strictul necesar asigurării iluminatului natural (Inst. Incalz). Pentru asigurarea unei protecţii termice eficiente se folosesc materiale termoizolante. Grosimea stratului de material termoizolant influenţează direct protecţia termică. Creşterea grosimii duce la reducerea pierderilor de căldură şi implicit la reducerea puterii necesare a instalaţiei de încălzire şi, deci, a consumului de combustibil. În acelaşi timp, mărirea izolaţiei termice conduce la creşterea costului acesteia. Soluţia de alcătuire a elementelor de închidere, atât a celor vitrate, cât şi a celor opace, influenţează în mod direct (Virlan) costul investiţiei pentru partea constructivă, pentru instalaţia de încălzire, consumul de energie folosit sub formă de combustibil pentru producerea căldurii în instalaţia de încălzire, consumul de energie înglobată în partea de construcţii şi în partea de instalaţii de încălzire. Energia înglobată este energia consumată sub formă de combustibil sau energie electrică la producerea materialelor folosite în construcţia respectivă, începând cu materia primă până la forma lor finită, precum şi pentru transportul lor.

3.2. Izolaţia termică

Izolarea termică a anvelopei unei clădiri are ca efect evident diminuarea pierderilor de căldură şi implicit micşorarea consumului de combustibil, reducând astfel cheltuielile de exploatare necesare pentru încălzirea clădirilor. De asemenea, sporirea gradului protecţiei termice a construcţiilor este necesară pentru diminuarea emisiilor nocive, în special a celor de bioxid de carbon, care accentuează efectul de seră la nivel global precum şi creşterea gradului de confort şi îmbunătăţirea condiţiilor de igienă.

Conform normativului C 107/0-02, prin izolarea termică a clădirilor se urmăreşte: · asigurarea unei ambianţe termice corespunzătoare în interiorul spaţiilor închise; · eliminarea riscului de condens pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie; · evitarea acumulării de apă în structura elementelor de construcţie ca urmare a condensării vaporilor de apă în structura lor; · reducerea consumurilor energetice în exploatare.

42

Există un număr de elemente de construcţie cărora trebuie să li se asigure o anumită capacitate de izolare termică. Acestea sunt: · elemente ce separă mediul exterior de mediul interior, cu temperaturi diferite; · elemente interioare de compartimentare care delimitează spaţii închise cu temperaturi de exploatare care diferă între ele cu mai mult de 5oC.

Izolarea termică a anvelopei presupune utilizarea raţională în alcătuirea anvelopei unei clădiri, a unor materiale ce împiedică transmiterea căldurii interior-exterior, iarna, exterior-interior, vara. Acesta înveleşte anvelopa clădirii pentru a-i reduce pierderile de căldură spre exterior. Aerul în repaus nu este bun conductor termic, astfel că el reprezintă în principiu un izolant relativ bun. Însă, în spaţii mai mari, precum cavităţile din pereţi, căldura se poate pierde totuşi prin convecţie şi radiaţie. Rolul izolaţiei este exact acela de a diviza volumul de aer în compartimente suficient de mici pentru a împiedica formarea curenţilor convectivi, aerul rămânând în repaus. În acelaşi timp, materialul izolator reduce radiaţia de la o suprafaţă la alta a compartimentului cu aer.

Materialele folosite în mod curent pentru izolare termică, denumite materiale termoizolante, au conductivitate termică şi densitate reduse, sunt de natură organică sau anorganică şi se prezintă sub formă de plăci, blocuri, saltele etc. Proprietăţile lor şi domeniile de aplicabilitate sunt în general bine cunoscute, ca şi soluţiile constructive în a căror alcătuire sunt incluse: structuri omogene uşoare, structuri stratificate compacte, structuri ventilate, acoperişuri verzi, pereţi cu izolaţie transparentă, etc.

Materialele termoizolatoare se pot clasifica conform tipului:

Vegetale: plută, fibre de lemn, in, paie, etc. Minerale: fibră de sticlă, vata minerală, argila expandată, carburi metalice, sticlă spongioasă, etc. Materiale sintetice: polistiren expandat, spume fenolice şi poliuretan, PVC, etc.

Vata minerală (figura 3.1) se realizează prin topirea la temperaturi înalte a rocii de bazalt, şi prin centrifugarea materialului obţinut, până când ajunge să formeze fibre. Peste aceste fibre se aplică o substanţă răşinoasă care împiedică degajarea prafului din produs şi care capătă o rezistenţă crescută la orice acţiune mecanică, făcând ca vata minerala să-şi păstreze dimensiunile şi forma. Poate fi găsită cel mai adesea sub forma de rulouri, saltele, dar şi de plăci termoizolante şi poate fi aplicata atât în interior cât şi la exterior, prin montare în dibluri sau pur şi simplu prin ataşarea cu ajutorul unui liant puternic. Pentru faţadele ventilate, se poate aplica un adeziv la rece care fixează materialul pe perete. Vata minerală este un material izolator foarte eficient si flexibil ce este compatibil cu foarte multe lucrări efectuate în aproape orice zona din casa, începând cu pardoseala şi terminând cu acoperişurile mansardate. Datorita flexibilităţii si densităţii materialului, acest tip de izolaţie nu este doar termica, ci şi fonică. Vata minerală se poate folosi şi pentru structuri de lemn, cum ar fi căpriorii uşilor şi ferestrelor, dar şi pentru izolarea podurilor şi mansardelor din lemn necirculabile.

Figura 3.1. Izolare cu vată minerală

Plăcile de polistiren sunt o variantă ceva mai ieftină a vatei minerale şi foarte potrivite pentru hidroizolaţie. Termoizolarea unei locuinţe cu polistiren prezintă anumite avantaje deosebit de importante. Prin intermediul acestui material are loc creşterea eficientă a termoizolarii pereţilor si eliminarea punţilor termice. Plăcile de polistiren au o greutate redusa care nu afectează structura de

43

rezistenţă a clădirii. Polistirenul permite refacerea fatţadei şi păstrarea detaliilor arhitecturale şi oferă posibilitatea mascării eventualelor fisuri ale pereţilor. Plăcile de polistiren (figura 3.2), expandat sau extrudat, sunt folosite cu precădere in izolaţiile de exterior: terase, balcoane, acoperişuri. Polistirenul expandat are diferite densităţi si este folosit pentru izolarea termică a pereţilor în timp ce polistirenul extrudat (cu o densitate mai ridicata) este folosit cu precădere la izolarea termica a pereţilor fundaţiilor şi a pardoselilor. Cel din urma, având o densitate mai mare are si rezistenta mărită si se poate turna şapă şi se poate fixa parchet deasupra acestuia.

Figura 3.2. Plăci de polistiren

Cu o bună rezistenţă la condiţiile meteo (îngheţ/dezgheţ, înfiltraţii), plăcile de polistiren sunt de preferat celor din vata minerală, datorita uşurinţei cu care se montează. Fixarea se face tot prin dibluri sau printr-un adeziv special şi necesită mult mai puţină muncă. Pentru realizarea unei termoizolaţii de calitate a podelelor şi pentru un aspect uniform al suprafeţelor, se recomandă folosirea şapei mecanizată. Utilizarea acesteia impune câteva recomandări: nu se toarnă sub 5oC, iar la grosimi de peste 5 cm se armează cu plasa de sârmă. Şapa mecanizată turnată la exterior trebuie urmărită permanent pentru a nu se fisura, până la uscarea completa.

Există şi alte tipuri de materiale cu proprietăţi termice superioare în curs de introducere în practica (Bliuc):

materiale izolante sub formă de straturi subţiri asociate cu folii reflectante, care au rolul de a reflecta radiaţia infraroşie şi deci de a suprima transferul de căldură prin radiaţie. FFoolloossiirreeaa mmaatteerriiaalleelloorr tteerrmmooiizzoollaannttee bbaazzaattee ppee rreefflleexxiiaa rraaddiiaaţţiieeii şşii bbaarriieerreellee tteerrmmiiccee rreeaalliizzeeaazzăă aacceesstt lluuccrruu eeccoonnoommiissiinndd eenneerrggiiaa nneecceessaarrăă îînnccăăllzziirriiii şşii nneevvooiiii ddee rrăăccooaarree cceeeeaa ccee dduuccee llaa rreedduucceerreeaa cchheellttuuiieelliilloorr;;

materiale izolante sub vid obţinute prin evacuarea aerului dintr-un suport fibros sau celular ambalat intr-o foaie etanşă; printre acestea nanogelul de siliciu prezintă proprietăţi speciale, fiind mai puţin conductiv decât aerul la presiune normală;

În normativul C107/0+02, Normativ pentru proiectarea şi executarea lucrărilor de izolaţii termice la clădiri, se prezintă caracteristicile termotehnice ale unor materiale termoizolante utilizate în mod curent. În tabelul 3.1 sunt date conductivităţile termice ale unor materiale termoizolante.

Tabel 3.1. Valori ale conductivităţii termice ale unor materiale termoizolante

MATERIAL CONDUCTIVITATE TERMICĂ [W/MK]

Poliuretan 0,018 Polistiren extrudat 0,035 Polistiren expandat 0,04 Vată minerală 0,041 Plută 0,045

Modul de montare a izolaţiei pe peretele exterior al unei clădiri este prezentat în figura 3.3:

44

Figura 3.3. a. perete exterior cu alcătuire compactă, cu inerţie termică mică, b. perete exterior cu alcătuire compactă cu inerţie termică medie, c. perete exterior cu alcătuire compactă, cu inerţie termică mică

Pentru economisirea energiei clădirilor, cei mai importanţi factori ai construcţiei sunt pereţii exteriori. Calitatea confortului termic din interiorul locuinţelor influenţează esenţial o proiectare corespunzătoare a modului de realizare a pereţilor exteriori. Pereţii exteriori clasici cu un singur strat nu asigură cerinţele termoizolante, nici cerinţele fonice ale interiorului clădirii, de aceea se propun construcţii cu mai multe straturi, eventual sisteme ulterioare de protecţie termică. O însemnătate esenţiala la clădirile nou construite si la cele renovate o are întotdeauna izolaţia termica. Izolarea externă a pereţilor de zid are beneficiul că păstrează structura caldă. Masa termică a pereţilor de zid externi ajută la menţinerea temperaturii stabile – acumulând căldura iarna şi reducând pătrunderea razelor solare vara. Izolarea externă a pereţilor este adecvată pentru proiectele noi şi de renovare.

Multe dintre clădirile vechi, în special cele construite în anii 60 şi 70, suferă datorită deteriorării materialului extern al peretelui, penetrării apei, condensului şi pierderii excesive a căldurii datorită lipsei unei izolaţii adecvate. În proiectele de renovare şi reabilitare, izolarea externă este de obicei combinată cu înlocuirea ferestrelor astfel evitându-se un blocaj termic. Montarea izolaţiei şi aplicarea tencuielii este prezentată în figura 3.4:

Figura 3.4. Aplicarea izolaţiei şi a tencuielii pe peretele exterior al unei clădiri

45

Din punctul de vederea al fizicii construcţiilor, în zonele cu clima rece, soluţia optimă de izolaţie termica, este cea pe suprafaţa exterioara a clădirii, micşorându-se riscul apariţiei condensării interstiţiale a vaporilor de apa; în cazul acestei soluţii şi structura va fi protejata termic, iar capacitatea acesteia de a stoca căldura va fi utilizata din plin. Atunci când nu este posibilă aplicarea izolaţiei la exteriorul pereţilor, aceasta se poate aplica şi la interior (figura 3.5.) şi poate fi folosită pentru:

Căptuşirea pereţilor solizi, noi, care prezintă blindaj extern sau tencuială, Îmbunătăţirea pereţilor solizi, existenţi pentru a ameliora izolaţia termică.

Figura 3.5. Aplicarea izolaţiei termice pe interiorul unui perete

Plasarea izolaţiei pe partea internă a unui perete exterior, îmbunătăţeşte timpul răspunsului termic al clădirii şi este adecvat pentru un regim intermitent de încălzire. La folosirea izolaţiei interne trebuiesc luate în calcul următoarele probleme:

Blocaj termic – când izolaţia este întreruptă la joncţiuni, acolo unde se separă pereţii şi la deschizături;

Infiltrarea aerului – prevenirea trecerii aerului de la cavitate, în spatele izolaţiei, înspre clădire; Condensul pereţilor din zid – încorporarea unui strat de combatere a vaporilor pe partea caldă a

izolaţiei; Igrasia – unii dintre pereţii solizi existenţi pot avea temporar igrasie, aceasta trebuie curăţată

înainte de a începe lucrul.

Mărimea izolaţiei termice se alege funcţie de mai mulţi factori:

Normativele în domeniul reabilitării termice a clădirilor pot cuprinde specificaţii asupra grosimii izolaţiei care trebuie adăugate.

Starea şi grosimea izolaţiei existente impun grosimea şi felul izolaţiei care trebuie adăugate.

Modul în care este construită casa determină câtă izolaţie poate fi practic adăugată.

Derularea altor lucrări de reabilitare poate permite re-izolarea casei la un nivel superior.

3.3.Determinarea rezistenţelor termice specifice ale

elementelor de construcţie opace

3.3.1. Rezistenta termică specifică a unui strat omogen

Rezistenţa termică specifică a unui strat omogen al elementului de construcţie se determină cu relaţia:

46

dR

[m2 K/W], (3.l)

în care: d – grosimea de calcul a stratului în m, λ - conductivitatea termică de calcul a materialului. La straturile la care grosimea finală, după punerea în operă, este mai mică decât grosimea iniţială, în calcule se consideră grosimea finală (după tasare). În cazurile în care abaterea negativă admisă la grosimea straturilor este semnificativă, grosimea de calcul a stratului se va considera egală cu grosimea minimă admisă. Rezistenţele termice ale straturilor omogene se calculează cu 3 zecimale.

3.3.2. Rezistenţa termică specifică a unui strat neomogen

În practica realizării elementelor de construcţie se întâlnesc şi elemente neomogene, formate din mai multe straturi sau zone aşezate fie perpendicular pe direcţia fluxului termic (figura 3.6), paralel cu direcţia fluxului termic (figura 3.7).

Pentru un element de construcţie neomogen, format din “n” straturi perpendiculare pe direcţia fluxului termic, se pot scrie relaţiile (Sotir Dumitrescu): qqqq n21 (3.2.)

şi 1 2 nT T T T (3.3.)

unde: q1, q2, …., qn sunt fluxurile termice unitare prin fiecare din cele “n” straturi ; q - fluxul termic unitar total prin elementul de construcţie neomogen; ΔT1, ΔT2,….., ΔTn – căderile de temperatură pe fiecare strat al elementului de construcţie; iar ΔT căderea totală de temperatură pe elementul de construcţie.

Figura 3.6. Elemente de construcţie neomogene cu straturi paralele cu direcţia fluxului termic (a.) sau straturi perpendiculare şi paralele cu direcţia fluxului termic (b.,c.,d.).

Pentru fiecare strat se poate scrie, ţinând cont de relaţia 3.2.:

i

i

Tq

R

(3.4.)

în care, în afara notaţiilor definite anterior, s-a notat cu Ri rezistenţele termice ale celor “n” straturi. Rezistenţa termică echivalentă a unui element de construcţie neomogen format din mai multe straturi perpendiculare pe direcţia fluxului termic este:

T

Rq

(3.5.)

sau, ţinând cont de relaţia 3.3.:

1 21 2

nn

T T TR R R R

q

(3.6.)

În practică, straturile de material prezintă straturi de aer, care introduc la rândul lor o rezistenţă termică

Ra. Ţinând cont de această rezistenţă termică şi de relaţia 6.1., rezistenţa termică echivalentă R a unui

element de constucţie neomogen este:

a. b.

c. d.

material suport

material termoizolant

47

1 2

1 2

.... na

n

R R

(3.7.)

În cazul elementelor de construcţie neomogene formate din “n” zone paralele cu fluxul termic (figura 3.6.a.) se pot scrie relaţiile:

n21 QQQQ (3.8)

1 2 nT T T T (3.9.)

unde Q este fluxul termic total de căldură transmis prin elementul de construcţie neomogen; Q1, Q2,… Qn - fluxurile termice transmise prin fiecare zona (omogenă) a elementului de construcţie; iar ΔT1, ΔT2,….., ΔTn, ΔT - căderile de temperatură pe fiecare zonă al elementului de construcţie, respectiv pe întregul element.

Ţinând cont de relaţiile dintre fluxurile termice şi fluxurile termice unitare, se poate scrie:

1 1 2 2 n nA q A q A q A q (3.10.)

în care q1, q2,….., qn sunt fluxurile termice unitare prin fiecare dintre cele “n” zone paralele cu fluxul termic; q – fluxul termic unitar echivalent prin elementul de construcţie neomogen; A1, A2,…. , A∑ - suprafeţele celor “n” zone, respectiv suprafaţa totală a elementului de construcţie: 1 2 nA A A A (3.11)

Pentru fiecare zonă se poate scrie, ţinând cont de relaţia 3.2.:

ii

i

Tq

R

(3.12.)

în care, în afara notaţiilor definite anterior, s-a notat cu Ri rezistenţele termice ale celor “n” straturi, calculate cu relaţia 3.1.

Rezistenţa termică echivalentă a unui element de construcţie neomogen format din mai multe straturi paralele cu direcţia fluxului termic este:

II

TR

q

(3.13.)

sau, ţinând cont de relaţia 3.9. – 3.12.:

1 2

1 2

1 2

nII

n

n

A A AR

AA A

R R R

(3.14.)

În cazul cel mai general, un element de construcţie are anumite zone formate la rândul lor din mai multe straturi (figura 3.7.).Rezistenţa termică echivalentă a unui astfel de element de construcţie se poate determina în două moduri:

se împarte elementul în straturi prin plane perpendiculare pe direcţia fluxului termic (figura 3.7.a.). Pentru straturile neomogene, formate din mai multe zone, se determină rezistenţa termică cu relaţia 3.14. Rezistenţa termică echivalentă a elementului tR se determină cu relaţia 3.7;

Figura 3.7. Element de construcţie real: a - împărţire în straturi (prin plane perpendiculare pe direcţia fluxului termic); b - împărţire în zone (prin plane paralele cu direcţia fluxului termic)

a.

strat 1

strat 2 strat 3

b.

zona

1

zona

2

zona

3

zona

4

zona

5

48

se împarte elementul în zone prin plane paralele cu direcţia fluxului termic (figura 3.7.b.). Pentru

zonele neomogene , formate din mai multe straturi, se determină rezistenţa termică cu relaţia 3.7.

Rezistenţa termică echivalentă a elementului tIIR se determină cu relaţia 3.14.

Cele două rezistenţe termice echivalente tR şi tIIR au valori diferite, iar valoarea reală a

rezistenţei termice Rt a elementului de construcţie se găseste între cele două valori (figura 3.8.)

Figura 3.8. Variaţia raportului dintre rezistenţa termică R0 a unui bloc omogen şi rezistenţa termică Rl a aceluiaşi bloc dar cu un miez de material termoizolant foarte puternic (λI≈0) de lungime “l”.

Normativul C 107-3 recomandă utilizarea noţiunii de strat cvasiomogen, un strat în care în anumite condiţii să se înlocuiască materiale cu conductivităţi termice diferite cu un material având o conductivitate unică, echivalentă. Ca exemple de straturi cvasiomogene se pot da zidăriile (alcătuite din cărămizi sau blocuri + mortar), precum şi straturile termoizolante din cadrul elementelor de construcţie tristrat, prin care trec ancore din oţel inoxidabil de diametre reduse, dispuse uniform pe suprafaţa elementului de construcţie. Rezistenţa unui astfel de strat se calculează cu relaţia 3.1, la care în loc de conductivitatea termică λ se utilizează o conductivitate termică echivalentă λe.

3.3.3. Rezistenţele termice superficiale Rezistența termică specifică unidirecțională a unui element de construcții alcătuit din unul sau mai multe straturi din materiale omogene, fără punți termice, inclusiv, din eventuale straturi de aer neventilat, dispuse perpendicular pe direcția fluxului termic, se calculează cu relația:

R= + + + , (3.15)

în care: - , sunt rezistenţe termice superficiale determinate cu relaţiile = , = .

Metoda tR (a) Metoda tIIR (b) În realitate (c)

l

0,2

0,1

R0 Rl

0,6

0,2

0,4

0,8

1,0

0,00

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

l [m]

I

λII >> λI

II

Rl dupa metoda tR (a)

Rl dupa metoda tIIR (b)

Rt (c)

49

Rezistenţele termice superficiale se consideră în calcule în conformitate cu tabelul 3.2 , în funcţie de direcţia şi sensul fluxului termic, conform normativului C 107-3. La determinarea rezistenţelor termice ale elementelor de construcţie interioare, pe ambele suprafeţe ale elementului se consideră valori αi = αe = 8W/(m 2 K). În spaţiile neîncălzite, indiferent de sensul fluxului termic, se consideră αi = αe=12W/(m2 K).

Tabelul 3.2. Coeficienti de transfer termic superficial / în W/ şi rezistenţele

termice superficiale / , în /W

Elemente de construcţii în contact cu: • exteriorul • pasaje deschise (ganguri) • rosturi deschise

Elemente de construcţii în contact cu spaţii ventilate neîncălzite: • subsoluri şi pivnite •poduri •balcoane şi logii închise •rosturi închise •alte încăperi

Direcţia şi sensul fluxului termic

/ / / /

8/0,125 24/ ) 8/0,125 12/0,084

8/0,125 24/ ) 8/0,125 12/0,084

6/0,167 24/ ) 6/0,167 12/0,084

- rezistențele termice ale straturilor de aer neventilate (tabelul 3.3.) se iau în funcție de direcția și sensul fluxului termic și de grosimea stratului de aer; valorile din tabel, din coloana ”flux termic

orizontal” sunt valabile și pentru fluxuri termice înclinate cu cel mult 30 față de verticală, iar cele din

coloanele “flux termic vertical” sunt valabile și pentru fluxuri înclinate cu cel mult 30 față de orizontală ;

- - rezistența termică specifică a unui strat omogen al elementului de construcții se determină cu relația:

= , (3.16)

în care: -d - grosimea de calcul a stratului în m ; - λ - conductivitatea termică de calcul a materialului în W/mK;

Tabelul 3.3. Rezistentele termice ale straturilor de aer neventilate

Directia si sensul fluxului termic

Vertical

Grosimea stratului de aer

Orizontal

Ascendent descendent

5 0,11 0,11 0,11

7 0,13 0,13 0,13 10 0,15 0,15 0,15

15 0,17 0,16 0,17 25 0,18 0,16 0,19

50 0,18 0,16 0,21

100 0,18 0,16 0,22

300 0,18 0,16 0,23

50

În calculul unidirecțional, suprafețele izoterme se consideră că sunt paralele cu suprafața

elementului de construcții. La elementele de construcţii cu permeabilitate la aer ridicată, determinarea rezistenţei termice specifice unidirecţionale se face cu luarea în considerare a prevederilor STAS 6472/7.

3.3.4.Rezistenţa termică minimă necesară

Pentru a putea să asigure un anumit grad de confort la interior, rezistenţa termică a peretelui

trebuie să depăşească anumite valori minime stabilite prin calcul, care asigură acest nivel de confort. Trebuie să fie îndeplinite trei condiţii:

evitarea condensului pe suprafaţa interioară a peretului; evitarea disconfortului datorat radiaţiei reci a peretelui; condiţie tehnico-economică.

Rezistenţa termică a peretelui, pentru calculul de proiectare, se va alege ca maxima dintre cele

trei condiţii enunţate mai sus. În regim termic staţionar, se poate scrie relaţia:

1 1

i pi i e

i

T T T TR R

(3.17)

unde, în afara notaţiilor definite anterior, s-au mai notat cu Ti, Te şi cu Tpi temperaturile aerului interior, ale aerului exterior şi ale peretelui la suprafaţa interioară.

Rezultă:

ipi i i e

RT T T T

R (3.18)

În regimul termic nestaţionar real la care este supus un element de construcţie, trebuie ţinut cont de inerţia termică a acestuia, şi ca urmare, relaţia 3.18 devine:

ipi i i e

RT T m T T

R (3.19)

în care m este coeficientul de masivitate termică a elementului de construcţie.

Pentru ca vaporii de apă să nu condenseze pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie, trebuie ca temperatura peretelui la suprafaţa interioară determinată cu relaţia 3.19 să îndeplinească condiţia: pi rT T (3.20)

unde Tr este temperatura punctului de rouă a aerului interior.

Îndeplinirea condiţiei 3.20 se face atât pentru câmpul curent al elementului de construcţie cât şi în dreptul punţilor termice.

Pentru realizarea confortului termic este necesar ca pentru un element de construcţie (cu

excepţia suprafeţelor vitrate) să fie valabilă relaţia:

maxi i pi iT T T T (3.21)

în care maxiT este diferenţa maximă de temperatură admisă între aerul interior şi suprafaţa interioară a

elementului de construcţie, valoare dată de normative pentru tipuri caracteristice de element de construcţie (perete lateral, acoperiş, pardoseală) şi în funcţie de destinaţia incintei. Cu cât rezistenţa termică a peretelui este mai mare cu atât şi diferenţa dintre temperatura aerului interior şi temperatura suprafeţei interioare a peretelui este mai scăzută, iar discvonfortul radiaţiei reci este mai scăzut. Având în vedere relaţia 3.19, rezistenţa termică R a unui element de construcţie este:

i ei

i pi

T TR m R

T T

(3.22)

51

Ca urmare, ţinând cont de relaţia 3.22, valoarea rezistenţei termice pentru elementele de construcţie opace necesare realizării confortului termic şi evitării condensării vaporilor de apă se poate scrie sub forma:

max

,i e i enec i i

i i r

T T T TR Max m R m R

T T T

(3.23)

Pentru elementele de construcţie vitrate, conform normativelor (STAS 6472-3/1989), rezistenţa termică necesară se determină cu relaţia:

minnec RR (3.24)

unde Rmin este dată în normativ în funcţie de tipul elementului de construcţie vitrat (fereastră, luminator, perete vitrat).

În cazul în care nu este îndeplinită relaţia 3.23 este necesară izolarea termică suplimentară a elementului de construcţie respectiv. Situaţia neîndeplinirii relaţiei 3.23 apare mai des în dreptul punţilor termice. Pentru ameliorarea comportării elementelor de construcţie cu punţi termice se iau următoarele măsuri:

materialele cu conductivitate termică mare se dispun spre exteriorul elementelor de construcţie (figura 3.9.a.);

se micşorează lăţimea punţii termice (figura 3.9.b.); se izolează suplimentar elementul de construcţie în zona punţii termice (figura 3.9.c. şi d.).

Figura 3.9. Metode de tratare a punţilor termice.

3.4.Determinarea rezistenţelor termice specifice ale elementelor de construcţie vitrate

Rezistenţa termică a tâmplăriei exterioare (ferestre şi uşi vitrate) din lemn, a luminatoarelor şi a pereţilor exteriori vitraţi se consideră conform tabelului 3.4 (normativul C 107/3): Tabelul 3.4. Rezistenţe termice specifice pentru elemente de construcţie vitrate

a. b.

c. d.

52

Figura 3.10. Exemple de uşi şi ferestre de lemn, dimensiuni caracteristice Pentru uşile interioare, opace sau vitrate, rezistenţele termice pot fi determinate prin calcul, în funcţie de materialele utilizate la tocuri şi foi, de alcătuirea şi grosimea acestora şi de valorile Rsi şi Rse corespunzătoare poziţiei uşilor. Pentru tâmplăriile metalice simple, realizate din profile de oţel se vor considera următoarele rezistenţe termice: - cu o foaie de geam simplu: R=0,17 m2K/W - cu un geam termoizolant: R= 0,28 m2K/W. Pentru calculele termotehnice din faza de proiectare se pot utiliza nişte formule aproximative, conform normativului C 107-3. În figura 3.10 sunt date dimensiunile de calcul pentru tipurile de suprafeţe vitrate utilizate.Caracterisitici termotehnice Conductivitatea termică a geamurilor se consideră λ = l,0 W/(mK). Conductivităţile termice ale tocurilor şi cercevelelor din lemn (cu o umiditate de 12%) se consideră astfel: - Lemn de esenţă moale (brad) (ρ=600 kg/m3 ) λ = 0,19 W/(mK), - Lemn de esenţă tare (stejar) (ρ= 900 kg/m3 ) λ = 0,25 W/(mK).

53

3.5. Stabilitatea termică a clădirilor

Stabilitatea termică este proprietatea unei clădiri, a unei încăperi sau a unui element de închidere de a-şi păstra temperatura la un nivel relativ constant în cazul oscilaţiilor fluxului de căldură.

Calculul la stabilitate termică este o etapă a dimensionării termotehnice a clădirilor, prin care se urmăreşte asigurarea confortului termic interior pe timp de vară şi pe timp de iarnă. Elementele de construcţii care se verifică la exigenţa de stabilitate sunt (Inst. Incalzire):

o partea opacă a pereţilor exteriori supraterani ai încăperilor încălzite; o planşeele de peste ultimul nivel încălzit, de sub terase şi poduri.

Determinarea stabilităţii termice a elementelor de construcţii perimetrale ale clădirilor se face în conformitate cu prevederile NP 200/6 , “Instrucţiuni tehnice provizorii pentru proiectarea la stabilitate termică a elementelor de închidere ale clădirilor”.

Transferul de căldură prin elementele de construcţie care delimitează o clădire are loc, în realitate, în regim nestaţionar. Cauzele acestor regimuri nestaţionare de transfer de căldură sunt:

variaţiile temperaturii exterioare în cursul zilei în jurul valorii medii ale acesteia (atât iarna, cât şi vara);

variaţia vitezei şi direcţiei vântului; variaţiile diurne ale intensităţii radiaţiei solare (vara).

În regimul nestaţionar de transfer de căldură un rol important asupra valorii factorilor de microclimat interior îl are, pe lângă izolarea termică a clădirii, inerţia termică a acesteia. Literatura de specialitate prezintă exemplul a două incinte identice din punctul de vedere al formei, dimensiunilor şi al izolării termice (elementele de construcţie folosite având aceleaşi rezistenţe termice). Incintele se diferenţiază prin materialele de construcţie folosite: cărămidă de pământ ars pentru prima incintă şi beton celular autoclavizat, pentru a doua. În condiţiile unei temperaturi exterioare de -15 °C, instalaţiile de încălzire menţin în cele două incinte aceeaşi temperatură interioară de 20 °C. La întreruperea alimentării cu căldură a ambelor incinte, după 8 ore, în prima incintă, temperatura suprafeţei interioare a elementelor de construcţie este ceva mai mare de 0 °C, iar în cea de a doua această temperatură este sub -10 °C. Explicaţia aceste situaţii o constituie diferenţa dintre inerţia termică a pereţilor incintelor în cele două variante constructive, respectiv diferenţa dintre cantităţile de căldură înmagazinate în pereţii incintelor (mult mai mari în cazul pereţilor de cărămidă decât în cazul betonului celular autoclavizat).

Pentru caracterizarea unui element de construcţie sau a unei clădiri din punctul de vedere al inerţiei termice se foloseşte o mărime adimensională denumită indice de inerţie termică D. Pentru un element de construcţie omogen indicele de inerţie termică D este: 24sRD (3.25)

unde R - rezistenţa termică a elementului de construcţie, în m2K/W; iar s24 – coeficientul de asimilare termică a elementului de construcţie respectiv pentru oscilaţii ale fluxului termic cu perioade de 24 ore, în W/m2K. Coeficientul de asimilare termică a unui element de construcţie omogen se determină cu relaţia:

p3

p24

c105,8c2

s (3.26)

în care 24 este durata perioadei de oscilaţie considerate (în cazul de faţă 24 h), în s; cp – căldura specifică masică a materialului de construcţie, în J/kg.K; λ – coeficientul de conductivitate termică, în W/mK; iar ρ densitatea materialului, în kg/m3. Pentru un element de construcţie neomogen format din mai multe straturi, indicele de inerţie termică D este:

n

1iiDD (3.27)

unde Di este indicele de inerţie termică a stratului omogen “i” calculat cu relaţiile 3.25 şi 3.26. In cazul un element de construcţie neomogen format din mai multe zone distincte , indicele de inerţie termică D se determină cu relaţia:

1

1

n

i ii

n

ii

A D

D

A

(3.28)

54

în care Di este indicele de inerţie termică a zonei distincte “i” omogene sau neomogene, calculat cu relaţiile 3.25 - 3.27 ; iar Ai – suprafaţa zonei distincte “i”. Relaţia 3.28 poate fi folosită şi pentru calculul indicelui de inerţie termică pentru o incintă. S.T.A.S. 6472/3-1989 recomandă următoarele valori limită ale necesare pentru realizarea confortului termic:

pentru încălzirea cu sobe (încălzire intermitentă): D ≥ 2,5 pentru încălzirea centrală (centrale termice, cogenerare):

clădiri de locuit, spitale, creşe, grădiniţe D ≥ 2,0 rest clădiri D ≥ 1,5.

Aprecierea comportării unei clădiri în regim dinamic numai pe baza indicelui de inerţie termică poate conduce la concluzii eronate. Astfel, valoarea indicelui de inerţie termică este aceeaşi indiferent de ordinea în care sunt aşezate straturile care compun elementul de construcţie, adunarea fiind comutativă. În realitate, temperaturile medii ale straturilor sunt influenţate de ordinea în care sunt aşezate acestea (vezi figura 3.10). Izolaţia termică uşoară se realizează din materiale cu capacitate de înmagazinare a căldurii redusă (cu căldură specifică masică redusă), iar izolaţia termică grea din materiale cu capacitate de înmagazinare a căldurii mare (cu căldură specifică masică mare). Ca urmare, cantitatea de căldură care se acumulează în diversele elemente de construcţie va depinde de ordinea de aşezare a straturilor, deci şi inerţia termică a clădirii va depinde de această ordine.

Figura 3.10. Influenţa ordinii straturilor izolante asupra temperaturilor medii ale acestora

Având în vedere aspectele de mai sus, la clădirile locuite permanent, izolaţia grea, cu capacitate mare de înmagazinare a căldurii se va amplasa spre interiorul incintei, astfel modificările temperaturii exterioare şi/sau ale cantităţii de căldură introduse de instalaţia de încălzire vor avea un efect mai redus asupra temperaturii interioare. În cazul clădirilor locuite temporar, izolaţia grea, cu capacitate mare de înmagazinare a căldurii se va amplasa spre exteriorul incintei, astfel, temperatura interioară ajunge mai iute la valoarea de regim la pornirea încălzirii. Undele de temperatură ale aerului exterior (Te) şi interior (Ti) pot fi reprezentate sub formă de oscilaţii armonice perfecte sau ca o sumă a unei serii de armonici fără a admite erori considerabile. (vezi figura 3.11).

Figura 3.11. Variaţiile temperaturii interioare într-o încăpere: a. încăpere neîncălzită; b. încăpere încălzită (debit de căldură constant).

0 12 24

Ti, Te

[°C]

2Ati 2At

Te

Ti

a.

Ti, Te

[°C]

0 12 24

2Ati

2At

ti

Te

b.

Ti

Tpi

Tpe

Te

Ti

Tpi

Tpe

Te

izolaţie termică izolaţie termică

1md

iz aT

1md

iz bT

2md

iz bT

2md

iz aT

a. b.

55

Oscilaţiile temperaturii aerului exterior provoacă variaţii ale fluxului de căldură şi temperaturii pe suprafeţele şi în interiorul clădirii. Aceste variaţii vor fi de asemenea oscilaţii armonice complexe cu perioada de 24 ore (sau T în cazul general). Inerţia termică a elementelor de construcţie conduce la amortizarea şi întârzierea (defazajul) undei de temperatură în acestea. Coeficientul de amortizare ν a undei de temperatură într-un element de construcţie se defineşte ca raportul:

tpi

te

A

A (3.29)

unde Ate este amplitudinea oscilaţiei temperaturii exterioare; iar Atpi – oscilaţia temperaturii suprafeţei interioare a elementului de construcţie. Oscilaţiile vor întârzia în timp faţă de oscilaţiile temperaturii aerului exterior cu ε ore. Mărimea coeficientului de defazaj ε poate fi calculată cu formula aproximativă (Vîrlan): 2,7 0, 4D (3.30)

Calculele analitice ale coeficientului de amortizate ν a undei de temperatură şi de defazaj sunt foarte laborioase şi sunt practic aplicabile doar pentru elementele de construcţie reale (neomogene) şi nu pentru incinte. În cazul incintelor, valorile coeficientului de amortizate ν a undei de temperatură şi de defazaj se pot determina numai prin calculul transferului termic în regim nestaţionar folosind metode numerice (diferenţe sau elemente finite). Construcţiile realizate în mod curent în România sunt caracterizate prin valori ale coeficientului de amortizate ν a undei de temperatură în domeniul 15 – 30 şi ale întârzierii în domeniul 4 – 12 h.

3.6. Difuzia vaporilor de apă prin elementele de construcţie

Difuzia este deplasarea vaporilor printr-o substanţă solidă. Deplasarea umezelii sub formă de vapori printr-o substanţă este determinată de diferenţa de presiune de o parte şi de alta a substanţei. De exemplu, dacă de o parte a unui zid există o presiune mai mică a vaporilor din aer, iar în partea cealaltă avem vaporii din aer la o presiune mai mare. Vaporii din aer din partea cu presiune mai mare vor trece prin zid pentru a echilibra presiunea. Unele materiale permit aceasta trecere fără nici un fel de rezistenţă. În acest caz materialele au permeabilitate mare. Comportarea unui element de construcţie la difuzia vaporilor de apă este corespunzătoare dacă sunt îndeplinite condiţiile: 1) cantitatea de apă mw provenită din condensarea vaporilor în masa elementului de construcţie în

perioada rece a anului este mai mică decât cantitatea de apă mv care s-ar putea evapora în perioada caldă a anului: mw < mv. Nu este admisă acumularea progresivă a căldurii;

2) creşterea umidităţii relative masice ΔW trebuie să fie mai mică decât valoarea maxim admisibilă ΔWadm la sfârşitul perioadei de condensare interioară:

100,[%]w

adm

w

mW W

d

(3.31)

unde : ρ – densitatea materialului care s-a umezit prin condensare în kg/m3, dw – grosimea stratului de material în care se produce acumularea de apă în m. Pentru a studia comportamentul elementelor de construcţie la difuzia vaporilor se poate aplica o metodă de calcul bazată pe analiza fenomenului fizic cu valori medii, în ipoteza regimului staţionar sau o metodă de calcul în regim real nestaţionar, bazată pe analiza dinamică a fenomenului fizic. Verificarea comportării la difuzia vaporilor se face pentru pereţii exteriori ai încăperilor cu umidităţi relative ale aerului interior de peste 60% (spălătorii, saune, uscătorii).

Etapele calculului prin prima metodă, grafo-analitică, sunt următoarele (Inst. Incalzire): 1. Se stabilesc rezistenţele termice specifice ale straturilor componente Rs; 2. Se stabileşte variaţia temperaturii în interiorul elementului şi temperatura exterioară egală cu media perioadei reci Tem: pentru zona I: Tem=+ 10,5 oC;

56

pentru zona II: Tem=+ 9,5 oC; pentru zona III: Tem=+ 7,5 oC; pentru zona IV: Tem=+ 6,5 oC. Calculele se fac în ipoteza că elementul de construcţie este alcătuit din straturi omogene perpendiculare pe direcţia fluxului termic. 3. Se determină temperatura pe suprafaţa interioară a elementului de construcţie; 4. Se determină temperatura pe suprafaţa exterioară a elementului de construcţie cu relaţia:

se e

e

TT T

R

, (3.32)

i mT T T (3.33)

5. Se determină temperatura într-un plan n din interiorul elementului de construcţie cu relaţia:

n i si sj

TT T R R

R

, [oC] (3.34)

unde sjR - suma rezistenţelor termice specifice ale straturilor amplasate între suprafaţa interioară,

respectiv exterioară şi planul n. 6. Se stabilesc temperaturile medii ale straturilor, corespunzător acestora, a valorilor coeficienţilor de difuzie a vaporilor Mj. 7. Se determină rezistenţa la permeabilitate la vapori Rv a elementelor de construcţie, pe baza coeficienţilor de difuziune a vaporilor de apă Mj şi a factorilor rezistenţi la permeabilitate la vapori cu relaţia:

1 2 ..v v v vnR R R R (3.35)

8. Se reprezintă grafic elementul de construcţie, amplasându-se pe abscisă rezistenţele la permeabilitatea la vapori ale straturilor componente, iar pe ordonată presiunile la vapori. 9. Se reprezintă grafic curba de variaţie a presiunilor de saturaţie corectate ale vaporilor de apă în interiorul elementului de construcţie calculată cu relaţiile următoare: Pentru zona I:

Pentru zona II:

Pentru zona III:

Pentru zona IV:

unde: pskm – presiunea de saturaţie a vaporilor de apă în secţiunea k.

10. Se reprezintă grafic linia presiunilor parţiale pv ale vaporilor de apă.

57

Figura 3.13. Trasarea curbelor de variaţie a presiunilor de saturaţie şi a presiunilor dacă linia presiunilor

parţiale nu intersectează curba presiunilor corectate nu are loc acumularea progresivă de apă de la an la

an; în caz contrar este necesară îmbunătăţirea alcătuirii elementului de construcţii, introducându-se

bariere contra vaporilor sau prevăzându-se straturi de aerare sau ventilare a structurii. Calculul se efectuează în perioada rece a anului pentru determinarea cantităţii de vapori care condensează în elementul de construcţie şi în perioada caldă a anului pentru determinarea cantităţii de apă acumulată care se poate evapora.

58

4. STRUCTURA CONSUMULUI DE CĂLDURĂ AL UNEI CLĂDIRI

4.1. Date climatice

Consumul energetic al unei clădiri depinde de factori externi şi de factori interni. Factorii externi sunt parametrii climatici caracteristici ai amplasamentului: temperatura aerului, viteza vântului, însorirea, umiditatea aerului. Proiectarea construcţiilor şi a instalaţiilor aferente se face pe baza unor valori medii statistice ale parametrilor climatici, corespunzătoare unei anumite perioade a anului (zi, lună, sezon de încălzire), valori obţinute în urma unor durate de observare de zeci de ani. Aceste valori convenţionale sunt standardizate în SR 4839 şi SR 1907-1, pentru temperatura aerului şi viteza vântului, în STAS 6648/2, pentru însorire, umiditatea şi temperatura aerului etc)(Indrumar ef cladiri)

4.1.1.Temperatura interioară (convenţională) de calcul CiT

Este acea valoare a temperaturii interioare care conduce la realizarea confortului termic. Senzaţia de confort termic este influenţată de:

natura activităţii desfăşurate în incinta respectivă (de intensitatea activităţii depuse); de temperatura senzorială. În cazul cel mai simplu, această temperatură este practic egală cu

media aritmetică a temperaturii interioare şi temperaturii medii radiante a elementelor de construcţie.

Conform celui de al doilea aspect, realizarea unei anumite temperaturi interioare conduce la realizarea confortului termic numai dacă este corelată cu temperatura medie radiantă a elementelor de construcţie. Valoarea temperaturii medii radiante a elementelor de construcţie este dependentă de valoarea rezistenţei termice a diverselor elemente de construcţie care mărginesc incinta, respectiv de soluţia constructivă a incintei. În România, standardul SR 1907 – 2/1997 defineşte temperatura

interioară (convenţională) de calcul CiT drept acea valoare a temperaturii aerului interior care asigură

confortul termic într-o incintă cu anumită destinaţie, realizată cu pereţi exteriori cu o rezistenţă termică medie (pereţi exteriori realizaţi din cărămidă arsă din argilă cu grosimea de 11/2 cărămizi).

Tabelul 4.1. Temperaturi interioare de calcul (DIN 4701)

4.1.2.Temperatura exterioară de calcul sau temperatura exterioară minimă convenţională CeT

Este temperatura exterioară minimă la care instalaţiile de încălzire mai pot asigura condiţiile interioare de confort termic, respectiv este temperatura exterioară pentru care se proiectează (dimensionează) instalaţiile de încălzire. Definirea temperaturii exterioare convenţionale de calcul pentru perioada rece se realizează în următoarele ipoteze(conform Incalz clad ind):

1. temperatura aerului interior se menţine constantă pe toată perioada de încălzire; 2. se realizează o variaţie a diferenţei de maxim 0,3 oC între temperatura aerului interior şi

temperatura superficială interioară a elementelor exterioare de construcţiei pentru structuri de închidere cu inerţii termice diferite.

Ţinând cont de importanţa evitării oricărei supradimensionări a instalaţiilor de încălzire, în toate ţările există preocupări legate de stabilirea corectă a valorii temperaturii exterioare de calcul, valori standardizate. Temperaturile exterioare de calcul stabilite vor fi caracteristice pentru:

59

o anumită zonă climatică, prin intermediul frecvenţei statistice a celor mai scăzute valori ale temperaturii aerului exterior, întâlnite într-un anumit număr de ani (de regulă peste 30), şi a probabilităţii duratei de apariţie a temperaturilor medii zilnice cele mai coborâte;

pentru o anumită soluţie de realizare constructivă a incintei, prin intermediul efectului inerţiei termice.

Standardul indică valori ale temperaturii exterioare de calcul corespunzând la patru zone climatice şi realizării clădirilor cu pereţi exteriori construiţi din cărămidă arsă din argilă cu grosimea de 1 1/2 cărămizi. Pentru incinte având alte soluţii constructive decât soluţia tip, diferenţierea temperaturilor se face cu ajutorul a doi coeficienţi:

unul care ţine cont de efectul inerţiei termice a elementelor de construcţie exterioare – pereţi, ferestre, uşi;

altul care ţine cont de efectul inerţiei termice a elementelor de construcţie interioare care compartimentează clădirea.

Pentru calculul necesarului de căldură anual al unei clădiri şi al necesarului de combustibil pentru încălzire se folosesc temperaturile exterioare medii lunare. Cu ajutorul lor se determină temperatura medie pe perioada de încălzire (Tem) şi numărul de grade-zile (N), în conformitate cu standardul SR 4839. La dimensionarea instalaţiilor de ventilare-climatizare pentru situaţia de vară şi stabilirea sarcinii termice de răcire se foloseşte temperatura exterioară medie zilnică aferentă lunii iulie, în conformitate cu standardul NCM 2-04-04.

4.1.3. Viteza vântului Pătrunderea aerului exterior în încăperi (aerul de infiltraţie) are loc pe de o parte datorită acţiunii vântului şi pe de altă parte diferenţei de presiuni dintre exterior şi interior ca urmare a temperaturilor diferite ale aerului încăperii şi a celui exterior În practică, se consideră numai acţiunea vântului, cel de-al doilea efect resimţindu-se în mod deosebit la deschiderea uşilor. De regulă temperaturile exterioare cele mai scăzute nu corespund cu vitezele cele mai ridicate ale vântului. Pe baze statistice, referitoare la concomitenţa vânt - temperatură, s-au adoptat valori de calcul ale vitezei vântului, care determină 4 zone eoliene pe teritoriul ţării. Încadrarea localităţilor în zonele eoliene este indicată în standardul SR 1907-1. Zonarea climatică făcută după temperatura exterioară convenţională de calcul nu este identică cu zonarea eoliană. Pentru nivelurile situate deasupra etajului 12 al clădirilor înalte, din cuprinsul oraşelor, vitezele convenţionale ale vântului de calcul sunt cele corespunzătoare clădirilor amplasate în afara localităţilor. Pentru clădiri amplasate la altitudini mai mari de 1100 m vitezele vântului de calcul se stabilesc pe baza datelor meteorologice. La nivelul ţării noastre, cele mai scăzute valori ale temperaturii exterioare se înregistrează în luna ianuarie. În timpul unei zile cea mai scăzută valoare a temperaturii se înregistrează dimineaţa, înainte de a răsări soarele. Deci, calculele se vor efectua presupunând că afară este noapte. În acest caz, influenţa radiaţiei solare nu va interveni în efectuarea calculelor, deoarece soarele are o acţiune care vine în ajutorul procesului de încălzire, ca şi aportul de căldură datorat funcţionării aparatelor electrice, care vor fi considerate oprite pe timpul nopţii.

4.1.4.Însorirea

Datele climatice privind însorirea (durata de strălucire a soarelui şi intensitatea radiaţiei solare) prezintă interes atât pentru perioada caldă a anului cât şi pentru cea rece. Ele se folosesc pentru dimensionarea instalaţiilor de climatizare în sezonul cald, stabilind aporturile solare care trebuie preluate. De asemenea, datele climatice privind însorirea se folosesc pentru corectarea necesarului de căldură pentru încălzire, în măsura în care clădirea este conformată corespunzător pentru captarea energiei solare în sezonul rece.

Duratele medii de strălucire a soarelui, determinate prin prelucrarea statistică a datelor meteorologice, diferă în funcţie de localitate şi de luna anului. Radiaţia solară globală [W/m2] se compune din radiaţie directă şi radiaţie difuză (datorată aerului atmosferic şi norilor). Pe cer senin radiaţia directă este maximă şi cea difuză minimă, iar pe cer înnorat, invers. Radiaţia solară globală este diferită în funcţie de ora zilei; radiaţia solară directă este diferită după orientarea suprafeţei receptoare.

60

Valorile intensităţilor radiaţiei solare sunt date în STAS 6648/2, pe luni ale anului şi pe ore ale zilei. La calculul aporturilor solare ale unei clădiri trebuie avute în vedere particularităţi ale amplasamentului referitoare la vecinătăţi şi la efectele umbririi cauzate de vegetaţie şi alte clădiri.

4.2. Bilanţul termic al unei încăperi încălzite Sistemul de încălzire trebuie să creeze în încăperile clădirii o ambianţă care să corespundă condiţiilor de confort şi cerinţelor proceselor tehnologice. Această ambianţă depinde de puterea termică a sistemului din încăpere, de modul de amplasare a corpurilor de încălzire, de calităţile de protecţie termică a anvelopei, de alte surse de căldură precum şi de pierderile de căldură care apar. Bilanţul termic al unei încăperi încălzite este dat de relaţia:

t pi tr i d rQ Q Q Q Q Q ,[W] (4.1)

unde: Qt – pierderile de căldură prin transmisie prin elementele exterioare de construcţie , Qpi –pierderile de căldură corespunzătoare încălzirii aerului pătruns în încăperea respectivă prin neetanşeităţile elementelor respective şi prin ventilare naturală, la deschiderea uşilor şi a ferestrelor , Qtr – cantitatea de căldură înmagazinată în elementele de construcţie , Qi – cantitatea de căldură introdusă de instalaţia de încălzire , Qd – cantitatea de căldură introdusă de degajările interioare de căldură , Qr – cantitatea de căldură. În clădirile civile, principala sursă de căldură este sistemul de încălzire, iar pierderile de căldură cele mai importante sunt pierderile prin anvelopa clădirii. Pentru determinarea necesarului de căldură pentru încălzire se scrie bilanţul de căldură pe timp de iarnă, în condiţii staţionare. De regulă, termenul Qtr are valori foarte mici, putând fi neglijat. Necesarul de căldură pentru încălzire poate fi determinat cu relaţia:

( ) ( )i pi t d rQ Q Q Q Q (4.2)

4.3. Necesarul de căldură pentru încălzire

Determinarea necesarului de căldură pentru încălzire se face cu ajutorul unor relaţii simplificate. Calculul necesarului de căldură se realizează în următoarele ipoteze: 1. temperaturi egal distribuite (temperatura aerului şi temperatura de proiectare); 2. pierderile de căldură sunt calculate pentru condiţii statice şi parametrii constanţi; 3. înălţimea camerei nu va depăşi 5 m; 4. încăperile sunt încălzite la temperatura necesară; 5. temperatura aerului interior şi temperatura operativă sunt egale.

Calculul necesarului de căldură pleacă de la calculul pierderilor de căldură. Instalaţiile din clădiri trebuie să asigure în perioada rece a anului necesarul de căldură pentru încălzire, ventilare şi preparat apă caldă de consum. Metoda de calcul este reglementată prin STAS 1907 potrivit căreia necesarul de căldură pentru încălzire Qi se determină cu relaţia:

1100

i t pi

AQ Q Q

[W] (4.3)

unde: - Qt - pierderile de căldură prin elementele de construcţie în W; - Qpi - necesarul de căldură pentru încălzirea aerului rece infiltrat din exterior în W;

A - suma adaosurilor pentru compensarea efectului suprafeţelor reci şi pentru orientare în %;

61

4.3.1.Pierderile de căldură prin transmisie Aceste pierderi au loc atât prin elementele de construcţie în contact cu aerul pe ambele feţe Qe cât şi prin elementele de construcţie în contact cu pământul Qp .

t e pQ Q Q [W] (4.4)

4.3.1.1.Pierderile de căldură prin elementele de căldură în contact cu aerul pe ambele feţe:

ci e

e M

o

mS T TQ C

R

[W] (4.5)

în care : m - coeficient de masivitate termică al elementelor de construcţie exterioare, conform STAS 6472 ; CM - coeficient de corecţie a fluxului termic; S - suprafaţa fiecărui element de construcţie în m2 ; TC

i [oC] – temperatura interioară convenţională de calcul;

Te [oC] – temperatura spaţiilor exterioare încăperii considerate;

-Ro - rezistenţa termică totală la transferul de căldură a elementului de construcţie considerat în m2oC/W. Coeficientul de masivitate m este dependent de indicele de inerţie termică D al elementului de construcţie, putându-se calcula cu relaţia: m = 1,225 – 0,05D (4.6) Tabelul 4.5. Valorile coeficientului de masivitate termică m D 1 1,1..2 21,..3 3,1..4 4,1..5 5,1..6 6,1..7 m 1,2 1,15 1,1 1,05 1 0,95 0,9 Pentru elementele de construcţie fără inerţie termică D 1 (uşi, ferestre), coeficientul de masivitate are valoarea cea mai mare m = 1,2 iar pentru elemente de construcţie interioare (planşee, pereţi interiori), acesta capătă valoarea m = 1. Coeficientul D se poate calcula cu relaţia:

24D R S (4.7)

unde: R - rezistenţa termică a elementului de construcţie, S24

- coeficient de asimilare termică; Suprafaţa de calcul S a elementului de construcţii se determină luând în considerare următoarele dimensiuni:

o pentru planşee şi pereţi: lungimea şi lăţimea încăperii, măsurate între axele de simetrie ale elementelor de construcţie ce o delimitează şi înălţimea nivelului măsurat între pardoselile finite; din aria astfel obţinută se scade aria golurilor suprafeţelor neinerţiale ( uşi, ferestre,etc.);

o pentru suprafeţele neinerţiale, se consideră dimensiunile golurilor de zidărie.

Temperatura aerului interior este stabilită în STAS 1907 pentru încăperile mai des întâlnite, conform tabelului 4.1. Temperatura aerului exterior convenţională de calcul pentru principalele localităţi este dată în funcţie de zona climatică pentru fiecare localitate. Dacă este necesară cunoaşterea temperaturii exacte a unei încăperi neîncălzite, această temperatură se poate calcula cu relaţia:

1

1

nj

ij j

e nj

j j

ST

RT

S

R

, [oC], (4.8)

62

unde Ti – temperaturile interioare convenţionale ale spaţiilor învecinate în oC, Sj – aria suprafeţelor care delimitează încăperea în m2, Rj – rezistenţele termice ale elementelor de construcţie ale încăperii în m2K/W. Coeficientul de corecţie CM se stabileşte în funcţie de capacitatea termică specifică a elementelor de construcţie interioare. Pentru o capacitate termică specifică mai mică de 400 kg/m3, CM = 1, iar pentru capacitatea termică specifică mai mare de 400 kg/m3, CM = 0,94. 4.3.1.2. Pierderile de căldură în contact cu solul se determină cu relaţia:

1

1ni f i ejs i e

s p M c cjjp s bc s bc

T T T Tm T TQ S C S S

R n R n R

, [W] (4.9)

unde: Sp – suprafaţa cumulată a pardoselii şi a pereţilor aflaţi sub nivelul solului, care se

determină cu relaţia:

p pdS S p h , [m2] (4.10)

în care: Spd – suprafaţa pardoselii în m2, h – cota pardoselii sub nivelul solului în m, p – lungimea conturului pereţilor în contact cu solul în m. Sc - aria unei benzi cu lăţimea de 1 m situată de-a lungul conturului exterior al suprafeţei

Sp în m2; Scj – aria unei benzi cu lăţimea de 1 m situată de-a lungul conturului care corespunde

spaţiului învecinat care are temperatura Ti în m2; Rp – rezistenţa termică cumulată a pardoselii şi a stratului de sol cuprins între pardoseală

şi pânza de apă freatică. Rp se determină cu relaţia:

1

nj

pj j

R

, [m2K/W] (4.11)

în care δj – grosimea straturilor luate în considerare în m, λj – conductivitatea termică a materialului din care este alcătuit stratul luat în considerare în W/mK; Rbc - rezistenţa termică a benzii de contur la trecerea căldurii prin pardoseală şi sol către

aerul exterior, a cărei valoare este dată în tabelul 4.6; Tf – temperatura solului (apei freatice), considerate + 10oC pentru toate zonele climatice

ale ţării; Tej – temperatura interioară convenţională de calcul pentru încăperile alăturate în oC; ms – coeficientul de masivitate termică al solului, care se determină din graficul din figura

4.2, în funcţie de adâncimea pânzei de apă freatică H şi adâncimea h de îngropare a pardoselii h;

Figura 4.2. Variaţia coeficientului de masivitate termică ms

ns - coeficientul de corecţie care ţine seama de conductivitatea termică a solului şi cota pardoselii h sub nivelul terenului, care se determină din graficul din figura 4.3.

63

Figura 4.3. Variaţia coeficientului de corecţie ns

Tabelul 4.6. Rezistenţa termică a benzii de contur la trecerea căldurii prin pardoseală şi sol către aerul

exterior Rbc în m2K/W

4.3.2.Adaosurile la pierderile de căldură

La pierderile de căldură prin transmisie, calculate pentru fiecare încăpere în parte, se adaugă adaosuri procentuale pentru orientare A şi compensarea efectului suprafeţelor reci Ac. Aceste adaosuri modifică cantitatea de căldură transmisă, având drept scop realizarea aceloraşi condiţii în încăperi indiferent de orientarea lor şi gradul de izolare termică.

64

Adaosul pentru orientare Acest adaos se aplică în scopul diferenţierii pierderilor de căldură ale încăperilor diferit expuse radiaţiei solare, o singură dată pentru peretele cu orientarea cea mai defavorabilă şi este dat în tabelul 4.7: Tabel 4.6. Adaos pentru orientare Orientarea N NE E SE S SV V NV A [%] +5 +5 0 -5 -5 -5 0 +5

Adaosul pentru compensarea efectelor suprafeţelor reci

Acest adaos se aplică pentru îmbunătăţirea confortului termic în încăperile construcţiilor civile, în scopul corectării bilanţului termic al corpului omenesc în încăperile în care elementele de construcţie cu rezistenţă la transfer termic redusă, favorizează intensificarea cedării de căldură a corpului prin radiaţie. Valorile acestui adaos se aleg din nomograma din figura 4.4 în funcţie de rezistenţa totală medie a încăperii.

t i em

t

S T TR

Q

[ m2oC/W] (4.12)

unde : - St - suprafaţa totală a încăperii (pereţi interiori, exteriori, planşeu, pardoseală) - Te - temperatura exterioară convenţională de calcul; - Qt - pierderile de căldură prin transmisie ale încăperii;

Figura 4.4. Adaosul pentru compensarea efectelor suprafeţelor reci Excepţii: Adaosul de compensare nu se acordă următoarelor încăperi : -în care oamenii poartă îmbrăcăminte de stradă; -încăperilor încălzite prin radiaţie; -încăperilor în care oamenii desfăşoară o muncă medie sau grea;

65

- depozitelor, casei scării, etc. Adaosul de compensare se poate calcula cu relaţia:

1,1464,32 6,711c mA R (4.13)

4.3.3. Necesarul de căldură pentru încălzirea aerului rece pătruns în încăpere

Debitul de căldură Qpi necesar pentru încălzirea aerului exterior pătruns în încăpere rezultă din însumarea necesarului de căldură pentru încălzirea aerului înfiltrat prin neetanşeităţile ferestrelor şi uşilor Qf şi debitul de căldură Qu necesar încălzirii aerului pătruns prin deschiderea uşilor. Qpi = Qf +Qu [W] (4.14) Debitul de căldură Qf pentru încălzirea aerului rece infiltrat prin rosturile elementelor mobile se determină cu relaţia:

4/ 3 1f M i e cQ C E L i v T T A

,[W] (4.15)

în care: E - factor de corecţie depinde de înălţimea clădirii, tipul clădirii; pentru clădiri civile cu mai puţin de 12 niveluri E = 1, iar pentru clădiri cu mai multe niveluri valoarea lui E este dată în tabelul 4.7;

Tabelul 4.7. Valorile coeficientului de corecţie E

L - lungimea rosturilor elementelor deschizibile (mobile) exterioare din faţadele supuse vântului.

Cazuri (conform figurii 4.5): o În cazul în care elementele deschizibile se află pe acelaşi perete lungimea este egală cu suma

lungimilor rosturilor de pe acelaşi perete: 1L l .

o Dacă acestea se află pe doi pereţi alăturaţi atunci lungimea este egală cu suma lungimilor

rosturilor: 1 2L l l .

66

o Dacă se află pe trei pereţi exteriori atunci se ia în calcul maximul dintre suma lungimilor a două

rosturi aflate pe pereţi alăturaţi: 1 2 2 3max( , )L l l l l .

o Altfel dacă se află pe doi pereţi opuşi lungimea este egală cu maximul dintre suma lungimilor

rosturilor de pe un perete: 1 2max( , )L l l .

Figura 4.5. Poziţia elementelor mobile în ansamblul încăperii: a - pe un perete exterior, b – pe doi pereţi

exteriori alăturaţi, c – pe doi pereţi exteriori opuşi, d – pe mai mulţi pereţi exteriori. Rostul format de două elemente mobile se ia în calcul o singură dată, în cazul uşilor şi ferestrelor duble, rostul se măsoară pe un singur rând. i - coeficient de infiltraţie depinzând de tipul clădirii precum şi de materialul din care sunt confecţionate uşile. Valorile coeficientului de infiltraţie sunt date în tabelul 4.8.

Tabelul 4.8. Valorile coeficientului de infiltraţie i

v - viteza vântului de calcul se alege în funcţie de zona eoliană (din tabelul 4.3). Debitul de căldură pentru încălzirea aerului rece pătruns în încăpere se determină cu relaţia: Qu =0,36 Su n(Ti-Te) CM,[W] (4.16) în care: Su - suprafaţa uşii cu frecvenţa cea mai mare de deschidere,iar n - frecvenţa de deschidere a uşii – numărul deschiderilor uşilor exterioare într-o oră, care depinde de specificul clădirii.

67

Sarcina termică Qu se ia în considerare numai în cazul încăperilor cu uşi care se deschid frecvent (magazine, holuri la săli de spectacole, etc.) şi care nu sunt prevăzute cu sasuri sau perdele elastice.

4.3.4. Observaţii la calculul necesarului de căldură pentru clădiri industriale Observaţia 1. Pentru hale neetajate şi incinte mari având lăţimi mai mari de 10 m şi înălţimi mai mari de 5 m, pentru calculul rezistenţelor termice Rc se utilizează relaţia:

oc

RR

, [m2K/W] (4.17)

unde δ – factor de corecţie care depinde de înălţimea încăperii industriale, ale cărei valori se iau din diagrama din figura 4.6:

Figura 4.6. Valorile factorului de corecţie δ

Există de asemenea diagrame pentru determinarea rezistenţei termice Rc în funcţie de Ro pentru pereţi, ferestre şi plafoane. Observaţia 2. CM = 1 Observaţia 3. Sarcina termică pentru încălzirea aerului infiltrat se calculează cu ajutorul factorului de corecţie E din tabelul 4.9.

Tabelul 4.9. Valorile lui E pentru clădiri industriale

Înălţimea halei [m] Factor de corecţie E 5 1,0

5….12 1,12 >12 1,20

Observaţia 4. Pentru halele ventilate în suprapresiune, infiltraţiile de aer rece se iau în considerare numai în cazul în care debitul de aer infiltrat de păşeşte debitul de aer introdus prin instalaţiile de ventilare.

68

5. DETERMINAREA ŞI VERIFICAREA COEFICIENTULUI GLOBAL DE IZOLARE

TERMICĂ 5.1. Determinarea şi verificarea coeficientului global de izolare termică G la

clădirile de locuit

Coeficientul global de izolare termică este un coeficient general ce caracterizează nivelul de performanţă termoenergetică al unei clădiri atât ca anvelopă cât şi ca regim de funcţionare. Rezistenţa medie a anvelopei este o caracteristică a anvelopei ca un întreg, în timp ce acest coeficient cuprinde şi efectul infiltraţiilor sau cel al temperaturii spaţiilor neîncălzite învecinate cu spaţiul încălzit. Coeficientul global de izolare termică G [W/m3K] are semnificaţia unei sume de pierderi de căldură realizate prin transmisie directă prin suprafaţa anvelopei clădirii, pentru o diferenţă de temperatură între interior şi exterior de 1K, raportată la volumul clădirii, la care se adaugă cele aferente împrospătării aerului interior, precum şi cele datorate infiltraţilor de aer rece suplimentare. Cu ajutorul acestui coeficient, este posibil ca, prin concepţia complexă iniţială a clădirii (configuraţie, procent de vitrare, alcătuirea elementelor de construcţii perimetrale) şi prin modul de alcătuire a detaliilor, să se limiteze pierderile de căldură în exploatare, în vederea consumului de energie pentru încălzirea clădirilor. Pe lângă performanţa termoenergetică globală, clădirea în ansamblu şi elementele de închidere trebuie să răspundă şi celorlalte criterii de performanţă privind atât confortul interior din punct de vedere termotehnic, cât şi transferul de căldură şi masă prin elementele de închidere. Determinarea şi verificarea coeficientului global de izolare termică se face pentru clădirile de locuit pe bază prevederilor din normativul C107/1 şi pentru celelalte clădiri pe bază prevederilor din normativul C107/2. Prevederile din normativul C107/1 se aplică la toate tipurile de clădiri de locuit şi anume: •clădiri de locuit individuale (case unifamiliale , cuplate sau înşiruite, tip duplex); •clădiri de locuit cu mai multe apartamente; •cămine şi internate; •unităţi de cazare din hoteluri şi moteluri . Reglementările se referă la clădirile noi, cât şi la clădirile existente care urmează a fi supuse lucrărilor de reabilitare şi de modernizare.

Figura 5.1. Modul de calcul al lungimilor in plan la cladirile de locuit

l-lungimi in plan; f-dimensiuni nominale ale tamplariei exterioare

69

Figura 5.2. Modul de calcul al inaltimilor la cladirile de locuit;

a-acoperis cu pod sau terasa; b-subsol sau sol f-dimensiunile nominale ale tamplariei exterioare; H-inaltimi

Clădirile de locuit cu magazine sau spaţii cu alte destinaţii la anumite niveluri sunt luate în considerare exclusiv aceste spaţii.

5.1.1. Determinarea coeficientului global efectiv de izolare termică G

Coeficientul global de izolare termică -G- la clădirile de locuit, are în vedere: -pierderile de căldură prin transmisie aferente tuturor suprafeţelor perimetrale care delimitează volumul încălzit al clădirii; -pierderile de căldură aferente unor condiţii normale de reîmprospătare a aerului interior; -pierderile de căldură suplimentare datorate infiltratiei în exces a aerului exterior, prin rosturile tamplariei. Coeficientul global nu ţine seama de aportul solar şi nici de aportul de căldură datorat ocupării locuinţelor. Coeficientul global de izolare termică se calculează cu relaţia:

G= +0,34 (5.1)

în care: - - este coeficientul de cuplaj termic, calculat cu relaţia:

(5.2)

Unde: - - factorul de corecţie a temperaturilor exterioare; V-volumul interior, încălzit al clădirii ,-

-rezistenţă termică specifică corectată, medie, pe ansamblul clădirii, a unui element de construcţii j

- -aria elementului de construcţii ,-n- numărul de schimburi de aer pe oră .

70

Ariile elementelor de construcţii pe ansamblul clădirii precum şi aria anvelopei se măsoară pe conturul feţelor interioare ale elementelor de construcţii perimetrale. Dimensiunile de calcul pe ansamblul clădirii se stabilesc neţinând seamă de elementele de construcţii interioare. Volumul interior încălzit al clădirii se calculează ca volumul delimitat de anvelopă clădirii. Factorul de corecţie a temperaturilor exterioare se calculează cu relaţia:

τ = (5.3)

în care:- - temperatura în spaţiile neincalzite din exteriorul anvelopei, determinată pe baza unui calcul al bilanţului termic, efectuat în conformitate cu prevederile din normativele C 107/1 şi C 107/2.

Pentru calcule in faze preliminare de proiectare, valorile τ se pot considera: • τ =0,9 la rosturi deschise şi la poduri; • τ =0,5 la rosturi închise, la subsoluri neincalzite şi la pivniţe, precum şi la alte spaţii adiacente neincalzite sau având alte destinaţii; • τ=0,8 la cameră de pubele, verande, balcoane şi logii închise cu tâmplărie exterioară; • τ=0,9 la tâmplăria exterioară prevăzută cu jaluzele la partea exterioară. Rezistentele termice corectate medii se determină în conformitate cu prevederile din capitolul. Pentru primele faze de proiectare, se poate utiliza metoda de calcul simplificată. În acest caz, influenţa punţilor termice se poate evalua printr-o reducere globală a rezistenţelor termice unidirecţionale (în câmp curent) astfel: •la pereţi 20…45% •la terase şi plansee sub poduri 15…25% •la plansee peste subsoluri şi sub bowindouri 25…35% •la rosturi 10…20% Pentru ultima fază de proiectare, valorile se determină cu un grad mai ridicat de precizie, utilizând metode de calcul cu ajutorul coeficientilor liniari Ψ şi punctuali χ de transfer termic. Se fac următoarele precizări în vederea numărului de schimburi de aer pe oră: •Valoarea n=0,5 reprezintă numărul minim de schimburi de aer pe oră necesar pentru reîmprospătarea aerului interior în vederea asigurării unor condiţii normale de microclimat. Aceste schimburi normale se realizează prin: -neetanseitaţi ale tamplariei; -deschiderea ferestrelor şi uşilor exterioare; -sisteme speciale de ventilare naturală (clapete reglabile şi canale verticale de ventilare pentru eliminarea aerului viciat). •Pierderile suplimentare de căldură datorate infiltratiei în exces a aerului exterior sunt o consecinţă directă a modului de realizare a etanseitaţii rosturilor dintre cercevelele şi tocurile tamplariei exterioare. Aceste pierderi sunt legate de acţiunea vântului, precum şi de curenţii de aer interior şi exterior, şi sunt în funcţie de următorii factori: -expunerea clădirii (simplă sau dublă) sub aspectul infiltraţiilor de aer, respectiv, cu apartamente având ferestre pe una sau două faţade; -gradul de adăpostire a clădirii, prin rezistenţa unor obstacole în calea vântului şi a curenţilor de aer; -gradul de permeabilitate a clădirii, în funcţie de modul de etanşare a tamplariei exterioare. •Valorile n din tabelul 5.1cuprind ambele componente ale naturii pierderilor de căldură, astfel încât numărul de schimburi de aer variază de la valoarea minima de 0,5 (fără infiltraţii în exces), la valori de 1,0…1,4 , în cazul unor infiltraţii suplimentare mari.

71

•La clădiri având mai multe feluri de tâmplarii exterioare, valoarea n se determină prin interpolare, în funcţie de ponderea ariilor diferitelor tipuri, de tâmplării.

Tabelul 5.1. Numărul schimburilor de aer pe oră - n- la clădiri de locuit

(conform INCERC) Clasa de permeabilitate Categoria clădirii Clasa de adăpostire

ridicată medie scăzută

neadăpostite 1,5 0,8 0,5

moderat adăpostite 1,1 0,6 0,5

Clădiri individuale (case unifamiliale,

cuplate sau înşiruite s.a) adăpostite 0,7 0,5 0,5

neadăpostite 1,2 0,7 0,5

moderat adăpostite 0,9 0,6 0,5

dublă expunere

adăpostite 0,6 0,5 0,5

neadăpostite 1,0 0,6 0,5

moderat adăpostite 0,7 0,5 0,5

Cladiri cu mai multe

apart. (camine, internate,

s.a) simplă

expunere

adăpostite 0,5 0,5 0,5

Clasa de adăpostire: •neadăpostite: clădiri foarte inalte, clădiri la periferia oraselor şi în piete •moderat adăpostite: clădiri în interiorul oraselor, cu minimum 3 clădiri în apropiere •adapostite: clădiri în central oraselor, clădiri în păduri Clasa de permeabilitate: •ridicată: clădiri cu tâmplărie exterioară fără măsuri de etanşare •medie: clădiri cu tâmplarie exterioară cu garnituri de etanşare •scăzută: clădiri cu ventilare controlată şi cu tâmplârie exterioară prevăzută cu măsuri specială de etanşare.

5.1.2 Determinarea coeficientului global normat de izolare termică GN

Valoarea este în funcţie de numărul de niveluri N şi de raportul dintre aria anvelopei A şi de volumul clădirii V. Valorile coeficientilor globali normati sunt valabile pentru toate zonele climatice.

72

Tabelul 5.2. Coeficienţii globali normaţi de izolare termică GN la clădiri de locuit

Numărul de niveluri

N

A/V

GN

Numărul de niveluri N

A/V

GN

0,80 0,77 0,25 0,46

0,85 0,81 0,30 0,50

0,90 0,85 0,35 0,54

0,95 0,88 0,40 0,58

1,00 0,91 0,45 0,61

1,05 0,93 0,50 0,64

1

1,10 0,95

4

0,55 0,65

0,45 0,57 0,20 0,43

0,50 0,61 0,25 0,47

0,55 0,66 0,30 0,51

0,60 0,70 0,35 0,55

0,65 0,72 0,40 0,59

0,70 0,74 0,45 0,61

2

0,75 0,75

5

0,50 0,63

0,30 0,49 0,15 0,41 0,35 0,53 0,20 0,45 0,40 0,57 0,25 0,49 0,45 0,61 0,30 0,53 0,50 0,65 0,35 0,56

0,55 0,67 0,40 0,58

3

0,60 0,68

0,45 0,59

5.1.3. Nivelul de izolare termică globală

Este corespunzător dacă se realizează condiţia:

G GN (5.4)

Posibilităţile de realizare a acestei condiţii trebuie să fie atent analizate încă de la fazele preliminare ale proiectului, atunci când se elaborează concepţia complexă a clădirii, când încă se mai poate interveni asupra configuraţiei în plan si pe verticală a construcţiei, precum şi asupra parametrilor ei geometrici. Principalii factori geometrici care influenţează coeficientul global G sunt următorii: •raportul în care: P - perimetrul clădirii, măsurat pe conturul exterior al pereţilor de faţadă; - aria în plan a clădirii, limitată de perimetru; •retragerile gabaritice, existenţa bowndourilor, precum si alte variaţii ale suprafeţelor de la nivel la nivel; •gradul de vitrare, exprimat prin raportul:

v= (5.5)

în care: - -este aria tamplariei exterioare şi a altor suprafeţe vitrate;

- -este aria zonelor opace a pereţilor exteriori.

73

5.1.4. Succesiunea calculelor

Se recomandă a fi următoarea:

1. Stabilirea planurilor şi secţiunilor verticale caracteristice ale clădirilor, cu precizarea conturului spaţiilor încălzite.

2.Calculul ariilor tuturor elementelor de construcţii perimetrale. 3.Calculul ariei anvelopei A= şi a volumului clădirii V.

4.Determinarea temperaturilor (prin bilanţ termic). 5.Determinarea factorilor de corecţie

6. Determinarea rezistenţelor termice corectate medii

7.Stabilirea numărului de schimburi de aer pe oră n. 8.Calculul sub formă tabelara a expresiei:

9.Se calculează: G=

10. Se calculează A/V şi se obţine valoarea GN. 11. Se compară G cu GN. La prima fază de proiectare se recomandă a se face un prim calcul considerând valorile . În funcţie de valoarea G obţinută, se acţionează asupra elementelor de construcţii a gradului de vitrare.

5.1.5.Recomandări privind unele posibilităţi de îmbunătăţire a comportării termotehnice şi de reducere a valorii coeficientului global de izolare termică la clădirile de locuit

Pentru îmbunătăţirea comportării termotehnice a clădirilor de locuit şi pentru reducerea valorii coeficientului global de izolare termică, se recomanda aplicarea următoarelor măsuri:

5.1.5.1. Recomandări la alcătuirea generală a clădirii: •la stabilirea poziţiilor şi dimensiunilor tâmplăriei exterioare se are în vedere atât orientarea cardinală, cât şi orientarea faţă de direcţia vânturilor dominante, ţinând seama şi de existenta clădirilor învecinate; deşi nu se consideră în calcule, ferestrele orientate spre sud au un aport solar semnificativ; •pentru reducerea pierderilor de căldură spre spaţiile de circulaţie comună, se prevăd windfanguri la intrările în clădiri, aparate de închidere automată a uşilor de intrare în clădiri , termoizolatii la uşile de intrare în apartamente, încălzirea spaţiilor comune la temperaturi apropiate de temperatura din locuinţe etc; •la pereţii interiori ai cămărilor aerisite direct, se prevăd măsuri de termoizolare.

5.1.5.2. Recomandari la alcătuirea elementelor de construcţii perimetrale: •se utilizează soluţii cu rezistenţe termice specifice sporite, cu utilizarea materialelor termoizolante eficiente ( polistiren, vată minerală etc.); •se utilizează soluţii îmbunătăţite de tâmplărie exterioară, cu cel puţin 3 rânduri de geamuri sau cu geamuri termoizolante; •se urmăreşte eliminarea totală sau reducerea în cât mai mare măsură a punţilor termice de orice fel, în special în zonele de intersecţii ale elementelor de construcţii ( colţuri, socluri, cornişe, atice), cât şi la balcoane , logii, bowindouri şi în jurul golurilor de ferestre şi uşi de balcon etc. •se interzice utilizarea tamplariilor cu tocuri şi cercevele din aluminiu fără întreruperea punţilor termice.

5.1.5.3. Recomandari in vederea reducerii infiltraţiilor de aer rece: •la tâmplăria exterioară se iau măsuri de etanşare corespunzătoare a rosturilor dintre tocuri şi conturul golurilor din pereţi; •se utilizează exclusiv tâmplărie de bună calitate şi prevăzută cu garniturI de etanşare; •suprafetele vitrate, luminatoarele şi tâmplăria fixă se prevăd cu soluţii de etanşare care să excludă orice infiltraţii;

74

•la pereţii din panouri mari prefabricate, rosturile dintre panouri se iau exclusiv de tip “închis” şi se etanşează cu chituri de calitate corespunzătoare care conferă o siguranţă deplină, atât faţă de infiltrațiile de apă, cât şi faţă de infiltratiile de aer; •la elementele perimetrale opace nu se utilizează soluţii constructive caracterizate printr-o permeabilitate la aer ridicată.

5.2. Determinarea şi verificarea coeficientului global de izolare termică G1 la clădirile cu altă destinaţie decât cea de locuit

Prevederile din normativul C 107/2 se aplică la următoarele categorii de clădiri cu altă destinaţie decât locuirea, al căror regim de inălţare nu depăşeşte P + 10E: •cladiri de categoria 1, în care intră cladirile “cu ocupare continu㔺i clădirile “cu ocupare discontinuă” de clasă de inerţie mare; •cladiri de categoria 2, în care intră clădirile cu “ocupare discontinuă” cu excepţia celor din clasă de inerţie mare Clădirile cu “ocupare continuă” sunt acele clădiri a căror funcţionalitate impune ca temperatura mediului

interior să nu scadă ( în intervalul 0 şi 7) cu mai mult de 7 sub valoarea normală de exploatare: creşele, internatele, spitalele etc. Clădirile cu “ocupare discontinuă”sunt acele clădiri a căror funcţionalitate permite ca abaterea de la

temperatura normală de exploatare să fie mai mare de 7 pe o perioadă de 10 ore pe zi, din care cel puţin 5 ore în intervalul dintre oră 0 şi 7: şcolile, amfiteatrele, sălile de spectacole, clădirile administrative, restaurantele, clădirile industriale cu unul sau două schimburi etc., de clasă de inerţie medie şi mică.

Tabelul 5.3. Valorile coeficientilor a, b, c, d, e pentru cladirile de categoria 1, cu ocupare continua

Tipul de clădire Zona climatica

a b c d e

I 1,30 2,30 1,50 1,30 0,39

II 1,40 2,50 1,60 1,30 0,39

III 1,50 2,70 1,70 1,30 0,43

Spitale, creşe şi policlinici

IV 1,60 2,90 1,80 1,30 0,47 I 0,90 2,30 0,90 1,30 0,39

II 1,00 2,50 1,00 1,30 0,49

III 1,10 2,70 1,10 1,30 0,43

Clădiri de învăţământ şi pentru sport

IV 1,20 2,90 1,20 1,30 0,45

I 0,80 2,10 0,90 1,30 0,30

II 0,90 2,30 1,00 1,30 0,30

III 1,00 2,50 1,10 1,30 0,30

Birouri, clădiri comerciale şi hoteliere

IV 1,10 2,70 1,20 1,30 0,30 I 0,65 1,80 0,90 1,30 0,25

II 0,70 2,00 1,00 1,30 0,25

III 0,75 2,20 1,10 1,30 0,25

Alte clădiri (industriale cu regim normal de expl.)

IV 0,80 2,40 1,20 1,30 0,25

75

Tabelul 5.4. Valorile coeficientilor a, b, c, d, e pentru cladirile de categoria 2, cu

ocupare continua Tipul de clădire Zona

climatică a b c d e

I 1,05 2,45 1,30 1,40 0,39

II 1,15 2,70 1,40 1,40 0,39

III 1,25 2,95 1,50 1,40 0,43

Spitale, creşe şi policlinici

IV 1,35 3,10 1,60 1,40 0,47

I 0,75 2,00 0,90 1,40 0,39

II 0,80 2,25 1,00 1,40 0,39

III 0,85 2,45 1,10 1,40 0,43

Clădiri de învăţământ si pentru sport

IV 0,90 2,65 1,20 1,40 0,47

I 0,75 2,00 0,90 1,40 0,30

II 0,80 2,25 1,00 1,40 0,30

III 0,85 2,45 1,10 1,40 0,30

Birouri, clădiri comerciale şi hoteliere

IV 0,90 2,65 1,20 1,40 0,30

I 0,55 1,40 0,85 1,40 0,25

II 0,60 1,50 0,90 1,40 0,25

III 0,65 1,60 0,95 1,40 0,25

Alte clădiri (industriale cu regim normal de expl.)

IV 0,70 1,70 1,00 1,40 0,25

Tabelul 5.5. Valorile G 1 ref

Indicele solar Categoria clădirii

Tipul clădirii Inerţia termica

0,009 0,010…0,019 0,020

Clădiri pentru sport oarecare 0 0,06 0,12

mica 0 0,03 0,06

medie 0 0,05 0,10

1

Alte clădiri

mare 0 0,06 0,12

Clădiri pentru sport şi scoli

oarecare 0 0,03 0,06 2

Alte clădiri oarecare 0 0,04 0,08

5.2.1. Determinarea coeficientului global efectiv de izolare termică G1

Se face utilizând relaţia:

(5.6)

76

în care V este volumul încălzit al clădirii, iar , , - determinate pentru elementele j ale

anvelopei.

5.2.2. Determinarea coeficientului global normat de izolare termică G1 ref

Se face utilizând relaţia:

(5.7)

În care: - - este aria suprafeţelor componente opace ale pereţilor verticali care fac în planul orizontal un unghi mai mare de 60°, aflaţi în contact cu exteriorul sau cu un spaţiu neîncălzit , calculată luând în considerare dimensiunile interax . - - este aria suprafeţelor planseelor de la ultimul nivel (orizontale sau care fac cu planul orizontal un unghi mai mic de 60° ), aflate în contact cu exteriorul sau cu un spaţiu neîncălzit, calculată luând în considerare dimensiunile interax . - - este aria suprafeţelor inferioare aflate în contact cu exteriorul sau cu un spaţiu neîncălzit, calculată luând în considerare dimensiunile interax . -P - este perimetrul exterior al spaţiului aferent clădirii aflat în contact cu solul sau îngropat [m]. - - este aria suprafeţelor pereţilor transparenţi sau translucizi aflaţi în contact cu exteriorul sau cu un spaţiu neîncălzit, calculată luând în considerare dimensiunile nominale ale golului din perete .. -V este volumul încălzit, calculat pe baza dimensiunilor exterioare ale clădirii . -a,b,c,d,e sunt coeficienţii de control pentru elementele de construcţii menţionate mai sus, în funcţie de categoria de clădire (categoria 1 sau 2 ), tipul de clădire şi zonă climatică.

Pentru clădirile la care suprafaţa pereţilor transparenţi sau translucizi reprezintă cel puţin 50% din suprafaţa elementelor verticale de închidere, coeficientul global de referinţă G1ref poate fi mărit cu o

cantitate G1ref, în funcţie de categoria clădirii, de indicele solar şi de inerţia termică a clădirii. Indicaţii privind determinarea clasei de inerţie termică sau a indicelui solar sunt date în anexele normativului C 107/2.

5.2.3.Nivelul de izolare termică globală Nivelul de izolare termică globală este corespunzător dacă se realizează condiţia:

G1 G1ref (5.8)

77

6. RIDICAREA EFICIENŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR

6.1. Performanţa energetică a unei clădiri

Sectorul terţiar şi rezidenţial, constituit în cea mai mare parte din clădiri, reprezintă peste 40% din consumul energetic final din ţările membre ale Comunităţii Europene, după cum se arată în Directiva 2002/91/CE a Parlamentului European şi a Consiliului din 16.12.2002, privind performanţa energetică a clădirilor. Datorită extinderii acestui sector, este clar că va creşte consumul de energie, deci implicit şi emisiile de CO2.

Conform Directivei 89/106/CEE a Consiliului Europei din 21.12.1988 se impune ca instalaţiile de încălzire, ventilaţie şi răcire a clădirilor să fie proiectate astfel încăt cantitatea de energie necesară să fie redusă. Măsurile care trebuiesc luate pentru creşterea performanţei energetice a clădirilor trebuie să ţină seama de condiţiile climatice locale, de ambianţa climatică din exterior şi de raportul cost – eficienţă.

În acelaşi timp, datorită apariţiei fenomenului de încălzire globală, în ultima perioadă a crescut cererea de sisteme de climatizare. Aceasata poate duce la probleme la orele de vârf energetic, determinând creşterea balanţei energetice. De aceea, este importantă şi creşterea performanţelor energetice ale clădirilor pe timp de vară.

Directiva 2002/91/CE stabileşte cerinţele legate de cadrul general pentru o metodologie de calcul a performanţelor energetice, aplicarea cerinţelor minime privind performanţa energetică a clădirilor noi şi de asemenea, la clădirile existente, supuse renovării, certificarea energetică a clădirilor şi inspecţia periodică a cazanelor şi sistemelor de climatizare, precum şi evaluarea instalaţiilor de încălzire ale căror cazane au o vechime de peste 15 ani. Performanţa energetică a unei clădiri este reprezentată de cantitatea de energie efectiv consumată sau estimată pentru a face faţă necesităţilor legate de utilizarea standard a clădirii, care presupune între altele: încălzirea, apa caldă, sistemul de răcire, ventilaţia şi iluminatul. Această cantitate se reflectă într-unul sau mai mulţi indicatori numerici care se calculează luându-se în considerare:

Izolaţia;

Caracteristicile tehnice şi de montaj;

Proiectarea şi amplasarea în raport cu parametrii climatici;

Expunerea la soare;

Influenţa structurilor învecinate;

Resursele proprii de generare a energiei;

Alţi factori (climatul interior, etc.).

Ceritificatul de performanţă energetică a unei clădiri (Anexa 3) este un certificat recunoscut de stat sau de o persoană juridică desemnată de acesta, care cuprinde performanţa energetică a unei clădiri, calculată în conformitate cu o metodologie stabilită la nivel naţional. În România este stabilită această metodologie prin Legea nr.372 din 13.12.2005 privind performanţa energetică a clădirilor. Metodologia cuprinde, în special, următoarele elemente:

a) caracteristicile termotehnice ale elementelor ce alcătuiesc anvelopa clădirii, compartimentarea interioară, inclusiv etanşeitatea la aer; b) instalaţiile de încălzire şi de alimentare cu apă caldă de consum, inclusiv caracteristicile în ceea ce priveşte izolarea acestora; c) instalaţia de climatizare; d) ventilaţia; e) instalaţia de iluminat integrată a clădirii, în principal sectorul nerezidenţial; f) poziţia şi orientarea clădirilor, inclusiv parametrii climatici exteriori; g) sistemele solare pasive şi de protecţie solară; h) ventilaţia naturală; i) condiţiile de climat interior, inclusiv cele prevăzute prin proiect.

78

Metodologia cuprinde, după caz, şi alte elemente, în situaţia în care influenţa acestora asupra performanţei energetice a clădirilor este relevantă, precum:

a) sisteme solare active şi alte sisteme de încălzire, inclusiv electrice, bazate pe surse de energie regenerabilă; b) electricitate produsă prin cogenerare; c) centrale de încălzire şi de răcire de cartier sau de bloc; d) iluminatul natural.

Certificatul de performanţă energetică al clădirii este un document tehnic care are caracter informativ şi este valabil 10 ani. Certificatul este însoţit de recomandări privind îmbunătăţirea performanţei energetice şi se întocmeşte de către auditorii energetici pentru clădiri. Cerificatul se elaborează atât pentru clădirile vechi cât şi pentru clădirile noi şi se păstrează la cartea tehnică a construcţiei. În cazul clădirilor noi, certificatul, elaborat în baza proiectului tehnic, a detaliilor de execuţie, a proceselor verbale pe faze de execuţie specifice, se cuprinde ăn documetele recepţiei la terminarea lucrărilor. Auditul energetic al clădirii este o procedură specifică, având drept scop obţinerea datelor privind:

1. Profilul consumului energetic al clădirii;

2. Identificarea şi cuantificarea măsurilor pentru realizarea unei economii de energie;

3. Raportarea rezultatelor.

Auditul se realizează pe baza datelor existente în cartea tehnică a construcţiei sau pe baza releveului clădirii şi cuprinde:

Analizele termice şi energetice ale clădirii, pe baza cărora se elaborează certificatul de

performanţă energetică a clădirii;

Stabilirea măsurilor în vederea creşterii performanţei energetice a clădirii, cu estimarea costurilor,

a economiei de energie precum şi a duratei de recuperare a investiţiilor.

Auditul se finalizează printr-un raport de audit energetic. În acelaşi timp se realizează şi inspecţia energetică a cazanelor, a centralei termice şi a instalaţiilor de încălzire astfel:

Se determină performanţele energetice ale acestora;

Se stabilesc măsurile pentru reducerea consumului de energie şi limitarea emisiilor de CO2, a

gazelor şi a compuşilor chimici pentru încadrarea în valorile prescrise privind protecţia mediului,

în conformitate cu reglementărlie tehnice şi legislaţia specifică.

Se realizează de asemenea şi inspecţia energetică a sistemelor de climatizare din clădiri: Se urmăresc debitele de aer de introducere şi de evacuare;

Datele privind caracteristicile constructive ale clădirii: structura, anvelopa, materiale, tipul de

folosinţă al clădirii - rezidenţial, nerezidenţial, etc.;

Identificarea sistemului de climatizare;

Evaluarea randamentului şi dimensionarea în raport cu necesitaţile;

Datele cu privire la tipul de agent frigorific utilizat şi încadrarea acestuia în categoria acceptată

din punct de vedere al poluării mediului,etc.

6.2. Reabilitarea termică a clădirilor

6.2.1. Noţiuni introductive Reabilitarea termică a clădirilor existente şi a instalaţiilor aferente constă într-un ansamblu de măsuri tehnice şi financiare pentru îmbunătătâire performanţelor de izolare termică a elementelor de construcţie

79

care delimitează de exterior spaţiile interioare încălzite, precum şi creşterea eficienţei energetice a instalaţiilor interioare de încălzire şi de alimentare cu apă caldă de consum. Prin reabilitarea termică a clădirilor se urmăreşte reducerea consumului de energie pentru încălzire şi prepararea apei calde de consum, scăderea costurilor efective pentru încălzire şi reducerea importului de combustibili, creşterea eficienţei energetice în general, cu efecte în protecţia mediului şi asupra stării de sănătate a populaţiei. Măsurile pentru reabilitarea termică a clădirilor de locuit constau în:

1. Intervenţii la nivelul elementelor de construcţie exterioare care alcătuiesc anvelopa clădirii prin

termoizolaţii, modernizarea ferestrelor, etanşări;

2. Contorizarea utilităţilor la nivel de clădire;

3. Gestionarea individuală a utilităţilor prin montarea în apartamente a repartitoarelor;

4. Termoizolarea conductelor din subsoluri;

5. Modernizarea echipamentelor de producere a utilităţilor termice (cazan de producere energie

termică, boiler pentru preparare apă caldă de consum, corpuri de încălzire);

6. Înlocuirea armăturilor defecte şi modernizarea acestora.

Reabilitarea şi modernizarea termică a clădirilor existente, precum şi a sistemului de alimentare cu căldură pentru încălzire şi preparare apă caldă reprezintă necesităţi general acceptate ca urmare a nevoii de conservare a energiei. Coform Vasilache M, activitatea implică în practică parcurgerea unei „foi de drum” la nivel naţional cu puncte obligatorii (figura 5.1). Este un circuit continuu care se perfecţionează treptat dar care se opreşte când oricare din etapele 1...11 nu este asigurată.

Figura 5.1. Foaie de parcurs pentru reabilitarea termică a fondului construit existent K. Steemers distinge trei direcţii de acţiune: măsuri pentru atenuarea modificărilor climatice, măsuri pentru adaptarea construcţiilor şi măsuri privind educarea comportării locatarilor. El constată că proiectanţilor ar trebui să li se ceară între altele: mărirea cu 5...10% a sarcinilor din vânt, ploi mai intense, rezistenţe sporite la radiaţii ultraviolete, adâncimi sporite de fundare, eficientă termică superioară şi ventilare naturală îmbunătăţită în special pentru a evita utilizarea aparatelor electrice de aer condiţionat. 6.2.2. Legislaţie La această dată sunt în vigoare o serie de acte legislative: Ca urmare a fost creat cadrul legislativ pentru reabilitarea şi modernizarea termică a tuturor clădirilor existente şi a instalaţiilor aferente acestora, din mediul urban şi rural (rezindenţiale, pentru sănătate,

80

pentru învăţământ, publice, de productie etc.). OG 29/2000 instituie şi obligativitatea întocmirii certificatului energetic al clădirii, act oficial de atestare a performanţei clădirii la un anumit moment (nivelul de izolare termică, randamentul instalaţiei de încălzire, prepararea de apă caldă menajeră, consum specific de energie din combustibili fosili etc.). Acest document va reprezenta, în perspectivă, un instrument legal de evaluare a clădirii în cazul operaţiunilor de vânzare-cumpărare, închiriere, ipotecare etc. Pentru specialişti dar şi pentru publicul larg se simte nevoia concentrării diverselor legi, hotărâri, ordonanţe şi norme de aplicare, care sunt acum prea numeroase, devenind de aceea greu accesibile pentru a fi puse în practică. Totodată legislaţia va trebui să urmărească noile hotărâri luate în U.E. prin care se accentuiază reducerea consumului de energie obţinută din petrol, gaze sau cărbuni şi se stimulează utilizarea resurselor alternative. În esenţă, toate aceste reglementări tehnice privesc :

- caracterizarea clădirilor din punct de vedere al eficienţei energetice prin expertiza termică (denumită şi diagnostic termic sau energetic) şi certificatul energetic (document sintetic necesar în relaţiile economice). Spre deosebire de certificatul energetic, există şi „certificatul privind economia de energie”. Deoarece este necesară o soluţie prin care furnizorii mari de energie termică şi electrică să fie mobilizaţi în reducerea consumurilor. În prezent ei sunt, dimpotrivă, interesaţi să vândă cât mai multă energie şi la preţuri cât mai mari. Acelaşi lucru se poate spune şi despre furnizorii de combustibili fosili indigeni sau importaţi. De aceea furnizorii (de energie electrică şi termică, combustibil lichid, gaz) sunt obligaţi să realizeze economii de energie. În acest sens, ei pot :

- determina pe clienţii lor să utilizeze mijloace în acest scop, informându-i şi subvenţionându-i. La rândul lor, ei pot primi certificate de economie de energie care le dă dreptul la subvenţii

- realiza economii de energie în propriile lor instalaţii şi clădiri ; - cumpăra certificate de economie de energie de la orice entitate care realizează astfel de măsuri.

Dimpotrivă, dacă nu pot realiza economiile de energie impuse, furnizorii de energie sunt obligaţi să plătească penalizări importante. 6.2.3. Reglementări tehnice Apărute în perioada 1998...2008 reglementările tehnice specifice lucrărilor de reabilitare termică şi energetică reprezintă o bază complexă pentru adaptarea clădirilor civile la exigenţe de performanţă ameliorate faţă de normele naţionale anterioare. Se remarcă abordarea caracterizării elementelor de închidere la nivel global cu includerea efectului punţilor termice : În ansamblu se stabilesc metodologii de apreciere detaliată a performanţelor clădirilor existente şi baze pentru modernizare în scopul conservării energiei. În esenţă toate aceste reglementări tehnice privesc:

- caracterizarea clădirilor din punct de vedere al eficienţei energetice prin expertiza termică şi certificatul energetic (document sintetic necesar în relaţiile economice);

- orientarea proiectelor de modernizare energetică prin raportul de audit energetic în care sunt înscrise soluţiile tehnice de eficientizare a anvelopei şi instalaţiilor. Se remarcă numărul foarte mare de normative, ghiduri, metodologii, soluţii cadru, fără a mai menţiona şi standardele. Astfel apar multe suprapuneri iar utilizarea lor de către proiectanţi, experţi tehnici, verificatori şi auditori este îngreuiată. Probabil ar fi utilă o concentrare şi sistematizare a tuturor acestor documente, concomitent cu traducerea şi adaptarea celor din U.E. În general reabilitarea termică propusă de audit are in vedere un număr mic de soluţii pentru anvelopă şi instalaţii, fără a recomanda căi de utilizare a energiilor neconvenţionale şi monitorizarea permanentă a clădirilor care au făcut obiectul reabilitărilor termice. De fapt ansamblul reglementărilor tehnice este marcat prin:

- considerarea punţilor termice la evaluarea rezistenţei termice corectate R’ care devine principala caracteristică a unor elemente de construcţie (pereţi, acoperiş, ferestre, planşeu peste subsol, etc.), înlocuind vechea rezistenţă în câmp Ro;

- aprecierea globală a eficienţei termice a clădirii prin coeficientul de izolare termică GN

impropriu denumit astfel deoarece este proporţional cu consumul. În acest fel noile reglementări introduc valori minime ale rezistenţelor termice pe element (prescripţii de tip „garde - fou”) şi o valoare maximă G dependentă de raportul A/V pe care proiectantul o poate

81

satisface prin diverse soluţii tehnice (protecţie termică, efect de seră, utilizarea de resurse regenerabile, recuperare de căldură, etc.). 6.2.4. Efectele reabilitării termice a clădirilor

Din punct de vedere termotehnic reabilitarea termică a clădirilor înseamnă creşterea rezistenţei termice a anvelopei clădiri, eliminarea fenomenelor de condens precum şi asigurarea exigenţelor de confort termic, atât în regim de vară cât şi în regim de iarnă(Sârbu- efectele reab). Izolarea suplimentară a unei clădiri are multiple urmări atât asupra bilanţului energetic al clădirii, asupra proprietăţilor termotehnice ale clădirii, asupra confortului termic. Coform (Sarbu- efecte) rezistenţa termică a pereţilor exteriori din panouri prefabricate este mai redusă în realitate decît valoarea obţinută în urma calculelor, datorită afectării conductivităţii termice a materialului termoizolant de către factori mecanici, termici sau de umiditate pe parcursul procesului de execuţie şi a punţilor termice. Printr-o protecţie termică suplimentară a pereţilor exteriori se demonstrează că rezistenţa la transfer termic creşte până ce materialul termoizolant atinge o anumită grosime, după care această creştere devine nesemnificativă. Efectul izolării termice la exterior este diferit în funcţie de tipul îmbinări: bun laa îmbinări în formă de T (perete exterior-perete interior, perete exterior- plan;eu intermediar), mai puţin bun la colţuri, are o influenţă redusă la balcon, depinzând de modul de realizare al ferestrelor. Datorită existenţei punţilor termice la elementele de închidere poate apare fenomenul de condesaţie capilară pe suprafeţele respective. Reabilitarea termică conduce la reducerea influenţelor negative ale punţilor termice cu efect pozitiv şi asupra distribuţiei temperaturii la nivelul suprafeţelor interioare ale elementelor de construcţie exterioare, ceea ce duce la dispariţia condensului. De asemenea, stratul de izolaţie exterior protejat cu un strat de tencuială hidrofobă duce la o scădere a efectelor combinate ploaie – vânt, nepermiţând umezirea structurii iniţiale, crescând rezistenţa termică şi ducând la o scădere a pierderilor de căldură prin evaporare. Gradul de permeabilitate al structurii la aer ţi la vapori creşte. Prin reabilitarea termică a clădirii se realizează în acelaşi timp şi reducerea poluării mediului ambiant, prin reducerea consumului de energie.

6.3. Eficienţa energetică a clădirilor

Conceptul de dezvolate durabilă în domeniul energiei impune îmbunatatirea managementului energiei ceea ce conduce la creşterea economică, reducerea poluării, economisirea resurselor astfel încât acestea sa fie folosite într-un mod cât mai productiv. Majoritatea ţărilor Comunităţii Europene au aplicat facilităţi fiscale pentru ridicarea eficienţei energetice în domeniul clădirilor(Mladin):

Credite de stat cu dobâdă mică; Tarife diferenţiate la energie termică; Scutire de impozite; Impozite diferenţiate,etc.

De asemenea, s-a încurajat utilizarea de materiale de construcţii performante, s-au perfecţionat tehnologiile astfel în cât rezistenţa termică a crescut. În România, consumurile specifice de căldură şi de apă caldă menajeră au valori aproape duble faţă de cele din ţările Uniunii Europene, deci şi emisiile poluante sunt mai mari ceea ce reclamă existenţa unei politici de creştere a eficienţei energetice la nivelul întregii societăţi (Mladin). Pe ansamblul clădirilor de locuit, din România, eficienţa utilizării căldurii pentru încălzire, apă caldă şi prepararea hranei este de numai 43% din cantitatea de căldură furnizată de surse; pentru municipiul Bucureşti, aceasta este de 63%, dar tot foarte de redusă. Valorile foarte ridicate ale indicilor de consum de căldură pentru asigurarea confortului termic în spaţiile locuite, atestă pe de o parte caracterul puternic disipativ al clădirilor existente dar şi potenţialul ridicat al soluţiilor de modernizare energetică a clădirilor. Pentru a ridica eficienţa energetică pe viitor se urmăresc:

82

Realizarea clădirilor civile cu consum foarte mic de energie;

Realizarea clădirilor cu autonomie energetică;

Realizarea clădirilor active energetic.

Proiectarea unei clădiri cu consum de energie redus înseamnă: 1. Adăugare la anvelopă a unui strat de izolaţie termică;

2. O bună orientare a clădirii;

3. Forma clădirii;

4. Ferestrele şi iluminarea naturală;

5. Ventilarea raţională şi riscul de condens;

6. Modul de dispunere a straturilor de izolaţie termică;

7. Utilizarea energiei solare;

8. Eficienţa echipamentelor şi a instalaţiilor de încălzire;

9. Posibilitatea de reglare, contorizare şi automatizare.

6.4. Indicatori ai eficienţei energetice a soluţiilor de reabilitare termică a clădirilor

existente

Cei mai importanţi indicatori economici luaţi în considerare sunt (Metodologie): - Valoarea netă actualizată aferentă investiţiei suplimentare datorată aplicării unui proect de

modernizare sau reabilitare energetică şi economiei de energie rezultată prin aplicarea proiectului

ΔVNA [lei];

- Durata de recuperare a investiţiei suplimentare care apare ca urmare reabilitării NR [ani] – timpul

scurs din momentul realizării investiţiei şi momentul în care valoarea acesteia este egalată de

valoarea economiilor realizate prin implementarea măsurilor de reabilitare adusă la momentul

iniţial al investiţiei;

- Costul unităţii de energie economisită e [lei/kWh] - raportul dintre valoarea investiţiei

suplimentare datorată aplicării reabilitării şi economiile de energie realizate prin implementarea

acesteia pe durata de recuperare a investiţiei.

Valoarea netă actualizată – VNA – este proiecţia la momentul 0 a tuturor costurilor menţionate, funcţie de rata de depreciere a monedei considerate sub forma deprecierii medii anuale. Pentru ca soluţia de reabilitare să fie eficientă economică trebuie ca:

- ΔVNA<0;

- Valoarea NR cât mai mică şi în primul mic maio mică decât o perioadă de referinţă T,

impusă din considerente economico-financiară sau tehnice;

- Valoarea e cât mai mică.

Conform (metodologie), considerând că rata de depreciere anuală a monedei este constantă şi că preţul energiei are o creştere uniformă, VNA este dată de relaţia:

, (6.1)

Unde:

83

Co – costul investiţiei totale în anul 0 [Euro]; CE – costul anual al energiei consumate la nivelul anului de referinţă [Euro]; CM – costul anual al operaţiunilor de mentenanţă la nivelul anului de referinţă [Euro]; f – rata anuală de creştere a costului căldurii – se consideră că are o valoare constantă pe durata de viaţă a clădirii ; i – rata anuală de depreciere a monedei Euro; k- indice în funcţie de tipul energiei utilizate: 1- gaz natural, 2 – enegie termică, 3- energie electrică; N – durata fizică de viaţă a sistemului studiat [ani]. Se consideră că performanţa energetică a clădirii se menţine aceeaşi pe întreaga durată de viaţă a clădirii dacă se asigură verificări periodice în cadrul activităţii de monitorizare a acesteia. În urma constatărilor acestor verificări se pot realiza şi intervenţii care pot remedia anumite defecţiuni.