CURS DE PREGĂTIRE AUDITORI ENERGETICI

Prezentat de dr. ing. Cătălin LUNGU

A. STANDARDUL SR EN ISO 12831, 2004

Sisteme de încălzire a clădirilor. Metodă de

determinare a necesarului de căldură de calcul

(înlocuieste SR 1907-1997)

B. STANDARDUL SR EN ISO 13790, 2005

Performanţa termică a clădirilor, Calculul necesarului de

energie pentru încălzire (conform ISO 13790:2004)

1

MODALITATI DE FURNIZARE A CALDURII IN ROMANIAMODALITATI DE FURNIZARE A CALDURII IN ROMANIA

A. STANDARDUL SR EN ISO 12831, 2004

SR EN 12831-2004 stabileşte metodele de calcul ale pierderilor de căldură

şi ale sarcinii termice pentru configuraţii clasice, în condiţii normale.

Configuraţiile clasice cuprind toate clădirile ale căror încăperi au o înălţime

limitată (nu depăşesc 5 m), supuse încălzirii în regim constant în condiţii

nominale.

SR EN 12831-2004 face parte dintr-o serie de standarde / normative /

proiecte de standarde continând metode de calcul pentru proiectarea si

evaluarea performantelor termice ale clădirilor :

[1] SR EN 673-2000: Sticla pentru constructii. Determinarea transmitantei termice,

U. Metoda de calcul.

[2] SR EN ISO 6946-1998: Părti si elemente de constructie. Rezistenta termică si

transmitanta termică. Metoda de calcul.

[3] SR EN ISO 10077-1/2000: Performanta termică a ferestrelor, usilor si

obloanelor. Calculul transmitantei termice. Partea I. Metoda simplificată.

[4] SR EN ISO 10456-2002: Materiale si produse pentru constructii. Proceduri

pentru determinarea valorilor termice declarate si de proiectare.

[5] SR EN 12524-2002: Materiale si produse pentru constructii. Proprietăti

higrotermice. Valori de proiectare tabelate.

[6] SR EN ISO 13370-2003: Performanta termică a clădirilor la transferul termic prin

sol. Metode de calcul.

[7] SR EN ISO 14683/AC-2002: Punti termice în clădiri. Transmitanta termică liniară.

Metoda simplificată si valori aproximate.

2

PRINCIPIUL METODEI; RELATII DE CALCUL

Pentru fiecare încăpere "i" a spatiului încălzit se calculează pierderile

de căldură:

Φi=ΦT,i+ΦV,i [W, kW]

în care ΦT,i=(HT,ie+HT,iue+HT,ig+HT,ij) x (θint,i-θe)

si ΦV,i=HV,i x (θint,i-θe)

iar HV,i=0,34 x iV

Debitul iV (m3/h) este ales ca maxim între debitul de aer rece pătruns din

exterior în interior ca urmare a infiltratiilor, respectiv în urma procesului de

aerisire pentru asigurarea confortului fiziologic în interiorul camerei, adică:

iV =nmin x Vi (confort fiziologic)

sau iV =2 x Vi x n50 x ei x εi

3

4

B. STANDARDUL SR EN ISO 13790, 2005

CUPRINS Introducere 1 Domeniu de aplicare 2 Referinte 3 Termeni si definitii 4 Simboluri si unitati de măsură 5 Principiul metodei de calcul si datele necesare 6 Încălzire cu intermitentă 7 Pierderi termice (calcul pentru o singură zonă) 8 Aporturi de căldură 9 Necesar de căldură 10 Necesar anual de căldură al unei clădiri 11 Necesar de energie pentru încălzire 12 Raport Anexa A (normativă) Aplicatii la clădiri existente Anexa B (normativă) Metodă de calcul pentru clădiri cu mai multe zone Anexa C (normativă) Încălzire cu intermitentă–Calculul temperaturii interioare corectate Anexa D (normativă) Calcul cu perioadă de vacantă Anexa E (normativă) Pierderi termice aferente elementelor de anvelopă speciale Anexa F (normativă) Aporturile solare ale elementelor speciale Anexa G (informativă) Debite de ventilare Anexa H (informativă) Date pentru aporturile solare Anexa I (informativă) Calculul necesarului de căldură pentru fiecare mod de încălzire Anexa J (informativă) Exactitatea metodei Anexa K (informativă) Date de intrare conventionale Anexa ZA (informativă) Referinte normative la publicatii internationale si corespondenta acestora cu publicatii europene Bibliografie

5

INTRODUCERE, REFERINTE, DOMENII DE APLICARE

SR EN 13790-2005 face parte dintr-o serie de standarde / normative /

proiecte de standarde continând metode de calcul pentru proiectarea si

evaluarea performantelor termice ale clădirilor :

[8] SR EN 13789: – Performanţa termică a clădirilor. Coeficient de pierderi de

căldură prin transfer. Metodă de calcul;

[9] SR EN ISO 13790:2004 – Performanţa termică a clădirilor. Calculul necesarului

de energie pentru încălzirea spaţiilor;

[10] SR EN ISO 13791:2006 – Performanţa termică a clădirilor. Calculul

temperaturii interioare a unei încăperi în timpul verii, fără climatizare. Criterii

generale şi proceduri de validare;

[11] SR EN ISO 13792:2006 – Performanţa termică a clădirilor. Calculul

temperaturii interioare a unei încăperi în timpul verii, fără climatizare. Metode

de calcul simplificate;

[12] SR EN ISO 15927-1 :2004 – Performanţa higrotermică a clădirilor. Calculul şi

prezentarea datelor climatice. Partea 1: Mediile lunare şi anuale ale

elementelor meteorologice simple;

[13] SR EN ISO 15927-4 :2004 – Performanţa higrotermică a clădirilor. Calculul şi

prezentarea datelor climatice. Partea 4: Date orare pentru evaluarea

necesarului energetic anual pentru încălzire şi răcire;

[14] SR EN ISO 15927-5 :2006 – Performanţa higrotermică a clădirilor. Calculul şi

prezentarea datelor climatice. Partea 5: Date pentru sarcina termică de

proiectare pentru încălzirea spaţiilor;

[15] SR EN ISO 832 :2002 - Performanţa termică a clădirilor. Calculul necesarului

de energie pentru încălzire. Clădiri de locuit;

[16] SR EN ISO 832 :2002/AC :2002 - Performanţa termică a clădirilor. Calculul

necesarului de energie pentru încălzire. Clădiri de locuit;

[17] SR EN ISO 832 :2002/AC :2002/AC :2003 - Performanţa termică a clădirilor.

Calculul necesarului de energie pentru încălzire. Clădiri de locuit;

6

[18] SR ISO 6240 :1998 – Standarde de performanţă în clădiri. Conţinut şi

prezentare;

[19] SR ISO 6241:1998 – Standarde de performanţă în clădiri. Principii de

elaborare şi factori de luat în considerare;

[20] SR EN ISO 6946:1998 – Părţi şi elemente de construcţie. Rezistenţă termică

şi transmitanţă termică. Metodă de calcul;

[21] SR EN ISO 6946:1998/A1:2004 – Părţi şi elemente de construcţie. Rezistenţă

termică şi transmitanţă termică. Metodă de calcul;

[22] SR EN ISO 7345:2002 – Izolaţie termică. Mărimi fizice şi definitii;

[23] EN ISO 7345-1995, Thermal insulation-Physical quantities and definitions

[24] EN ISO 13370-1998, Thermal performanace of buildings-Heat transfer via the

ground-Calculation methods

SR EN 13790-2005 stabileste o metodă de calcul simplificată pentru

evaluarea necesarului anual de energie pentru încălzirea spatiilor unei

clădiri/zone din clădirea de locuit sau cu altă destinatie decât de

locuit.

Metoda de calcul este lunară si cuprinde calcularea:

• pierderilor termice ale unei clădiri încălzite la o temperatură interioară constantă;

• necesarului anual de energie pentru a mentine temperaturile interioare conventionale de calcul în clădire

• cantitatea anuală de energie necesară instalatiei de încălzire aferentă clădirii pentru încălzirea spatiilor

Clădirea poate să cuprindă mai multe zone cu temperaturi interioare conventionale de calcul diferite şi poate fi încălzită cu intermitentă. Doar pentru clădirile de locuit, calculul poate fi efectuat pe toata durata perioadei de incalzire.

7

Domenii de utilizare

1) aprecierea conformitătii cu reglementările care se referă la obiective

energetice;

2) compararea performantei energetice a diverselor variante de proiectare

pentru o clădire care urmează a se construi;

3) afisarea unui nivel conventional de performantă energetică a clădirilor

existente;

4) evaluarea efectului unor măsuri de economisire a energiei la o clădire

existentă, prin calculul necesarului de energie cu si fără măsuri pentru

economisirea energiei;

5) prevederea necesarului de resurse energetice la scară natională si

internatională prin calculul necesarului de energie al unor clădiri

reprezentative pentru fondul construit.

Utilizatorul se poate referi la alte standarde internationale sau la documente

nationale pentru datele de intrare si procedurile de calcul detaliate care nu

sunt prezentate în acest standard. Aceasta se aplică în mod special la

calculul eficientei sau a pierderilor de căldură ale instalatiilor de încălzire.

8

TERMENI, DEFINITII, NOTATII

(a se vedea si SR EN ISO 7345)

Perioadă de calcul

-intervalul de timp luat în considerare pentru calculul pierderilor si

aporturilor de căldură.

NOTĂ - Perioada de calcul este luna. Pentru clădiri de locuit calculul poate fi

efectuat de asemenea pe durata sezonului de încălzire.

Temperatură exterioară

-temperatura aerului exterior.

NOTĂ – Pentru calculul pierderilor termice prin transmisie temperatura

radiantă a mediului înconjurător se consideră egală cu temperatura aerului

exterior; transmisia de undă lungă către bolta cerească este luată în

considerare în F.5.

Temperatură interioară

-media aritmetică a temperaturii aerului si a temperaturii medii de radiatie

în centrul zonei ocupate.

NOTĂ – aceasta este temperatura operativă aproximată conform ISO 7726,

Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring

physical quantities.

Temperatură interioară conventională de calcul

-temperatura interioară fixată printr-un sistem de reglare în regim normal

de încălzire 9

Temperatură de gardă

-temperatura interioară minimă necesară a fi mentinută pe durata

intervalelor de încălzire redusă.

Temperatură interioară corectată

-temperatura interioară virtuală constantă care conduce la aceleasi pierderi

termice ca în cazul încălzirii cu intermitentă.

Spatiu încălzit

-incintă sau închidere încălzită la o temperatură conventională de calcul

dată.

Spatiu neîncălzit

-incintă sau închidere care nu face parte din spatiul încălzit.

Necesar de căldură

-cantitatea de căldură care trebuie furnizată spatiului încălzit de o instalatie

de încălzire ideală, într-un interval de timp dat, pentru a asigura

temperatura interioară conventională de calcul.

NOTĂ – Necesarul de căldură poate include pierderi termice suplimentare la

nivelul clădirii urmare a distributiei neuniforme de temperatură si a unui

sistem real de reglare, dacă se iau în considerare prin mărirea temperaturii

conventionale de calcul si nu se includ în pierderile de căldură datorate

instalatiei de încălzire.

10

Necesar de energie pentru încălzirea spatiilor

-energia termică ce trebuie furnizată instalatiei de încălzire pentru a asigura

necesarul de căldură.

Încălzire intermitentă

-program de încălzire în care alternează perioade de încălzire normală si

perioade de încălzire redusă.

Moduri (regimuri) de intermitentă

-în timpul încălzirii intermitente, instalatia de încălzire functionează într-unul

din următoarele moduri:

• modul normal, când instalatia de încălzire functionează astfel încât

să asigure temperatura interioară la o valoare corespunzătoare

încălzirii continue;

• modul oprire, când instalatia de încălzire nu furnizează căldură;

• modul de functionare cu putere redusă, când instalatia de

încălzire furnizează un flux termic inferior celui corespunzător încălzirii

normale;

• modul de functionare de gardă, când fluxul termic este reglat

astfel încât să asigure o temperatură de gardă;

• modul restabilire, când instalatia de încălzire functionează la putere

termică nominală în scopul atingerii temperaturii interioare

conventionale de calcul.

NOTĂ – În functie de sistemul de reglare, modul restabilire poate începe

conform următoarelor două strategii:

11

a) restabilire la un moment fixat, când utilizatorul fixează momentul de

început al regimului de restabilire;

b) restabilire optimizată: când utilizatorul fixează momentul la care este

atinsă din nou temperatura interioară conventională de calcul, sistemul de

reglare optimizând durata regimului de restabilire functie de temperaturile

exterioară si interioară.

Zonă termică

-partea din spatiul încălzit având o temperatură conventională de calcul

dată, în care se neglijează variatia spatială a temperaturii interioare.

Coeficient de transfer termic

-raportul dintre fluxul de căldură transferat între două zone termice si

diferenta de temperatură dintre cele două zone.

Coeficient de pierderi termice

-coeficientul de transfer termic de la spatiul încălzit spre mediul exterior.

NOTĂ - Coeficientul de pierderi termice al clădirii nu poate fi utilizat în cazul

în care se aplică metode de calcul multi-zonal conform anexei B.

Pierderi termice ale clădirii

-căldura transferată dinspre spatiul încălzit către mediul exterior prin

transmisie si prin ventilare, într-un interval de timp dat.

12

Pierderi termice prin ventilare

-căldura transferată prin aerul care părăseste spatiul încălzit fie prin

exfiltratii, fie prin ventilare.

Pierderi termice prin transmisie

-căldura transferată prin transmisie prin anvelopa clădirii si prin sol.

Aporturi de căldură

-căldura generată sau care intră în spatiul încălzit de la surse de căldură

distincte de instalatia de încălzire a spatiilor si a apei calde.

NOTĂ – Acestea includ aporturile interne de căldură si aporturile solare.

Aporturi de căldură interne

-căldura furnizată în interiorul clădirii de ocupanti (căldură sensibilă

metabolică) si de aparate, altele decât instalatiile de încălzire a spatiilor si a

apei calde (iluminat, aparate casnice, echipamente de birou etc.).

Aporturi solare

-căldura furnizată prin radiatia solară care intră în clădire prin ferestre sau

sisteme pasive solare cum ar fi spatii solare, izolatie transparentă si pereti

solari.

NOTĂ – aparatele solare active cum ar fi captatoarele solare se consideră

ca parte a instalatiei de încălzire.

13

Radiatie solară

-cantitatea de căldură de la Soare incidentă pe suprafată într-un interval de

timp dat.

Factor de utilizare

-factorul de reducere a aporturilor de căldură totale lunare sau pe durata

sezonului de încălzire, pentru a obtine reducerea corespunzătoare a

necesarului de căldură.

Căldură recuperată

-căldura recuperată din mediu sau din instalatiile de încălzire a spatiilor si a

apei calde (inclusiv echipamente auxiliare), în cazul în care nu se consideră

în mod direct la reducerea pierderilor instalatiei de încălzire.

Căldură recuperată din ventilare

-căldura recuperată din aerul evacuat.

Pierderi ale instalatiei de încălzire

-cantitatea totală de căldură pierdută prin instalatia de încălzire, inclusiv

pierderea de căldură recuperată a instalatiei.

Simboluri si unităti de măsură

A arie, m2

a parametru numeric pentru factorul de utilizare, -

b factor de corectie pentru zonele neîncălzite, -

14

C capacitate termică utilă a unei zone încălzite, J/K

c căldură specifică masică, J/(kg.K)

d grosime a stratului, m

F factor, -

g transmitantă energetică totală a energiei solare a unui element de

constructie, -

I radiatie solară, J/m2

H coeficient de transfer termic, coeficient de pierderi termice, W/K

h coeficient de transfer de căldură superficial W/(m².K)

L lungime, m

N număr,-

Q cantitate de căldură sau de energie, J

R rezistentă termică, m².K/W

T temperatură termodinamică, K

t timp, durată, s

U coeficient de transmisie termică W/(m².K)

V volum de aer al unei zone ne/ încălzite, m3

V debit de aer, m3/s

Φ flux de căldură, putere termică, W

α coeficient de absorbtie a radiatiei solare, al unei suprafete, -

γ raport aporturi / pierderi de căldură, -

δ raport între diferenta de temperatură cumulată dintre interior si

exterior si valoarea sa în timpul perioadei de calcul, atunci când

instalatia de ventilare functionează, -

ε emisivitatea unei suprafete pentru radiatia termică, -

15

η randament, factor de utilizare pentru aporturi, -

κ factor referitor la pierderile termice ale peretilor solari ventilati, -

θ temperatură, în grade Celsius, °C

ρ densitate, masa volumica, kg/m3

σ constanta Stefan-Bolzman (s = 5,67x10-8) W/(m2.K4)

τ constantă de timp, s

χ capacitate termică raportată la suprafată J/(m².K)

ξ raport între efectele unei variatii ale fluxului termic asupra temperaturii

interioare si asupra temperaturii structurii, -

ζ parte utilă a capacitătii termice, -

ω raport între radiatia solară incidentă pe un perete când stratul de aer

este deschis si radiatia solară totală pe durata perioadei de calcul, -

NOTĂ - Se poate utiliza ora ca unitate de timp în loc de secundă, pentru

cantitătile care se referă la durată (adică atât pentru durate cât si pentru

numărul de schimburi de aer), dar în acest caz unitatea de măsură pentru

energie este Watt–oră (Wh) în loc de Joule.

16

Principiul metodei si datele de intrare

BILANŢUL ENERGETIC AL UNEI CLĂDIRI

Q necesarul de energie pentru incalzire

Qoa caldura de la alte aparate

Qr energie recuperata

Qhs pierderi din instalatia de incalzire

Qm caldura metabolica (sensibila)

Qs aporturi solare pasive

Qi aporturi interne

Qg aporturi totale

ηQg aporturi utile

Qh necesar de caldura

Qv pierderi termice prin ventilare

Qvr caldura recuperata din ventilare

QT pierderi termice prin transmisie

Qhw caldura pentru preparare apa calda

QL pierderi termice totale

1 conturul zonei incalzite

2 conturul instalatiei de apa calda

3 conturul centralei termice

4 conturul cladirii

17

PROCEDURA DE CALCUL-CLĂDIRI NOI

1- definirea ٭spatiului încălzit/neîncălzit, monozonal sau multizonal

a duratei perioadei de calcul şi a perioadelor pentru٭

diferitele regimuri de functionare (încălzire/ventilare cu

intermitentă)

2- calcularea coeficientului/coeficientilor de pierderi termice al/ai

spatiului/zonelor încălzit(e)

3- calcularea perioadei de încălzire si a datelor climatice ale perioadei de

încălzire

Apoi, pentru fiecare perioadă de calcul (lună sau perioadă de încălzire) se

calculează:

4- temperatura interioară corectată

5- pierderile termice QL

6- degajările interne de căldură Qi, aporturile solare Qs si factorul de

utilizare al aporturilor totale de căldură Qg

7- necesarul de căldură Qh pentru fiecare perioadă de calcul, respectiv Qh

anual

8- necesarul de energie pentru încălzire si pierderile instalatiei de încălzire

DATE INITIALE

• origine (standarde internationale/nationale sau alte documente

adecvate-anexele informative)

• tip (valori conventionale pentru estimarea necesarului de

căldură sau pentru aprecierea conformitătii cu reglementări sau

18

specificatii sau valori estimate în cazul optimizării unei clădiri noi

care se proiectează sau unei clădiri existente care se reabilitează)

• exemple: dimensiuni fizice ale clădirii; coeficientul de pierderi

termice prin transmisie HT (conf. EN ISO 13789); (debit mediu

de aer vehiculat prin clădire); Φ

V

i (aporturi de căldură interne

medii pe perioada de calcul) respectiv aria golurilor, factorii de

reducere pentru tâmplarie, factorii de corectie pentru umbrire,

factorii de transmisie totală a energiei solare; date climatice θe şi

Is,j (conf. EN ISO 15927-1 ); caracteristici dinamice ale spatiului

încălzit (C-capacitatea termică sau τ−constanta de timp).

RELATII DE CALCUL

1. Pierderile termice totale ale unei clădiri monozonă, încălzită la o

temperatură interioară uniformă:

QL=H x (θi-θe) x t

(QL= x (θ1

N

jjN Hj

=∑ iad,j-θe) x tj, j=perioada de încălzire)

în care

H=HT+HV

iar HT=conf. EN ISO 13789 si HV=ρa x ca x V

NOTĂ: este calculat conf. EN 13465 (clădiri de locuit) sau precizat în

reglementări nationale stiind categoria/destinatia/expunerea clădirii, zona

climatică.

V

19

2. Aporturile de căldură interioare Qi si solare Qs (pentru suprafete

vitrate sau pereti interiori/plansee ale spatiilor solare)

Qi=[Φi,h+(1-b) x Φi,u] x t = Φi x t

în care b=factor de reducere definit în EN ISO 13789

Qs= ,(1 )sj snj sj snj uj n j nI A b I A

+ −

∑ ∑

∑ ∑

în care j=orientarea, n=suprafata.

3. Necesarul de căldură

Qh=QL-ηQg

în care η=factorul de utilizare al aporturilor de căldură (calculat sau citit în

nomograme, functie de tip clădire-încălzire continuă tip I sau intermitentă

tip II)

20

4. Necesar anual de căldură al unei clădiri

(cazul tuturor clădirilor) hn

Q Q= ∑ hn

5. Necesarul de energie pentru încălzirea spatiilor (energia termică

furnizată la nivelul sursei de încălzire)

Q= (Qh-Qr) + Qth

RAPORT

Date de intrare

• referirea la SR EN 13790

• scopul calcului

• descrierea clădirii (arhitectură, sistem constructiv) si amplasamentului

• zonarea

• nota privind dimensiunile (interioare, exterioare sau inter-ax)

• precizarea duratei perioadei de calcul (lunar sau perioada de încălzire)

• programul de functionare si temperaturile interioare conventionale

• descrierea puntilor termice

• alte date de intrare (enumerate si justificate, inclusiv estimarea

exactitatii in cazul estimarii)

Rezultate

• pentru fiecare zona si pentru fiecare perioadă de calcul:

pierderi termice totale

aporturi de căldură interne

aporturi solare

necesarul de căldură

• necesarul anual de căldură

• necesarul anual de energie 21