Doctorat Iasi Clad Perf Energ

7/23/2019 Doctorat Iasi Clad Perf Energ

1/159

UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAIFACULTATEA DE CONSTRUCII I INSTALAII

VALORIFICAREA SURSELOR

REGENERABILE DE ENERGIE

N SISTEME PASIVE I ACTIVE

DOCTORAND

ing.MAGDA-MARIA MUNTEANU

CONDUCTOR TIINIFICProf.dr.ing.NICOLAE RANU

IAI - 2010


2/159


3/159


4/159


5/159

Cu deosebit respect i gratitudine adresez primele gnduri demulumire domnului profesor univ.dr.ing. NICOLAE RANU, conductortiinific, pentru ngduina i rbdarea cu care mi-a coordonat efortul pe

parcursul ntregului program de cercetare. Atenta ndrumare tiinific,

rigoarea i exigena manifestate mi-au dat imboldul de a duce pn la capt

proiectul nceput.

Aduc alese mulumiri, pentru solicitudinea cu care au acceptat srecenzeze lucrarea, n ciuda multiplelor obligaii tiinifice i academice,precum i pentru recomandrile formulate cu acest prilej, domnilor referenitiinifici:

Prof.univ.dr.ing.SEVASTEAN IANCA

Prof.univ.dr.ing.GHEORGHE BADEA

Conf.univ.dr.ing.MARICICA VASILACHE

precum i domnului Conf.univ.dr.ing.TEFAN CRLAN, preedinte alComisiei de doctorat.

Mulumiri speciale doamnei Conf.univ.dr.ing.VICTORIA COTOROBAI,pentru sugestiile competente i susinerea moral acordat n momentele de

impas, care nu au fost puine n acest parcurs.

Cadrelor didactice din colectivele Catedrelor de Construcii Civile i

Industriale i Instalaii pentru Construcii, le sunt recunosctoare pentru

beneficiul formrii iniiale, precum i pentru observaiile i aprecierile formulate

n etapele de evaluare, pe parcurs.

Un gnd special se ndreapt spre familia i prinii mei, care au

acceptat i tolerat acest demers. Le mulumesc pentru sprijinul nepreuit,

nelegerea, rbdarea i ajutorul acordat pentru finalizarea acestei lucrri.

i cred c, ntr-un aforism al Jaqelinei Kennedy Onassis, mi pot regsi

sentimentele actuale: Un scop n via este unica bogie pe care merits-o descoperi .

ing. Magda MUNTEANU

IAI, 2010


6/159


7/159

1

CUPRINS

pagina

Capitolul I INTRODUCERE .............................................................................................317I.1. OBIECTIVELE I CONINUTUL TEZEI............................................3 4I.2. SCURT PREZENTARE A CONINUTULUI TEZEI ......................4 7I.3.OPORTUNITATEA I ACTUALITATEA SUBIECTULUI TRATAT .... 811I.4. STADIUL CERCETRII N DOMENIU. TENDINE.........................1217

Capitolul II MEDIUL INTERIOR I EXTERIOR CLDIRII........................................18 52II.1. AMBIANE INTERIOARE.18 33II.2. CLIMATUL EXTERIOR CLDIRII33 49II.3INDICELE DE SEVERITATE CLIMATIC...50 52

Capitolul III CLDIRI PERFORMANTE ENERGETIC.................................................53 86III.1. CLDIRI CU CONSUM REDUS DE ENERGIE 54 63III.2. CLDIRI PASIVE ...........................................................................62 69III.3. STRATEGII PASIVE IN PROIECTE EUROPENE 70 79III.4. ARGUMENTE PENTRU PROMOVAREACONCEPTULUI PASIV. CONSIDERAII PENTRU ROMNIA...............80 86

Capitolul IV SOLUII PENTRU CRETEREA PERFORMANELORENERGETICE A CLDIRILOR.............................................................87121

IV.1.OPTIMIZAREA GEOMETRIEI CLDIRII/ COMPACTITATEA87 88IV.2. MATERIALE EFICIENTE PENTRU REALIZAREA

IZOLATIILOR TERMICE ..89 95IV.3. SOLUII PERFORMANTE DE PROTECIE TERMIC .96118IV.4. SISTEME ACTIVE DE NCLZIRE-RCIRE .119IV.5. VENTILAREA CLDIRILOR119

Capitolul V ECHIPAMENTE I INSTALAII PENTRU VALORIFICAREASURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE......................................122155

V.1. PUURI CANADIENE..122130V.2.TUBURI TERMICE 131132V.3.CAPTATOARE SOLARE133136

V.4. INSTALAII SOLARE PENTRU PREPARAREA APEI CALDE137143V.5. POMPE DE CLDUR CU COMPRESIE MECANIC144155

Capitolul VI BAZE TEORETICE.................................................................................156177VI.1.TRANSFERUL DE CLDUR

PRIN ELEMENTE DE CONSTRUCII ...................................156165VI.2 TRANSFERUL DE CLDUR N SOL ........................................166169VI.3. SCHIMBTOARE DE CLDUR AER/SOL................................170172VI.4. CAPTAREA ENERGIEI SOLARE................................................173177


8/159

2

pagina

Capitolul VII EFICIENA ENERGETICI ECONOMIC......................................178190

VII.1. METODA DE ANALIZ CALITATIVA EFICIENEI ENERGETICE..178183

VII.2. INDICATORI DINAMICI DE EFICIEN ECONOMIC ...183190

Capitolul VIII SIMULAREA COMPORTAMENTULUI DINAMIC AL UNEICLDIRI EFICIENTE ENERGETIC. STUDIU DE CAZ..................................191217

VIII.1.CONSIDERAII GENERALE.....................................................191192VIII.2. DESCRIEREA CLDIRII..........................................................193198VIII.3. SISTEMELE DE INSTALAII ALE CLDIRII...........................199200VIII.4. SIMULAREA COMPORTAMENTULUI SISTEMELOR..............201216

VIII.5. CONCLUZII.....................................................................................217

Capitolul IX CONCLUZIII CONTRIBUII PERSONALE ....................................218221IX.1.CONCLUZII GENERALE .219IX.2.CONTRIBUII PERSONALE220IX.3.VALORIFICAREACERCETRII221

Bibliografie ..................................................................................................................222 230

ANEXEANEXA I.1. Reglementri legislative pentru susinerea aciunilor

de promovare a msurilor de eficien energetic ..........................................IANEXA I.2. Stadiul actual al cercetrii pe plan mondial ......................................II VIIIANEXA II Hri climatice la nivel european...........................................................IXXIVANEXA III.1 Standarde de calitate Cldiri performante energetic........................XVXVIIANEXA III.2 Studiu de caz.......................................................................................XVIIIXXVIANEXA IV Caracteristici fizico-mecanice pentru materiale termoizolante ......XXVIIXXXI


9/159

3

Capitolul I.

INTRODUCERE

I.1. OBIECTIVELE I CONINUTUL TEZEI

nceputul mileniului trei este marcat de preocuparea societii post-tehnologicepentru reducerea consumurilor de energie primar i utilizarea resurselorregenerabile, preocupare a crei necesitate i urgen este impus de cretereacontinu a preurilor combustibililor fosili i intensificarea procesului de nclzireglobal, generat de emisiile de gaze cu efect de ser.

Prognozele privind evoluia consumurilor de energie i posibilitile de acoperireale acestora cu combustibili fosili sunt pesimiste, previzionnd epuizarea resurselorexistente ntr-un viitor apropiat.

Dup datele Consiliului Mondial al Energiei, n ipoteza unei creteri economicede 3% pe an i fr modificarea tendinelor actuale de evoluie a intensitiienergetice, la nivelul anului 2050 se stimeaz un consum de cca.25Gtep, din care15Gtep combustibili fosili.

n acest scenariu, emisiile de CO2depesc cu mult concentraia maxim admisde 450ppm.

Ca urmare, pentru o dezvoltare energetic durabil, consumul total de energie lanivelul acelui an ar trebui limitat la numai 18Gtep din care 50% s fie acoperite din

resurse regenerabile nepoluante.Corespunztor statisticilor disponibile n Uniunea European, consumul de

energie primar n sectorul rezidenial i teriar este de 42%, iar n Romnia. de 56%.Energia utilizat n aceste sectoare este preponderent de origine neregenerabil

iar emisia de CO2 de cca 40%.Formele neconvenionale ocup doar 10% din energia final cu nalt eficien

energetic.Cifrele sunt concludente pentru justificarea demersului tiiific destinat

eficientizrii energetice a cldirilor i reducerii consumurilor de energie la utilizatorulfinal.

Teza de doctorat are ca obiect cercetarea unor soluii pentru mbuntireaeficienei energetice a cldirilor civile ntr-un concept integrat, privindoptimizarea anvelopei, utilizarea eficient a energiei n sistemele de instalaiiaferente i folosirea surselor regenerabile n condiiile specifice rii noastre.

Principalele obiective ale tezei sunt: analiza sistemelor constructive i a materialelor utilizabilepentru realizarea

unor elemente de nchidere cu rezistena termic ridicat- perei, nvelitoare,pardoseli;

adaptarea unor soluii de echipare cu instalaii funcionale avndrandamente energetice superioare-nclzire prin radiaie de joas temperatur

i ventilare n dublu flux, cu recuperare de cldur, sisteme compacte denclzire, ap cald, ventilare;


10/159

4

valorificarea energiei solare i geotermice pentru nclzirea i climatizareaspaiilor interioare folosind pompe de cldur i puuri canadiene.

Tema se ncadreaz ntr-un domeniu de real interes naional i internaional,determinat de conjunctura energetic global i de cerinele conceptului de

dezvoltare durabil.n majoritatea statelor europene, n sectorul energetic, are loc o reconsiderare

a prioritilor privind cretere siguranei n alimentarea consumatorilor i proteciamediului nconjurtor, iar n cadrul acestui proces sursele regenerabile de energieofer o soluie accesibil i garantat pe termen mediu i lung.

Utilizarea surselor de energie regenerabile are avantajul perenitii lor i aimpactului neglijabil asupra mediului ambiant, ele neemiind gaze cu efect de ser.

Directiva 2009/28/CE a Parlamentului European din 23 aprilie 2009, privindpromovarea utilizrii energiei din surse regenerabile, de modificare i ulteriorabrogare a Directivelor 2001/77/CE, stabilete pentru rile membre limite naionaleglobale privind ponderea energiei din surse regenerabile n consumul final din anul

2010, n concordan cu obiectivul obligatoriu de 20% impus la nivel comunitar.Pentru Romnia, pragurile succesive de implementare sunt de 19% n

2012; 19,65% n 2014; 20,60% n 2016; 21,85% n 2018 i 24% n 2020.Comparativ cu strategia naional de valorificare a surselor regenerabile de

energie, aprobat cu HG 1535/2003, care prognozeaz la nivelul anului 2015 unaport de 11,2%, sarcinile sunt stimulative i impun readaptri ale p rogramelornaionale.

Eficiena energetic i politicile de economisire a energiei pot constitui metodeeficace pentru creterea ponderii surselor regenerabile i realizarea obiectivelorpropuse.

I.2. SCURT PREZENTARE A CONINUTULUI TEZEITeza conine 265 pagini (Anexe - 31 pagini), 127 figuri, 31 tabele, 153

formule, 138 referine bibliograficei a fost structurat pe nou capitole cu urmtorulconinut:

Capitolul I - INTRODUCERE - (15 pag.)n cadrul capitolului se face o analiz succint a contextului energetic, climatic

i tehnologic n care se ncadreaz preocuprile tematice.Se prezint sintetic coninutul strategiilor europene i naionale privind

economisirea energiei i utilizarea formelor neconvenionale de energie.

Deasemenea este evideniat stadiul cercetrii n domeniu i tendineleconceptuale privind cldirile cu consum redus de energie i integrarea tehnologiilorregenerative n sisteme pasive i active.

n context, este justificat oportunitatea subiectului tratat i au fost definiteobiectivele tezei:

- analiza sistemelor constructive i a materialelor utilizabile pentrurealizarea unor elemente de nchidere cu rezistena termic ridicat-perei, nvelitoare, pardoseli;

- adaptarea unor soluii de echipare cu instalaii funcionale avndrandamente energetice superioare- nclzire prin radiaie de joastemperatur i ventilare n dublu flux, cu recuperare de cldur, sisteme

compacte de nclzire, ap cald, ventilare;


11/159

5

- valorificarea energiei solare i geotermice pentru nclzirea iclimatizarea spaiilor interioare folosind pompe de cldur i puuricanadiene.

Capitolul IIMEDIUL INTERIOR I EXTERIOR AL CLDIRII, (38 pag.)

Acceptnd conceptul de confort ca o msur a calitii mediului ambiant, cuinfluene complexe asupra organismului uman, n cadrul capitolului se face analizafactorilor determinani i a corelaiilor dintre acetia i se prezint criterii i indici deevaluare a ambianei termice.

Pe baza relaiei generale a neutralitii termice, ca principal condiie aconfortului resimit, se prezint modelul de evaluare i forma general a ecuaieide confortstabilit de P.O.Fanger, acceptat ca fiind cea mai complet.

Pe lng indicatorii direci i raionali, determinai pe baz de msurtori iechivalene fiziologice temperatur efectiv, temperatur operativ, temperaturechivalent, sunt prezentai i analizai i indicatori globali, universali valabili,stabilii de Fanger:

- PMV (Predicted Mean Vote)opiunea medie previzibil i respectiv- PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) procentajul previzibil de

insatisfacie termic, indicatori care integreaz influena simultan a maimultor factori fizioligici i de mediu i caracterizeaz, n consecin, maicomplet nivelul de confort asigurat.Este prezentat deasemenea o nou metod pentru aprecierea confortului

termic prin introducerea noiunii de confort termic adaptiv prin care se definesclimitele temperaturii adaptive pentru fiecare clas climatic corespunztoare celordou tipuri de cldiri/ climate alfa i beta.

Spre deosebire de metodele uzuale de calcul, noua metod ofer posibilitateaadoptrii unui parametru global de confort care face distincie ntre tipurile de cldirii circumstanele climatice, reducnd n consecin numrul de persoanenemulumitede ambientul termic realizat de instalaii.

Pentru identificarea influenei particularitilor climatice din Romniaasupra procesului de concepere a unor cldiri cu performane energeticeridicateau fost ntocmite hrile cu cele mai reprezentative informaii climatice(numr grade-zile nclzire, numr grade-zile rcire, temperatura n sol iamplitudinea acesteia, temperatura aerului exterior, intensitatea radiaie solare .a.)

Se subliniaz necesitatea asocierii la cerinele de confort a celor de ordinsanitar, referitoare la calitatea aerului interior prin introducerea sistemelor de aerarecontrolat pentru meninerea sntii organismului uman n cldirile hiperizolate i

hiperetane.Capitolul IIICLDIRI PERFORMANTE ENERGETIC, (33 pag.)Este consacrat prezentrii cadrului legislativ european i naional privind

performana energetic a cldirilor i instalaiilor aferente, care reglementeazcerinele i metodologia specific.

n urma unui amplu studiu documentar au fost identificate principaleleconcepte de cldiri cu consum redus de energie, caracteristicile acestora precumi programe operaionale care au vizat cldirile eficiente energetic. Sunt prezentateexigenele calitative i cantitative impuse prin standardele asociate cldirilor cuconsum redus de energie. Pentru cldirile pasive i cele bio-climatice sunt dezvoltate

principiile de alctuire i principalele strategii promovate la nivel european.


12/159

6

n final sunt formulate concluzii importante referitoare la implementareacldirilor pasive n Romnia, sisinute cu rezultate ale simulrii comportamentuluiunei cldiri la care au fost aplicate pe rnd conceptele prezentate anterior.

Capitolul IV - SOLUII PENTRU CRETEREA PERFORMANELORENERGETICE ALE CLDIRII (35pag.)n cadrul capitolului sunt analizate soluii cu impact major asupra reducerii

consumului de energie aferent cldirilor n general i n special a celor cuperformane superioare.

Sunt prezentate diferite soluii pentru realizarea unor anvelope eficienteenergetic, utilizarea unor noi tipuri de materiale termoizolatoare, elementele deanvelop dinamic-adaptive rezultate prin integrarea instalaiilor funcionale, precum isisteme de valorificare pasiv i activ a energiei solare i geotermale.

n mod complementar sunt prezentate echipamente i sisteme de instalaiicare utilizeaz forme regenerabile i recuperabile de energie pentru deservirea

cldirilor pasive.Se subliniaz necesitatea unei schimbri majore n conceptul sistemelor de

instalaii aferente acestor cldiri, sisteme independente sau integrate n elementelede anvelopa , n scopul adaptrii flexibile la solicitri i cerine variabile.

Pe baza concluziilor desprinse s-au identificat direciile de aprofundare acercetrii.

Capitolul V INSTALAII I ECHIPAMENTE PENTRU VALORIFICAREASURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE (34pag.)

Este consacrat prezentrii unor echipamente i sisteme de instalaii destinateutilizrii formelor neconvenionale de energie pentru nclzirea / rcirea cldirilor, nscopul creterii eficienei energetice a acestora.

Sunt detaliate soluii constructive, principii i scheme funcionale pentrudiferite tipuri de captatoare i instalaii solare pentru producerea apei calde iagentului de nclzire, schimbtoare de cldur aer-sol, respectiv puuri canadiene ipompe de cldur pentru nclzirea/rcirea aerului, precum i recuperatoare decldur cu tuburi termice.

Capitolul VI - BAZE TEORETICE (22 pag.)n cadrul capitolului se prezint, n mod sintetic, principiile de baz ale

transferului de cldur i relaiile de interes n dezvoltarea modelelor numerice

pentru captarea energiei solare i geotermice.Se propune un model pentru calculul schimbtoarelor de cldur aer/ap- sol.Un subcapitol este consacrat evalurii soluiilor pe baza indicatorului

intensitate energetic precum i a indicatorilor dinamici de eficien economic.

Capitolul VIIEFICIENA ENERGETIC I ECONOMIC,(13 pag.)n acest capitol sunt prezentate elemente pentru evaluarea soluiilor de

ansamblu din punct de vedere al eficienei globale energetic ieconomic.

Se propune o metod calitativ pentru analiza comparat a soluiilor pebaza indicatorilor intensitate energetic i investiie specific.


13/159

7

Metoda permite stabilirea limitelor de acceptabilitate n raport cu performanai costurile aferente materialelor i sistemelor de instalaii utilizate pentrumaterializarea soluiilor alternative.

Pentru caracterizarea eficienei economice, sunt definii indicatorii dinamici:cost global actualizat, valoare net actualizat, indice de profitabilitate, rata intern

de rentabilitate i termenul de recuperare a investiiei.

Capitolul VIII STUDIU DE CAZ. SIMULAREA COMPORTAMENTULUICLDIRII I SISTEMELOR DE INSTALAII AFERENTE.(27 pag)

Este consacrat analizei complexe a comportamentului unei cldiriconformate i echipate dup cerinele impuse cldirilor cu consum redus deenergie, n diferite ipoteze de exploatare.

Analiza numeric a fost efectuat utiliznd diferite programe de calcul(TRNSYS, POLYSUN i PCM-Expres) integrate ntr-o platform complex i a avutca scop evaluarea eficienei energetice a unei cldiri de locuit cu regim de nlimeS+P+E, n diferite variante de conformare, echipare i cuplare cu solul, n condiii

climatice specifice rii noastre.Au fost studiate soluii de alctuire a anvelopei cu faad omogen multistrat ,

respectiv izolat cu materiale cu schimbare de faz i elemente de construcieactivate cu sisteme de instalaii integrate.

Pentru producerea agenilor energetici au fost considerate instalaii ncogenerare, utiliznd att energia solului n puuri canadiene ct i energia solar nconversie termic i fotovoltaic.

Rezultatele obinute confirm eficiena soluiilor promovate i deschideperspectiva aprofundrii i dezvoltrii cercetrii de specialitate.

Teza se ncheie cu

Capitolul IX - CONCLUZII GENERALE. CONTRIBUII. VALORIFICAREAREZULTATELOR DIN PROGRAMUL DE DOCTORAT (4 pag.) n care seformuleaz sinteza lucrrii, principalele concluzii obinute n cadrul programului dedoctorat i se reliefeaz contribuiile originale i valorificarea rezultatelor obinute.Sunt identificate de asemenea temele care nu au fost nc rezolvate i care pot facesubiectul unor cercetri viitoare.

ANEXE (30pag.) Grupeaz informaii privind cadrul legislativ european inaional referitor la energetica cldirilor i valorificarea formelor regenerative deenergie, precum i studii de caz dezvoltate pe parcursul elaborrii tezei pentru

argumentarea i susinerea diferitelor aspecte abordate.


14/159

8

I.3.OPORTUNITATEA I ACTUALITATEA SUBIECTULUI TRATAT

I. 3. 1. Contextul general

Omenirea se confrunt n prezent cu importante constrngeri energeticegenerate, n principal, de orizontul apropiat de epuizare a resurselor de combustibilii creterea cererii la consum.

Un scenariu de cretere a consumului de energie cu un procent anual denumai 2% conduce la concluzia ngrijortoare c majoritatea rezervelormondiale decombustibili fosili pot fi epuizate n urmtorii100 ani.

Prognoza, pe tipuri de resurse este i mai pesimist, n sensul c rezerveleidentificate i evaluate au un orizont de epuizare i mai apropiat iar distribuia lorgeografic este neuniform ( figura I.1 i tabelul I.1).

Figura I.1. Rezerva de combustibili fosili (Surs: BP statistical review, 1997)

Tabel I.1. Orizontul de epuizare i distribuia geografic a resurselor energetice fosile (nraport cu anul 2006)

Resurs Orizont epuizare Areal geografic resurseRomnia Global

Petrol 45 ani 63,6% din rezerva mondial se afl n Orientul Mijlociu

Gaze 15 ani 63 ani 38,7-Rusia; 33,9-Orientul Mijlociu

Carbune 218 ani 22,5-Rusia; 25,4-America de Nord; 21,8-China

Caracterul limitat al resurselor, corelat cu aspectele legate de mediu i deprincipiul dezvoltrii durabile au impus la nivel global adoptarea unor strategii de

management energetic care s diminueze i s ntrzie impactul social i economical consecinelor.n conformitate cu Noua Politic Energetic a Uniunii Europene elaborat n

anul 2007, energia este considerat ca element esenial al dezvoltrii durabile.Strategia adoptat pentru creterea eficienei energetice se bazeaza pe faptul ceconomia de energie rezultat reprezint resursa cea mai ieftin i cea maiavantajoas din punct de vedere al impactului de mediu, prin comparaie cuenergia obinut din combustibili fosili.

n acest sens, Comisia European propune, prin documentul adoptat, caobiective-int pn la nivelul anului 2020:

reducerea consumului global de energie primar cu 20%; reducerea emisiilor de gaze cu efect de ser cu 20% fa de nivelul

anului 1990;


15/159

9

creterea ponderii resurselor regenerabile de energie la 20% dinconsumul total de energie al UE

Ca stat membru al UE, Romnia i-a adaptat Strategia Naional de EficienEnergetic, estimndu-se o reducere a intensitii energetice pe ansambluleconomiei cu 40% pn n anul 2015 fa de anul 2001, prin creeterea eficienei pe

tot lanul- resurse, producere, distribuie, consum.n context, principalele obiective vizate se refer la trei aspecte

fundamentale:- raionalizarea consumului la utilizatorul final;- diminuarea pierderilor prin creterea performanelor tehnologice;- valorificare formelor regenerabile i recuperabile de energie.

Reglementri legislative pentru susinerea aciunilor de promovare a msurilorde eficien energetic sunt prezentate n ANEXA I.1.

Ponderea nsemnat pe care o au cldirile n consumul total de energie face capoliticile energetice adoptate la nivelul Uniunii Europene s includ programe

specifice pentru creterea eficienei utilizrii energiei n acest sector.Indiferent de destinaia lor, cldirile i instalaiile aferente constituie sisteme

complexe care, n interaciune cu mediul exterior, trebuie s asigure condiii demicroclimat interior adecvate funciunilor deservite.

Fiecare subsistem particip, prin intermediul elementelor componente, larealizarea cerinelor funcionale i de confort, antrennd consumuri de energie care,n totalitatea lor, definesc eficiena energetic a obiectivului.

Anvelopa, constituind interfaa dintre cele dou medii convergente- interior iexterior-, determin componenta util a necesarului de energie la asigurarea creiacontribuie toate categoriile de instalaii aferente- de nclzire, de ventilare-climatizare,tehnico-sanitare i electrice.

n raport cu performana individual a fiecrei componente rezult eficienautilizrii energiei primare exprimat prin intensitatea energetic, indicator global careintegreaz toate formele de energie implicate la realizarea i exploatarea obiectivului.

Problema eficienei energetice nu poate fi abordat independent decontextul climatic i economic, primul- determinant privind dimensionareacerinei de energie, cel de-al doilea pentru asigurarea resurselor materiale itehnologice necesare.

Schimbrile climatice globale cunosc o evoluie alarmant n principal din cauzaintensificrii efectului de ser cu consecine complementare privind cretereatemperaturii medii la nivelul scoarei terestre.

i n Romnia creterea nregistrat n ultimul secol este de 0,5 C.n aceast privin, ultimii ani sunt edificatori pentru intensificarea fenomenelormeteorologice extreme, nregistrndu-se cel mai mare numr de zile consecutivecaniculare i temperatura maxim absolut a perioadei de var de 44 C.

Sub aspect energetic, fenomenul poate determina modificri cantitative cuamplificarea cererii de energie pentru rcirea aerului interior, n perioada cald aanului.

Contextul economic are repercursiuni directe asupra dezvoltrii tehnologice,determinant pentru realizarea unor materiale i tehnologii de substituie, cueficacitate energetic superioar.

mbuntirea rezistenelor la transfer termic a elementelor anvelopei cldirilor,

esenial pentru diminuarea pierderilor de cldur i respectiv limitarea aporturilor


16/159

10

necesit promovarea unor noi materiale i soluii inovative, capabile s satisfacnivelul de exigen impus.

n egal msur, creterea randamentelor funcionale i energetice aleechipamentelor pentru instalaii, precum i utilizarea unor forme neconvenionale deenergie este condiionat de perfecionri tehnologice adecvate.

Este foarte important, ns, ca orizontul de ateptare al acestor progrese, demulte ori revoluionare, s nu depeasc ritmul de epuizare al resurselorclasice.

De asemenea, trebuie avut n vedere posibilitatea ca anumite performanecalitative s fie tributare unor tehnologii energofage, acceptabile doar n msura ncare bilanul energetic global, pe ntreaga durat de via a obiectivului, este pozitiv.

n orice context, politicile energetice trebuie s asigure realizarea unui echilibruntre cererea i oferta de energie, n condiii suportabile din punct de vedere ecologici social.

I.3.2. Cldirile - mari consumatori de energiela nivel european i naional.

Cererea de energie a diverselor sectoare economice este relativ diferit, de la o ar laalta i n consecin i msurile disponibile de reducere a consumurilor trebuiescindividualizate.

Peste 45% din consumul total de energie la nivelul U.E. este nregistrat ndomeniul construciilor, din care circa 28% n domeniul cldirilor rezideniale iar dinacesta circa 57% este utilizat pentru nclzire - figura I.2.

Comparativ, n Romnia, consumul final de energie n domeniul construciilorcivile este de 37,8% iar structura acestuia pentru sectoarele rezidenial i teriar esteprezentat n figura I.3.

Analiznd structura fondului locativ existent n Romnia - figura I.4, se remarcfaptul c majoritatea locuinelor au fost realizate nainte de 1989, cele mai multeavnd vechimea cuprins ntre 15 i 55 ani, i fiind caracterizate printr-un grad redusde izolare termic.

Dac precizm faptul c n structura consumurilor de energie a unui apartamentrealizat n acea perioad, peste 55% reprezint consumul de energie pentru nclzire- figura I.5., putem aprecia caracterul disipativ al acestora i potenialul ridicat deeficientizare energetic.

Extinznd analiza i asupra sistemelor de generare a energiei termice caredeservesc aceste cldiri, n mare parte funcionnd cu combustibili fosili irandamente reduse, sub 65%, se pot identifica i alte soluii de diminuare aconsumurilor.

Este evident c sectorul cldirilor rezideniale i teriare concentreaz consumuriimportante de resurse energetice mobiliznd, n egal msur, eforturi pentruraionalizarea acestora.


17/159

11

a) n sectorul rezidenial b) n sectorul teriarFigura I.2. Structura consumurilor de energie n U.E. la nivelul anului 2000

a) n sectorul rezidenial b) n sectorul teriarSursa: Institutul Naional de Statistic, Balana Energetic

Figura I.3 Structura consumului de energie n Romnia la nivelul anului 2003

Figura I.4. Structura fondului de locuinedinRomnia n funcie de vechime

(la nivelul anului 2000)

Figura I.5. Structura consumurilorenergetice pentru un apartament mediu

construit ntre 1970-1985


18/159

12

I.4. STADIUL CERCETRII N DOMENIU. TENDINE.

O caracteristic esenial a cercetrilor efectuate pentru creterea eficacitiienergetice n domeniul construciilor este abordarea tehnologic integrat, acldirii i sistemelor de instalaii aferente, viznd, n majoritatea cazurilor:

reducerea consumurilor, n special pentru nclzire i climatizare; promovarea energiilor regenerabile n sisteme active i pasive; mbuntirea randamentelor de utilizare a formelor conven ionale de

energien ultimii douzeci de ani au fost susinute importante programe de cercetare

att n ri europene, ct i din alte continente.Preocupri i realizri remarcabile sunt semnalate n Austria, Danemarca,

Elveia, Finlanda, Frana, Germania, Grecia, Norvegia, Olanda, Polonia, Suedia,precum i n Australia, Canada, Japonia, Noua Zeeland, SUA ANEXA I.2.

Cercetrile trateaz, dup caz, sisteme constructive pentru elementele denchidere- perei opaci sau transpareni; - sisteme compacte de instalaii pentrunclzire ap cald; ventilare, ventilare n dublu flux cu recuperare de cldur iclimatizare;- microcogenerare- utilizarea energiei solare n conversie termic saufotovoltaic; - stocarea energiei i abordri integrate.

Sintetiznd, sub aspectul gestiunii energiei i al impactului asupra mediuluinatural, conceptual sunt definite trei modele principale de cldiri eficienteenergetic caracterizate prin:

consum redus de energie economie i producerea de energie eficien energetic i mediu/comfort ambiental.

I.4.1. Cldiri cu consum redus de energie.Pentru acest model obiectivul principal const n reducerea drastic atuturor consumurilor de energie. Corespunde unui necesar redus de energiepentru nclzire i ventilare n condiii climatice determinate (


19/159

13

Casa american (BUILDING AMERICA)varianta american, conceput nspecial pentru cldiri individuale cu structur din lemn realiznd o economiede energie de ordinul a 30-45%.n acest caz soluia se caracterizeaz printr-o anvelop cu perei din lemn

avnd grosime important,prevzui cu o membran de etaneizare aplicatn exterior, ferestre cu dublu vitraj i sticl selectiv, ventilare mecaniccontrolat i surse termice cu eficacitate ridicat.Acest prim model este cel mai eficient sub aspectul economiei de

energie.

I.4.2. Cldiri cu economie i producere de energie.n acest model obiectivul principal nu este consumul foarte sczut de energie ci

o anumit economie conjugat cu producerea de energie, de cele mai multe oride origine solar, preponderent prin conversia fotovoltaic.

Acest model este adecvat pentru regiuni cu climat cald n care economia pentrunclzire nu este prioritar. Casa fr consum de energie (ZERO ENERGY HOMES)

i n acest caz sunt identificate trei modele:- VARIANTA AMERICAN, aplicat pentru cldiri individuale amplasate

izolat, la care necesarul de energie este asigurat n sistem local, sub formde electricitate fotovoltaic. Corespunde conceptului de cas cu consumzero de energie.

- VARIANTA JAPONEZ, aplicat pentru cldiri individuale prefabricate,acord o importan redus izolrii termice i integreaz, deasemenea,sistemele fotovoltaice n scopul reducerii vrfurilor de consum din

sistemele energetice i pentru deservirea obiectivelor izolate.- VARIANTA SPANIOL,care spre deosebire de variantele american ijaponez promoveaz utilizarea energiei solare att prin conversiefotovoltaic ct i prin conversie termic de joas temperatur, pentruprepararea apei calde menajere. Datorit condiiilor climatice specifice,consumul de energie pentru nclzire nu reprezint o necesitate.Dei n cazul acestui model problema izolrii termice nu este dezvoltat,producerea local de energie de origine solar deschide perspectivacldirilor cu consum zero de energie i chiar cu aport de energie (energiepozitiv).

I.4. 3. Cldiri cu eficien energetic i ecologicLa acest model economia de energie este corelat cu alte cerine privindncadrarea n mediu i confortul ambiental, considerate ca eseniale n raport cufuncionarea cldirii. Se aplic n special pentru cldiri n sectorul teriar n Anglia,Frana, SUA n diferite variante conceptuale.

Din punct de vedere al proteciei termice, soluiile sunt inferioare celor aferentecasei pasive i respectiv casei cu consum redus de energie, economia realizatfiind de ordinul a 10-35% fa de o cldire tip standard.

n fiecare din cele trei concepte prezentate, s-au avut n vedere modelereprezentative, cu caracteristici dominante, care pot fi diversificate, n special nraport cu particularitile climatice.

Mai mult, soluiile sunt complementare putnd fi combinate fr nici orestricie n scopul realizrii unei eficiene energetice superioare.


20/159

14

Principala idee care trebuie reinut este aceea c, o cldire eficient energeticeste, nainte de orice un concept de amsamblu care implic n egal msurclimatul, soluia arhitectural, anvelopa i instalatiile aferente.

Abordarea fragmentar a acestor elemente poate genera costuri de investiie mairidicate i performane energetice nesatisfctoare.

Cercetarea tiinific actual, subordonat acestui concept, este orientat spre noide materiale, soluii constructive i sisteme de instalaii performante, care s permitrealizarea cldirii autonome energetic (cu consum zero de energie) sau chiarfurnizoare de energie (energetic pozitiv).

Eficacitatea energetic rmne ns subordonat unei viziuni de amsamblu aproceselor de concepie, execuie, ntreinere i exploatare, fiecare dintre acesteaputnd afecta performana final.

I.4. 4. TendineDireciile principale de cercetare, conform platformei europene de cercetare n

domeniul construciilor, vizeaz: creterea performanelor anvelopei prin conformare geometrici structural

adecvat, termoizolaii eficiente, materiale de construcii cu schimbare de faz,ferestre performante;

creterea performanelor sistemelor de producere, transport i distribuie aenergiei prin managementul integrat al utilitilor, automatizri i reglajeperformante, domotica

dezvoltarea sistemelor de utilizare n sisteme pasive sau active a resurselorde energie regenerativ, curati a altor surse neconvenionale de energie.O imagine sugestiv a stadiului cercetrilor i direciilor de dezvoltare n domeniul

energeticii cldirilor este prezentata n figura I.6.

Se poate afirma c exist soluii care au trecut proba timpului, dar i inovaiiemergente, care comport nc cercetri pentru perfecionri conceptuale itehnologice att n scopul eficienei energetice a fondului de cldiri existent, ct ipentru integrarea n noile concepte de cldiri performante energetic- cldirea cuconsum redus de energie, cldirea pasiv, cldirea cu energie pozitiv - careconstituie obiectul preocuprilor actaule pe plan mondial.


21/159

15

Figura

I.6

.Direc

tiile

decerce

tare

in

domen

iulc

ladirilor

(Con

ferina

PREBA

Tap

latforme

itehno

log

iceeuropene

n

domen

iulcons

truciilor,

decem

brie

2006)

Turbinaeoliana

Sursadeproducere

aenergieielectrice

Camerawebinteligenta

Recunoasteresituatiiderisc

Supravegherecopii

Baterii

Stocheazaenergiaprodusacupilelede

combustibil

,turbineleeoliene,

panourilesolare

Turbinaeoliana

Sursadeproducere

aenergieielectrice

Congelator

inteligent

Afiseazacontinutulsi

propunemeniulin

corelatiecudieta

utilizatorului

R

obo

t

do

mes

tic

Tra

nsporta

gunoiul,

...

Ogl

inda

inteligenta

Senzoriprezenta

Materialeperformant

e

Senzoribiolog

ici

Sistem

de

gestiune

centralizat

Putcanadian

(schimbatorcaldurasol-aer:

incalzeste/racesteaerul)

Panourisolarehibride

(fotovoltaice-termice)

Sursedeproducereaenergiei

electricesitermice

Baz

inrecuperare

apap

loa

ie

Vitrajesolare

Servesclaproduceread

e

apacaldasielectricitate

Putenergetic

Sistem

deStocajal

calduriisaufrigului.

Unamestecde

apa+glicolcirculaprin

co

nductepreluind

ca

ldura(iarna)sau

frigul(vara)dinsol.

Feres

tre

mu

ltifunc

tiona

le

Cu

auto-curatire,

depoluare,

difuzieoptimaa

luminii

Cosventilare

C

amerawe

binteligen

ta

P

entruidentificaresituatiiderisc


22/159

16

Capitolul II.

MEDIUL INTERIOR I EXTERIOR CLDIRII

II.1. AMBIANE INTERIOARE.Consumul de energie n cldiri depinde, n mod semnificativ, pe lng

aspectele legate de conformarea i exploatarea construciilor, de criteriile utilizatepentru realizarea ambianei interioare.

Ambiana interioar afecteaz n egal msur sntatea, productivitatea iconfortul ocupanilor.

De multe ori, consecinele i costurile unei ambiane interioare degradate suntmai mari dect costurile energetice propriu-zise.

Exigenele de confort termic i de calitate a aerului au o influen semnificativ

pentru cerina de energie att n sezonul de iarn/de nclzire, ct i n cel de var/dercire.Definirea parametrilor caracteristici i a valorilor de calcul reprezint elemente

fundamentalepentru caracterizarea energetic a cldirilor i evaluarea pe termenlung a ambianei interioare.

II.1.2.Modele de confort.Modelele de confort sunt foarte importante pentru conceperea unor cldiri

performante energetic.Ele descriu cantitativ (pe baza sondajelor realizate statistic pe un numr relativ

mare de subieci/persoane), condiiile limit de microclimat pentru care oamenii sesimt bine din punct de vedere termic.Aceste condiii servesc pentru asigurarea unei ambiane termice confortabile, cu

consum minim de energie, indiferent de condiiile climatice exterioare.Importana realizrii unui microclimat interior confortabil n condiiile n care

parametrii climei exterioare variaz n timp, simultan cu evitarea unui consum inutilde energie se numr printre obiectivele declarate ale Directivei Europene privindPerformana energetic a cldirilor.

Exist mai multe modele de confort dintre care, dominante i adecvate scopuluienergetic enunat sunt:

Modelul Votului Mediu Previzibil- VMP, care are la baz modelul

fundamentat de P.O.Fangeri Modelul Confortului Adaptiv- CA, care ia n consideraie capacitatea

de adaptare a ocupanilor unei cldiri la variaiile climatice funcie desezon.

Cele dou modele se diferenaz ntre ele prin modul de considerare atemperaturii rezultante de confort interior, i respectiv a temperaturii de confortpentru perioada cald, cnd confortul poate fi asigurat cu sisteme active sau sistemepasive.

Fiecare dintre modelele enunate prezint particulariti care le recomand nanumite codiii de alctuirei echipare a cldirilor, dup cum urmeaz: pentru cldiri n care asigurarea confortului n perioada de var se realizeaz cu

sisteme active - modelul Votului Mediu Previzibil-VMP;


23/159

17

pentru cele n care acest lucru se realizeaz cu sisteme pasive - modelul ConfortuluiAdaptiv - CA;

pentru cldiri n care asigurarea confortului n perioada de var se realizeaz cusisteme mixte ambele modele.

II.1.2.1 Modelul Fanger

Modelul se bazeaz pe corelaiile stabilite ntre senzaia de confort termic a ocupanilori condiiile termice (temperatura aerului, temperatura medie radiant, temperaturarezultant, umiditatea relativ, nivelul de activitate i caracteristicile vestimentare) realizaten incinte nchise i controlate.

Starea de confort este determinat prin evaluarea condiiilor de echilibru termic.Ecuaia de echilibru termic propus de Fanger se poate scrie sub forma:

(II.1)Atunci cnd ecuaia Fanger este satisfcut, cldura generat de corpul uman

este astfel disipat nct bilanul termic este meninut n stare de echilibru frintervenii fiziologice autoregulatoare.

Evaluarea calitativ a senzaiei de confort se poate face pe scara Fanger, cuextensie pe apte nivele, ntre -3 i +3, dup cum rezult din tabelul II.3.

Tabelul II.3.Indicele PMV - 3 - 2 - 1 0 + 1 + 2 + 3Senzaia Foarte rece Rece Rcoros Neutru Cldu Cald Foarte caldCalificativul Nesatisfctor (prea rece) Satisfctor Nesatisfctor (prea cald)

O alt metod de evaluare a senzaiei termice resimit de un subiect, pentruorice combinaie a parametrilor de microclimat i orice tip de activitate i dembrcminte, const n utilizarea indicilor de confort PMV i PPD, metodreglementat prin standardul SR-EN ISO7730:2006.

Calitatea confortului este exprimat prin clasificarea statistic a senzaiei termiceresimit de un grup de persoane i exprimat prin cei doi indicatori i anume:

votul mediu PMV ( Predicted Mean Vote), care reprezint apreciereamedie a unei populaii ntr-un mediu dat, pe scara Fanger (-3 la +3);confortul optim corespunde la un PMV nul;

procentul previzibil de insatisfacie PPD (Predicted Percentage ofDissatisfied) care reprezint fraciunea de persoane nemulumite de unambient termic

Corelaia dintre PMV i PPD este reprezentat n figura II.1.

Figura II.1-Corelaia PMV- PPD


24/159

18

Confortul optim corespunde unui PMV nul.Fanger a stabilit corelaiile analitice pentru determinarea indicilor de confort PPD

i PMV:

PPD =100-0,95exp(-0,03353PMV4 - 0,2179PMV2 ) (II.2)

PMV = 0,303exp(-0,036M) + 0,28

[(M - w) - 0,00305(5733 - 6,99(M - w)p ]

-0,42(M w - 58,15) -1,7x10-5M(5867-p)- (II.3)

-0,0014M(34-a) - 3,96 x 10-8 f[Tcl

4-Tr4] - fcl x hc(cl-)]

Standardul SR EN-7730-2006 particularizeaz i indicatorii de disconfort localdeterminai de curenii de aer, asimetria de radiaie, gradientul vertical de

temperatur i temperatura solului.Avnd n vedere complexitatea ecuaiilor Fanger (II.2) i (II.3) pentrudeterminarea parametrilor de confort a fost calculat o diagram n care suntconsiderate combinaiile uzuale ale parametrilorfizici (fig.II.2).

Din diagram rezult temperatura ideal a aerului,respectiv cea care indicstarea optim de confort (PMV=0) n funcie de activitate i de mbrcminte, pentruo vitez a aerului mai mic de 0,1 m/s i umiditate relativ normal (35-65%)

Figura II.2

Temperatura operativ ideala aerului n funcie de

mbrcminte i metabolism

Figura II.2 indic temperatura operativ ideal, respectiv cea pentru care se obine unPMV nul n funcie de activitate i mbrcminte, n condiii de vitez redus a aerului (sub 0,1m/s) i umiditate relativ normal (35-65%).

Zonele umbrite dau ecartul acceptabil n jurul temperaturii ideale astfel nct -0,5


25/159

19

Recent, n Europa s-a promovat o norm preluat n standardul SR EN15251:2007n care temperatura de confort acceptabil este dependent i de tipulde sistem folosit pentru asigurarea confortuluin perioada de var.

Avnd n vedere cele precizate mai sus, pentru aplicarea tehnologiilor de tippasiv, a fost elaborat un alt model de confort, respectiv modelul Confortului Adaptiv.

II.1.2.2 Modelul Confortului Adaptiv

Modelul Confortului Adaptiv se bazeaz pe capacitatea complex deadaptabilitate a organismului uman la stimulii recepionai din mediul exterior, astfelnct atunci cnd apare o schimbare ce cauzeaz disconfort termic, omulreacioneaz n aa manier nct confortul lui termics fie restabilit.

Adaptabilitatea omului la stimulii mediului nconjurtor se poate manifesta n maimulte moduri:

Prin adaptarea de comportamentcare poate fi de natur personal,tehnic sau ambiental;

Prin adaptarefiziologic sau aclimatizare, respect ivprin schimbarea

acceptabilitii; Prin adaptarepsihologic, care implic o percepie sau un rspuns

schimbat la informaia senzorial. Senzaiile termice sunt influenate nmod direct de experienele i ateptrile individuale.

Astfel s-au stabilit urmtoarele corelaii:

Pentru cldirile fr surse de cldur,Temperatura de confort, Tco, este funcie de temperatura medie lunarexterioar, Tm, i poate fi calculat cu relaia:

Tco= 0,53Tm+11,9 (II.10)Relaia (2.7) se aplic, cu o eroare standard de 10C, pentru:

0Tm340

C. Pentru cldiri n care exist surse de cldur:

Temperatura de confort este Tco, este funcie de temperatura medie lunarexterioar, Tm, i temperatura medie a celor mai calde luni ale anului Tz , printr-oecuaie mai complex:

Tco= 0,0065Tm2 + 0,32Tz+12.4 (II.11)

Relaia (2.8) se aplic, cu o eroare standard de 1,40C, pentru:-24Tm23

0C i 18Tz300C.

n general, Modelul Adaptiv definete limitele confortului termic interior ntr-ogam mai larg de temperaturi comparativ cu modelul Fanger. n consecin, nanumite situaii se dovedete posibil, ca meninerea condiiilor de confort termicinterior stabilite prin modelul de Confort Adaptiv s poat fi asigurat n ntregime cumijloace naturale. n aceste cazuri nu este necesar utilizarea energiei pentruralizarea confortului interior n perioada verii.

Aceste implicaii i diferenieri ale modelelor de confort adoptate n concep iacldirilor au fost evideniate pentru prima dat de specialitii americani Dear iBrager, care propun urmtoarea clasificare pentru cldiri:

cldiricu aer condiionat- cldiri nchise, prezint sisteme de climatizarecentralizat care deservescspaii largi ( spaii de birouri open space) cuoportunitate adaptiv minim n care ocupanii nu au posibilitatea de anchide/deschide ferestrele.


26/159

20

cldiri ventilate natural- cldiri cu geamuri operabile i sisteme deventilare locale n cadrul birourilor mici pentru unul sau doi ocupani care

permitoportuniti adaptive.

ntruct, caracterizarea prevzut mai sus, pentru modul de asigurare a climatuluiinterior nu este foarte reprezentativ, s-a propus un model bazat pe aspectele inter-relaionate experiena i ateptare, aer condiionat i sistemele libere ioportunitile adaptive, n care cldirile pot fi clasificate, din punct de vedere alclimatului interiorn cldiri cu climat tip Alfai cldiri cu climat tip Beta. Acestuimodel i s-a asociat o schem de selectare - figura II.3.

n plus, ntruct comportamentul uman fa de aceleai condiii de climat interioriexterior momentan poate fi net diferit, respectiv ateptrile umane fa de noiuneade confort fiind diferite, pentru temperatura operativ interioar s-au indicat valoripentru mai multe limite de acceptabilitate ale climatului termic interior: 90, 80 i 65% -figurile II.4, II.5. Aceste limite au fost stabilite pe baza cercetrilor lui de Dear iBrager.

Limita superioar pentru 90% acceptabilitate este similar limitei PMV+0,5. DupFanger, aceast limit corespunde unui procentaj de insatisfacie (PPD) de 10%. S-ademonstrat c aceast limit poate fi depit n cel mai mult 10% din timpul de utilizareastfel nct rezultatul poate fi considerat ca fiind valabil pentru cel puin 80% din timp.

Figura II.4. Climat/cldire tip Alfa. Limite ale temperaturilor operative interioare pentru90%, 80% i 65% calitate acceptabil

Fa de cele de mai sus, se consider c un climat interior bun poate fi realizatprin ntrunirea cerinelor funcionale pentru care performana cldirii nu depeteniciodat valorile limit stabilite pentru nivelul de acceptabilitate de 80%, la un climatexterior specificat. n jurul acestei condiii, pot fi definite diferite categorii de climatinterior.

Pentru cldirile de locuit, plaja de adaptare este relativ larg n raport cucondiiile climatice exterioare i temperaturile interioare momentane. Ecuaiile care


27/159

21

descriu dreptele dreptele de confort stabilite pentru concepia cldirilor neclimatizate(echivalente cu cldirile cu confort tip Beta) sunt:: Clasa I: (90%)

limita superioar (sezonul cald): Timax= 17,8 + 2,5 + (0,31 To) (II.12) limita inferioar (sezonul cald): Timin = 17,8 - 2,5 + (0,31 To)

Clasa II: (80%)

limita superioar (sezonul cald): Timax= 17,8 + 3,5 + (0,31 To) (II.13) limita inferioar (sezonul cald): Timin = 17,8 - 3,5 + (0,31 To)

Clasa III: (65%) limita superioar (sezonul cald): Timax= 17,8 + 4,2 + (0,31 To) (II.14) limita inferioar (sezonul cald): Timin = 17,8 4,2 + (0,31 To)

unde:Ti= temperatura interioara acceptat;To= temperatura medie lunar, [ C].

Figura II.5. Climat/cldire tip Beta. Limite ale temperaturilor interioare operative pentru90%, 80% i 65% calitate acceptabil

Cele dou tipuri de climat sunt caracterizate prin corelaiile dintre temperaturainterioar operativ i temperatura medie exterioar de referin, pentru diferite

grade de acceptabilitate.Se poate concluziona c cele dou noiuni de confort termic adaptiv

i limitele temperaturii adaptive sunt caracteristice spaiilor ale cror ambianteinterioare nu sunt controlate n totalitate iar ocupanii au posibilitatea de a-i adaptacomportamentul/mbrcmintea la condiiile termice interioare i exterioare.

n tabelele II.5, II.6, sunt prezentate unele prevederi ale SR EN 15251:2007pentru proiectarea cldirilor rcite sau nclzite mecanic n raport cu valorileacceptate pentru PPD i valorile indicilor de disconfort admii.


28/159

22

Tabelul II.5 Temperaturi interioare recomandate pentru proiectarea cldirilor i asistemelor de nclzire i climatizare

Tipul de cldire/spaiu Categoria

Temperaturi operativeMinimul pentru nclzire

(sezonul de iarn)~1,0 clo

Maximul pentru rcire(sezonul de var)

~0,5 cloLocuine-ncperi locuite

sedentar (~1,2 met)

I 21,0 26,5

II 20,0 26,0

III 18,0 27,0Locuine-holur, birouriStaionare n picioare (~1,6met)

I 18,0II 16,0III 14,0

Tabelul II.6. Limiteadmise privind procentul previzibil de insatisfaciecorespunztor temperaturilor recomandate pentru proiectarea cldirilor

nclzite i climatizate

Cate

goria

Starea termic globala organismului Inconfort termic local

PPD[%] PMV

Indicele curenilorde aer DR[%]

Ecart vertical detemperatur [%]

Sol cald / rece[%]

Disimetria temperaturiiradiante[%]

I


29/159

23

Principalii factori climatici sunt: temperatura, umiditatea, radiaia solar ivntul.

n concepia unor cldiri performante din punct de vedere energetic sunt necesarii ali parametri climatici: amplitudinea temperaturii la suprafaa solului,temperatura solului, numrul de zile nsorite,

Modul n care sunt considerate datele climatice la dimensionarea instalaiilor i

mai ales n evaluarea performanelor energetice are o importan major pentrufurnizarea unor rezultate ct mai apropiate de realitate, dar mai ales pentrupromovarea tehnicilor, materialelor, soluiilori echipamentelor performante.

II.2.2. Parametrii climatici exteriori de calcul.Pentru calculul sarcinii termice pentru nclzire/rcire, ventilare sau climatizare a

oricrei cldiri sunt necesare informatii climatice corecte din zona de amplasare a cladirii(ex: dimensionarea instalaiilor de nclzirenecesit informatii privind parametrii climatici,care dau condiiile extreme la care trebuie s rspund instalaia). n continuare seprezint aspecte legate de datele climatice utile n activitatea de concepie i n cea deevaluare a performanelor energetice ale cldirilor.

n prezent, n scopul armonizrii normelor de proiectare la nivel european s-apromovat norma SR ENISO 15927, cu fascicolele:

- EN ISO 15927-1:2003 -Valori medii anuale si lunare pentru parametriiclimatici.

- SR EN ISO 15927-5:2006 Performana higrotermic a cldirilor. Calculul iprezentarea datelor climatice: Date pentru sarcina termic de proiectarepentru nclzirea spaiilor.

- SR EN ISO 15927-2:2008: Definitii si metode specifice de calcul siprezentare pentru valorile medii lunare ale parametrilor climatici exterioriutilizati in proiectarea instalatiilor de conditionare si a celor de racire.

n baza analizei efectuate n Contract 343/2008- INCERC Bucureti asuprastandardului EN 15927-5-2008, se face precizarea c utilizarea climei exterioarede calcul n sezonul rece pe baza perioadei de revenire de 1 an, conduce ncazul Romniei la valori prea ridicate ale temperaturilor t.. i n consecin ladisconfort pronunat pe durate lungi.

II.2.3. Baze de date climatice utilizate n activitatea de proiectarei/sau evaluare a performanelor energetice ale cldirilor iinstalaiilor aferente.

II.2.3.1. Surse generale de date climaticeActivitatea de proiectare i/sau evaluare a performanelor energetice ale

cldirilor i instalaiilor aferente se realizeaz n mare msur cu ajutorul softurilorspecializate. n cadrul acestor softuri se introduc module/subrutine care permitcalculul elementelor de interes pentru aplicaia respectiv pe baza datelormeteorologice, existente n baze de date special destinate softurilor respective, sauprin interogarea interactiv a bazelor de date meteorologice care aparin diferitelororganisme europene sau internaionale.

n Romnia, baza de date fizice aAdministratiei Nationale de Meteorologiecontine date brute, primare si derivate. Principalele date primare/brute din Baza de

Date a Administratiei Nationale de Meteorologie sunt: date c l imato logicegenerale( orele de observatie 00, 06, 12, 18 ) i de sintezde la 264 staii, orare/zilnice/lunare, din perioada 1961-2003, validate
http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289http://www.magazin.asro.ro/index.php?pag=3&lg=1&cls0=1&cls1=0&cls2=0&cls3=0&cls4=0&id_p=1350289


30/159

24

date zilnice de temperatur (medii, maxime, minime) de la 42 staii, ntreagaperioada de functionare, validate

date privind cantitatea zilnic de precipitai ide la cca 2200 puncte de msurare(posturi i staii), din ntreaga perioada de funcionare

date orare de temperatur, presiune i umezealaaerului, 219 staii, perioada1961-2003, cu mari discontinuiti, parial validate

date orare priv in ddurata de strlucire a soareluide la 30 staii, perioada 1986-2003, parial validate

date de meteorologie aeronautic pentru 6 aeroporturi, perioada 1981-1995,validate

date operative sino pt ice (t r iorare)din perioada 1990-2000 i sinop t ice (orare)din perioada 2001-prezent, nevalidate

metadate-date despre istoricul tuturor staiilor meteorologice i posturilor pluvio.Se poate constata c datele disponibile sunt limitate, n spaiu i timp i pentru

exploatarea lor n scopul realizrii i evalurii cldirilor i instalaiilor aferente trebuieprelucrate cu softuri care au inclui algoritmii de prelucrare adecvai.

O alt modalitate de accesare a datelor climatice vizeaz accesul la bazele dedate satelitare, care n general au inclui i algoritmii de tratare a acestora n scopulutilizrii n calculele de proiectare i evaluare.

Principalele baze de date satelitare cu accesare n timp real i algoritmi deprelucrare avansai pentru simularea comportamentului cldirilor i instalaiiloraferente, inclusiv a sistemelor de utilizare a energiilor neconvenionale sunt : baza de date METEONORM care are implementai algoritmii de prelucrare a

datelor elaborai de compania METEOTEST i care a fost utilizat n general ncadrul marilor programe de proiectare/simulare din domeniul cldirilor isistemelor de instalaii aferente din rile vest europene ;

baza de date a Ageniei spaiale Americane- NASAdezvoltat n colaborare cu

RETScreen InternationalCentrul pentru energii curate.O baz de date poate colecta informaiide la un numr foarte mare de satelii, sateliide observaie NASA.

Natura datelorclimatice preluate de aceti satelii variaz relativ mult unele fa dealtele, n funcie de aplicaiile crora le sunt destinate. Pe de alt parte preciziainformaiilor furnizate n raport cu datele msurate este i ea destul de diferit de la unsatelit la altul. Natura mrimilor; intervalul de timp pentru care sunt disponibile,acurateea datelor sunt alte elemente care impun ca selectarea bazelor de date s serealizeze dup o prealabil analiz a acestor aspecte. Pentru exemplificare, n figura II.9sunt prezentate abaterile n raport cu mrimile msurate efectiv pentru radiaia solar

global obinut cu ajutorul diverilorsatelii.

Figura. II.9Abateri maxime/minime de lavalorile msurate pentruradiaia solar globalfurnizat de diferite baze dedate climatice n diferitelocaii


31/159

25

Un alt aspect care trebuie avut n vedere la alegerea unei anumite baze de dateeste legat de prezena zonelor cu incertitudine ridicat. n METEONORM, sunt indicateasemenea zone pentru Romnia.

Interogarea acestor baze de date, prin intermediul interfeelor specializate sepoate face prin precizarea locaiei i datelor solicitate.

Din baza de date METEONORM au fost extrase hrile climatice pentru radiaiasolar medie lunar, temperaurile medii lunare i numrul de grade zile nclzire pentrutemperaturile de referin 12/20 C pentru ntreg teritoriul Europei, prezentateexemplificativ n ANEXA II.

II.2.3.2. Date climatice particularizate pentru teritoriul Romnieintruct gradul de detaliere privind arialul Romniei nu permite precizarea valorilor

explicite ale parametrilor climatici, au fost ntocmite hri cu date climatice pentruteritoriul Romniei n punctele unei reele rectangulare cu pasul de 0,5 gradelongitudine i 0,5 grade latitudine, utiliznd baza de date NASA-SSE - figurile II.11II.14).

Figura II.11. a)Temperatur medie sezon nclzire [ C]

Figura II.11. b) Temperatur medie sezon rcire [0

C]

Figura II.12. Radiaie solar zilnica n plan orizontal, medie anuala [kWh/m2/zi]


32/159

26

Datele extrase s-au reprezentat ca suprafa 3D i suprafa 2D cu interpolaregrafic color. Prelucrarea datelor s-a realizat cu ajutorul softului Compaq ArrayVisualizer.

Din hrilecu numrul de grade zile de nclzire/rcire se observ o variaie relativ

important a ambelor caracteristici energetice.

a) Numr grade zile nclzire

b) Numr grade zile rcire

Figura II.13Numr grade zile nclzire / rcire

Numrul cel mai mare de grade-zile de nclzire se afl n zona muntoas(Ex. Vrfu Omu: 7000) iar cel de grade-zile rcire se afl n zona de sud (Giurgiu:1809).

Pentru cldirile de tip pasiv, o mare importan prezint i temperatura la nivelulsolului, respectiv dinamica acesteia n timp, deoarece o seam de strategii menite sexploateze energia solar stocat n sol depind de aceste temperaturi.


33/159

27

Amplitudinea temperaturii la nivelul solului, temperatura solului i numrul de zilecu nghe la sol sunt reprezentate n figura II.14.

Figura II.14 Temperatura la sol

Indicatorii care pot furniza informaii pentru o prim analiz asupra strategiiloraplicabile n diverse locaii din Romnia pentru realizarea cldirilor eficiente energeticsunt temperatura medie sezonier i numrul de grade zile nclzire/rcire ,

reprezentate n figurile II.11 i II.13.Comparnd numrul de grade zile nclzire/rcire cu hrile ntocmite pentruEuropa - figura II-15, se pot observa similariti climatice cu rile n care au fost


34/159

28

adoptate strategii de cldiri pasive pentru climatul rece (Germania, Austria, Elveia,Belgia), pentru o parte din teritoriul Romniei (n general zona muntoas i dealurilesubcarpatice i o parte din podiul Transilvaniei), respectiv pentru zona Banatuluisimilariti cu zonele cu climat cald, pentru care au fost adoptate strategii de cldiripasive (Spania, Italia, Sudul Franei).

De asemenea, se remarc faptul c teritoriul extra-carpatic, sud-est i est sedifereniaz climatic destul de mult de teritoriile europene n care au fostimplementate cldiri pasive, situaie care impune o cercetare aprofundat a efectelordiferitelor strategii utilizate.

Numrul de grade zile de nclzire n Romnia este mult mai mare dect nEuropa de Vest i central: numrul de grade zile cel mai ridicat din rile UE dinafara Romniei este 2082 n timp ce n Romnia, n majoritatea teritoriului, cuexcepia Dobrogei, numrul de grade zile este net superior acestei valori (de circadou ori mai mare n general).

Numrul de grade zile rcire pentru localitile din sud-estul Romniei estecomparabil cu cel al zonelor climatice din Europa de Sud. Pentru restul zoneloracesta este comparabil cu cel al zonel climatice din Europa central.

Numr grade zile nclzire: n Europa: 616-2082; n Romnia: 1990-4450

Numr grade zile rcire: n Europa:2-1334; n Romnia: 852-1809

Figura II.15 Date climatice comparative


35/159

29

II.3INDICELE DE SEVERITATE CLIMATIC -INDICATOR IMPORTANT PENTRU EVALUAREA EFICIENEIENERGETICE IN DIFERITE CONDIII CLIMATICE

Necesarul de cldur pentru nclzirea/rcirea spaiilor interioare este directinfluenat de parametrii climatici specifici amplasamentului- temperatur, radiaiesolar, viteza vntului- precum i de caracteristicile structurale i termofizice aleanvelopei cldirii- compactitate, nivel de izolare termic.

Exigene energetice i metode de calcul diferite de la ar la ar fac dificil, dacnu imposibil compararea performanei unei cldiri date n diferite condiii climatice.

Pentru eliminarea acestui inconvenient, recent (2010) Agenia Internaional aEnergiei (International Energy Agency IEA) a propus generalizarea metodeiINIDICELUI DE SEVERITATE CLIMATIC (CSI) aplicat pentru prima datpentru teritoriul european n anul 1984.

Pentru o anumit categorie de cldiri cu conformare i caracteristici termofizice

optime, ntr-un climat considerat etalon, indicele de severitate climatic, pentruorice alte condiii climatice, este definit ca fiind raportul dintre necesarul decldur rezultat i necesarul corespunztor climei etalon.

CSI= Q nec local/ Qnec etalon (II.24)

Acest indicator, stabilit distinct pentru regimul de iarn (nclzire), respectiv devar (rcire), permite aprecierea performanei energetice a unei cldiri n diferiteamplasamente dintr-un arial determinat.

Este evident faptul c valoarea adimensional a indicatorului poate fi supra sausubunitar, n raport cu condiiile climatice considerate.

Conceptul presupune aplicarea unitar a metodei pentru calculul necesarului decldur pentru nclzire/rcire cu considerarea, pe ct posibil, a tuturor parametrilorclimatici i constructivi determinani.

Indicele de severitate climatic permite evaluarea performanei energetice a uneicldiri n diferite condiii climatice, prin interpolare.

n varianta iniial clima etalon a fost acceptat cea corespunztoare orauluiMadrid, iar pentru comparaie au fost considerate 18 localiti de pe teritoriul Spaniei,Portugaliei, Italiei, Franei, Germaniei i Marii Britanii.

Corelaiile pentru stabilirea indicelui de severitate climatic - figurile II.16 i II.17,au fost exprimate n funcie de numrul de grade zile nclzire/rcire i numrul

relativ de ore nsorire, sub forma general :

em

ndcN

m

nbaNCSI GZGZRI

22

/ )()( (II.15)

n care :

CSII/R- indicele de severitate climatic de iarn/var

NGZ- numrul de grade zile nclzire/rcire

m

n

- numrul orelor de nsorire/numrul maxim posibil pentru sezonul de iarn/var


36/159

30

cu urmtoarele valori pentru coeficienii numerici :

Indice Coeficieni

a b c d e

CSI iarn 1.1408E-04

-5.8977E

+00

1.4057E

-07

5.0562E

00

1.5812E

00

CSI var 1.3679E-03 1.8050E+00 4.0014E-06 4.0014E-06 -4.1027E-01

Figura II.16, II.17Indice de severitate climatic (sursa : www.iea.org)

Rcire (kWh/m2

)

Indiceledeseveritateclimaticdevar-

Rcire

SCS-

kWh

/m2

X SpaniaX Regatul Unit al Marii Britanii

X FranaX GermaniaX PortugaliaX Italia

nclzire (kWh/m2)

Indiceledeseveritateclimatic

deiarn

nclzireWCS-

kWh/m

2

X SpaniaX Regatul Unit al Marii BritaniiX FranaX GermaniaX PortugaliaX Italia


37/159

31

ntruct necesarul de cldur specific fiecrui climat a fost stabilit prin mediereavalorilor calculate pentru mai multe situaii difereniate prin arhitectura i orientareacldirilor, alctuirea i nivelul de izolare termic a diferitelor elemente constitutive aleanvelopei, corelaiile stabilite sunt susceptibile la corecii n raport cu diferiteleaspecte menionate.

n varianta preconizat de IEA, respectnd principiul de baz al metodei, ntr-oformulare mai complex, se adopt ca parametri climatici - diferenatemperaturilor medii interioar i exterioar i intensitatea radiaiei solare-corespunztori amplasamentului, afectai de factori de corecie, care includcaracteristicile termofizice i funcionale ale cldirii.

Relaiile propuse pentru indicii de severitate climatic au forma :

- pentru nclzire :

cbIaCSImmextI )( int (II.26.)

- pentru rcire :

cbIaCSImmextV )( int (II.27.)

Unde :

erioareaporturi

ff

ventilatorpp

qc

qAb

cqUAa

int

)(

)(

(II.28.)

cu valori orientative :

a= 3005 ; b= 120,02 ; c= 800

Se remarc faptul c acurateea metodei este condiionat de corectitudineacalculelor efectuate pentru determinarea sarcinilor termice de nclzire/rcire.

n acest sens se poate aprecia c nici n cadrul reglementrilor tehniceaplicate n ara noastr- STAS 1907 ; 4396 ; 6678, Normativul C107, Metodologia de

calcul MC001, nu exist o abordare unitar, ceeace las loc pentru mbuntiri.

Totui, prin logica i gradul de detaliere a calculului pentru determinareaconsumului anual de cldur pentru nclzirea spaiilor i prepararea apeicalde de consum, considerm c normativul NP 048 rezolv corect aceastproblem.

Asimilarea metodei indicelui de severitate climatic poate fi util n aranoastr, n corelaie cu determinarea parametrilor de calcul specifici zonrii climaticede pe teritoriul Romniei.


38/159

32

Capitolul III.

CLDIRI PERFORMANTE ENERGETIC

III.1. CLDIRI CU CONSUM REDUS DE ENERGIE .n ultimii douzeci de ani subiectul s-a aflat n atenia specialitilor, care si-au

concentrat eforturile pentru identificarea i perfecionarea unor soluii capabile sgenereze performan.

Aria cercetrilor s-a difereniat n funcie de scop, obiective i nivel de exigenacceptat.

Din acest punct de vedere cercetrile se pot clasifica n dou categorii:

- Experimente i cercetri care au vizat evaluarea i eficientizareaenergetic a cldirilor existente (programul Esen reducereaconsumului de energie primar; programul Solarbau utilizareaenergiei solare n cldiri teriare);

- Introducerea unor noi concepte, cu toate elementele legate de validarea acestora formularea i adaptarea conceptului, simulareacomportamentului, concepia, materializarea i monitorizarearezultatelor (programele passive hause, casa 3l, cldiri cu consumredus de energie)

Pentru formularea i fundamentarea unor strategii pe termen lung privindhabitatul n Romnia, este necesar n primul rnd identificarea conceptelor decldiri performante promovate pe plan european i mondial i evaluarea corect aperformanelor specifice fiecreia dintre programele operaionale confirmate.

O astfel de analiz ar trebui raportat la contextul geo-politic, energetic ieconomico-social n care s-au dezvoltat aceste programe, la soluiile tehnicepromovate i la posibilitile de generalizare a acestora, n raport cu cadrul normativi legislativ necesar n ara noastr.

III.1.1. Tipuri de cldiri performante.Conceptul de cldire performant este fundamentat printr-un ansamblu de

obiective i soluii tehnice destinat orientrii tuturor factorilor implicai n concepia,

realizarea i exploatarea unei astfel de cldiri.Formalizarea conceptelor impune cu prioritate identificarea caracteristicilordefinitorii ale performanei. Din acest punct de vedere se disting dou modaliti deabordare:

- sub aspect strict energetic i- global, cu luarea n considerare i a altor aspecte colaterale

III.1.1.1. Concepte pur energetice.Conceptele de cldiri performante energetic au aprut ca urmare a actualei

crize energetice, imediat dup ce a fost promovat Directiva european 2002/91/EC,privind performana energetic. Ele sunt asociate practic cu reglementrile de punere

n aplicare a acestei directive, fiind promovate n scopul fundamentrii sau rafinriiacestora. Printre reglementrile referitoare la performana energetic a cldirilor


39/159

33

putem enumera: n Frana: Rglementation Thermique [RT 2005] i alte norme decalitate (HPE, THPE, HPE EnR, THPE EnR); n Germania:Energieeinsparverordnung [EnEV 2004], Passivhaus [Passivhaus 2008]; n Elveia:Minergie, Minergie P, Minergie-Eco, i Minergie-Eco-P [Minergie 2008]; nItalia: [CasaClima 2008]. Fiecare dintre aceste norme impune nivele de calitatediferite, unele dintre ele foarte nalte i majoritatea favorizeaz utilizarea energiilor

neconvenionale.Pentru cldirile performante energetic, conceptele promovate au la baz un

numr limitat de criterii de evaluare, bine definite, cuantificab ile, care pot permitencadrarea cldirii evaluate ntr-una din tipologiile definiteANEXA III.1.

n literatura de specilitate au fost identificate urmtoarele concepte:

Cldiri cu consum sczut de energie (basse nergie, low energy house).Aceste tipuri de cldiri se caracterizeaz prin consumuri energetice mult maisczute dect cldirile standard. Acest nivel de performan poate fi atinsprin optimizarea izolaiei termice, reducerea punilor termice i cretereaaporturilor pasive. n cadrul acestui concept nu se impune prevederea de

sisteme locale de producere de energie dar nici nu sunt excluse. Cldiri pasive(Passivhaus, passive house, maison passive). Conceptul

a fost promovat de Institutul de cercetare german Passivhaus si formalizat n1996 prin promovarea unei norme/standard de calitate a performanteicladirilor. Acest standard rafineaza standardele de performanta energetica acladirilor, promovate anterior. In Europa, prin cladire pasiva se defineste ocladire in care se asigura o ambianta interioara confortabila atat iarna catsi vara fara a utiliza sisteme conventionale active, de incalzire sauclimatizare, pentru realizarea acestei ambiante. Desi standardul de calitatecasa pasiva a fost promovat pentru cladirile de tip rezidential, conceptul se

poate aplica atat la cladirilor de locuit individuale sau colective, cat si lacladirile teriare.Aceste cldiri, cu consumuri energetice extrem de mici, secaracterizeaz prin faptul c:

nu necesit sisteme de nclzire sau de rcire active: un sistem deaerare i valorificare a aporturilor interne i a celor pasive provenite dela soare sunt suficiente pentru a menine o ambian termic interioarconfortabil, pe tot parcursul anului.

limiteaz consumulde energie electric, pentru iluminat, prin utilizareala maximum a iluminrii naturale i a corpurilor de iluminat de marerandament precum i prin utilizarea de aparate electromenajere clas A,sau A+.

necesarul de energie este asigurat cu ajutorul surselor regenerabile.n practic, pentru asigurarea ambianei termice confortabile n perioadele

foarte reci este necesar intervenia unei surse de adaos, asociat efectivinstalaiei de aerare i care are rolul de nclzire a aerului proaspt introdus pnla temperatura necesar.

Cdiri fr consum de energie(zro nergie, net zero energy house). ncadrul acestui concept sunt incluse cldirile care combin performaneleenergetice superioare legate de consumuri relativ reduse de energie cumijloacele de generare local a energiei. La aceste tipuri de cldiriproducia de energie anual echilibreaz consumurile de energie anuale, decibilanul lor energetic anual net este nul.


40/159

34

Cldirile cu energie pozitiv ( nergie positive, Plusenergiehaus).Aceste cldiri sunt generatoare de energie i produc mult mai mult energiedect consum, deci depesc nivelul zero energie . Aceste cldiri suntracordate la o reea de distribuie de energie ctre care pot exporta energiaelectric produs n surplus.

Cldiri autonome energetic.

Acest concept caracterizeaz cldirile la careenergia utilizat nu este dependent de nici-o surs de generare aflat la

distan. Practic, toat energia consumat de cldire este produs local,cu resurse locale dar nu neaprat regenerabile. Bilanul energetic net alacestor tipuri de cldiri este, n orice moment, zero. La acest tip de cldire,care nu beneficiaz de avantajele racordrii la reele de utiliti este necesars se ia i msuri de asigurare n alimentare, respectiv s se apeleze lasisteme de stocaj (baterii de acumulare, rezervoare de acumulare, inerietermic s.a.). Acest tip de cldire este indicat n special n situri izolate, underealizarea de racorduri la utiliti este mai costisitoare dect investiia n surseproprii i msurile de asigurare a alimentrii.

Cldirile generatoare de energie(producteur d'nergie / near zero energyhouse). Sunt dotate cu sisteme locale de generare a energiei. Conceptul estefoarte general i neincintant n mod deosebit pentru realizarea de cldiriperformante: el nu precizeaz nimic referitor la nivelul de consum al acestorcldiri, nici la partea de consum acoperit prin susrsele de generare local inici la natura energiei generate. Practic este vorba mai degrab de ocaracteristic a unei cldiri dect de un concept de cldire propriu -zis. Acestconcept nu trebuie confundat nici cu conceptul de cldire autonom energetici nici cu cel de cldire cu energie pozitiv, concepte care includ n definirealori prevederi explicite referitoare la consumurile globale ale cldiri, modul de

acoperire a acestora din sursele locale i natura sursei de generare.

III.1.1.2. Concepte globaleO mare parte dintre noile concepte promovate deriv din abordri globale, care iau n

considerare un numr mare de interaciuni ale cldirii cu mediul nconjurtor acesteia, ncare problema energetic nu reprezint dect o parte din aceste interaciuni. Este cazula o serie de metode de etichetare sau de certificare (Japonia [CASBEE 2008]; StateleUnite ale Americii- [LEED 2008]; Regatul Unit al Marii Britanii - [BREEAM 2008]) i/saureglementri n Canada: [R-2000], asociat cu Regulamentul [R 2005]). Un exempludiferit l constituie norma francez HQE (nalt calitate a mediului) dedicatexecutan

ilor, care nu fixeaz nici-un obiectiv de performan

[AssoHQE 2006]. Darorganismele certificatoare propun refereniale. Unele dintre aceste abordri de manierglobal vizeaz aprecierea calitii cldirii n ceea ce privete protecia mediului. Totui,criteriile de caracterizare a performanelor de mediu ale cldirilor considerare sunt multei diferite caabordare, unele dintre ele chiar subiective, i, prin urmare, sunt subiect dedezbatere i controverse.

Foarte recent s-a ncheiat un proiect european, intitulat Methodology developmenttowards a Label for Environmental, Social and Economic Buildings [Lens 2008] carea avut printre obiective i propunerea unei definiii europene comune a cldirilordurabile n scopul de a ajunge la o metodologie comun de evaluare .

Alte concepte se bazeaz pe o abordare economic.


41/159

35

Principalele concepte identificate sunt: "Cldiri cu costuri de utilizare nule" (zero utility cost house, net zero

annual energy bill, zero energy affordable housing). Aceste concepte,evocate mai ales n Japonia sau Statele Unite ale Americii, se refer la cldiripentru care costul/factura de energie este zero: vnzarea unei pri dinproducia de energie a cldirii compenseaz de fapt costurile de achizitionare a

energiei consumate (energie electric, petrol, etc) n perioadele de neacoperiredin surse proprii. Aceast abordare este de preferat n locuinele sociale, pentrucare factura de energie reprezint o parte important din bugetul ocupanilor.Obiectivul este atins prin reducerea consumului i prin utilizarea resurselorde energie regenerabilegratuite. Dar bilanul nu depinde propriu-zis de factoriifizici, ci n special de factori economici cum ar fi preurile energiei sau ofertelefurnizorilor.

"Cldire cu emisii de carbon nule",( maison neutre en carbone, maisonzro carbone sau btiment mission zro, carbon neutral house sau lowcarbon house). Aceste concepte se refer la o cldire a crei funcionare

nu conduce la degajri de CO2. Aceste concepte se nscriu n direciile dedezvoltare durabil stabilite prin Protocolul de la Kyoto i au drept scoppromovarea de cldiri care s conduc la reducerea contribuiei sectoruluicldirilor n creterea efectului de ser la scar planetar. Aceste conceptesunt n general asociate cu un anumit stil de via, inclusiv cu un anumitdomeniu de aplicare, care se extind dincolo de construcia efectiv i includanumite moduri de deplasare, chiar i anumite modele de consum aocupanilor cladirii. O consecin a aceastor abordri const n utilizareaexclusiv a resurselor de energie regenerabile. Un exemplu de proiectrealizat pe baza acestui principiu este proiectul Bedzed din Anglia.

Cldirea "verde"/"durabil"/ecologic, (green building): Acestecaracteristici utilizeaz noiuni mai ales simbolice ale cror concepte asociatenu sunt bine definite. Ele depesc cu mult cadrul energetic i subliniaz maiales impactul sczut al cldirii asupra mediului, cum ar fi de exemplumaterialele folosite. Este posibil ca una dintre multiplele caracteristici aleacestor cldiri s corespund unuia dintre conceptele prezentate mai sus.

Cldirea "inteligent" (intelligent building, btiment intelligent ).Conceptul se refer la o cladire care prezint o form de "inteligen",realizat n general cu ajutorul automatelor programabile i sistemelorinformatice de supraveghere. Aceste echipamente vizeaz ameliorareagestiunii anumitor funcii modulabile ale construciei, cum ar fi protecia solar,ventilarea, nclzirea, iluminatul ori securizarea. Principalul obiectiv al uneicldiri inteligente este de a ameliora confortul i productivitatea ocupanilor ninteriorul cldirii. n consecin, n cadrul acestor cldiri, preocuprileenergetice i cele legate de mediu pot fi secundare sau chiar pot lipsi ntotalitate.


42/159

36

III.1.2. Caracteristici i indicatori specifici.

Eticheta de calitate energie sczut se asociaz unei cldiri pentru careconsumul de energie este net inferior consumurilor normate n cadrul reglementrilor

termice standard aferente cldirilor.O analiz din punct de vedere energetic a indicatorilor specifici se poate realizadin punct de vedere calitativ i cantitativ.

Din punct de vedere calitativ, cldirile cu energie sczut au urmtoarlecaracteristici comune: Pierderile de cldur sunt reduse la minimum prin: creterea gradului de

compactitate al cdirii, pentru limitarea suprafaei de contact cu exteriorul;creterea gradului de izolare termic a anvelopei (hiperizolare); eliminareapunilor termice; creterea etaneitii (hiperetanare); creterea performanelortermice ale tmplriei (ferestre i ui), a tehnologiei de pozare a acestora frpuni termice i zone de infiltrare a aerului i, amplasarea n condiiile deorientare cele mai avantajoase;

Sunt valorizate aporturile pasive:prin orientarea favorabil a suprafeelorvitrate n raport cu soarele, pentru valorificarea aporturilor gratuite, aporturice pot fi stocate n materiale cu inerie termic mare sau recuperate prinsiteme de ventilare dublu-flux. Aporturile interne pot contribui la diminuareasarcinii de nclzire, iarna.

Ventilarea este performant: cldirea fiind etan la aer trebuie corectventilat.n general ventilarea este mecanic controlat, sistemul asigurnd orepartiie omogen a cldurii n cas i evacuarea aerului viciat, fr a fi

obligatorie deschiderea ferestrelor; nclzirea se realizeaz prin aport: datorit izolrii termice, necersarul de

cldur pentru compensarea pierderilor este nesemnificativ. Ca urmare seutilizeaz, n general, sisteme de nclzire cu capacitate redus. ntructintroducerea unui sistem de nclzire propriu diminueaz performanaenergetic, se prefer soluii specifice de nclzire de aport

Confortul de var trebuie gestionat prin soluii adecvate: umbriricorecte, ventilare nocturn, puuri canadiene;

Consumurile energetice sunt raionalizate prin: producerea apei caldede consum cu energie solar, utilizare unor aparate electrocasniceeficiente energetic i eventual producerea de energie e

lectric din surseregenerabile

Din punct de vedere cantitativ se opereaz cu indicatori energeticireprezentativi, consumul de energie i emisiile CO2. Energia util - necesarul brut- caracterizeaz necesarul energetic pentru

satisfacerea unei nevoi (exemplu: pentru nclzirea spaiului astfel nct sse ating temperatura de confort). Necesarul brut permite caracterizareaperformanei anvelopei izolante.

Energia final - necesarul netreprezint energia livrat consumatoruluispre a fi convertit n energie utilicaracterizeaz consumul energetic.

Necesarul net de energie pentru asigurarea temperaturii interioare sedifereniaz n funcie de sezon i se determin ca diferen ntre pierderi iaporturi, fiind utilizat ca valoare de referinn demersul pasiv.


43/159

37

Calculul acesteia integreaz att randamentul echipamentelor de producerect i pierderile sistemelor de distribuie i utilizare.

Energia primar/ energia final caracterizeaz un consum energeticglobal. Aceasta ia n consideraie energia consumat precum i energianecesar pentru a acoperi pierderile de producere, transformare i de

transport pn la nivelul consumatoruluiasociind factori de conversie

diferii. Emisii de CO2

Un alt indicator folosit n normele referitoare la cldirile cu consum redus deenergie este degajarea de CO2 (tabel III-1.)

Tabel III-1. Degajarea de CO2grame echivalent CO2/ pe kwh (energie final)Tip energie RT 20051 Effienergie1 Passive3

Lemn 10 10 50Gaz 230 230 250

Combustibil lichid 300 300 310Fotovoltaic 0 0 250

Solar 0 0 01Fran a2 Elve ia3 Europa

n tabelul III-2 sunt prezentate sintetic principalele caracteristici energeticeimpuse prin cele mai reprezentative standarde de calitate pentru cldiri cu consumredus de energie.

Se remarc faptul c parametrul la care se raporteaz indicatorii energeticieste suprafaa caracteristic, care difer de la reglementare la reglementare.

Suprafeele utilizate n aceste norme i semnificaiile lorsunt prezentate nfigura III.1, respectiv:

- suprafaa exterioar net a anvelopei SHON;- suprafaa de referin enregetic SRE;- suprafaa locuibil SHAB.

Suprafeele marcate cu rou se iau n consideraie; suprafeele marcate cu albastru nu se iau n consideraieSHON (Frana) SRE (Elveia) SHAB (Europa)

Se iau n calcul toate suprafeeleconstruite exteriore

Se iau n calcul toate suprafeeleconstruite exterioare

Se nsumeaz suprafaa tuturorncperilor, exclund pereii inchiderile

Deducerea spaiilor neizolate i nelocuite Deducerea spaiilor neizolate i nelocuite Deducerea spaiilor nelocuiteDeducerea nlimii inferioare la 1,8m Deducerea nlimii inferioare la 1,0 m Deducerea nlimii inferioare la 1,0 mAplicarea unei ponderri de 5% Ponderarea :

pentru nlimi mai mari de 3mConsiderarea nlimilor ntre 1 i 2 mponderate cu 50%

Fig. III.1- Suprafee de raportare a indicatorilor specifici

Suprafele considerate pentru exprimarea indicatorilor energetici difer nraport cu normele n care se utilizeaz, dar folosirea unui anumit tip de suprafa de

referin este corelat cu scopul declarat al normei.


44/159

38

Tabel III.2. Indicatori energetici normai n principalele standarde pentru cldiri cuconsum redus de energie

mrimi /norme reglementare RT 2005 Effinergie - BBC 2005 Minergie Standard Minergie+ Passivehaus

Pocedura

calcul

Refereniar/Norm RT 2005 RT 2005 SIA 380 SIA 380 PHPP 20071

TIrecomandat: 19 C 19 C 20 C 20 C 20 CSuprafa de referin SHON2 SHON2 SRE3 SRE3 SRE4

Calcul punilor termice - interior exterior exterior exterior

Factorul

energetic

Combustibil lichid 1 1 1 1 1,1Gaz 1 1 1 1 1,1Electricitate : 2,58 2,58 2 2 2,7Biomas: 1 0,6 0,5 0,5 0,2Solar termic : 0 0 0 0 0Solar fotovoltaic : 0 2,58 2 2 7,0

Valori

recomandate

Cldiri noi:

Energie util : * * 60%5

20%5

nclzire: 15 kWh/m.anEnergie final: neindicat - - - -Energie primar:nclzire Cep > CeprefCL Cep > 50 kWh/m.an-CL

Cep > 50% Cep ref, ACVL > 42 kWh/m.an-CL VL> 30 kWh/m.an -CL VL> 120 kWh/m.an-CL

AccAuxiliarIluminatElectromenajereCldiri existente:Energie util : - - 60%Valoare de referin norma SIA 380Energie final: - - -Energie primar:nclzire Cep > Cepref -CL Cep > 80 kWh/m.an-CL

Cep > 60% Cep ref, ACVL> 80 kWh/m.anCL

AccAuxiliarIluminatElectromenajere

Testulde

etaneitate

Certificat de infiltraie obligatoriu ne-obligatoriu obligatoriuNorma I4 I4

I41.3 m3/h,m2, 6 I40.6 m3/h,m2, CLI n507=1.5 sch/h n507=0.6 sch/hI40.8 m3/h,m2,8 I41.m3/h,m2, CLC

I41.2m3/h,m2,CTI42.5m3/h,m2, AC

dezvoltat de Institutul Passive HausSHON:SRE:suprafa energetic de referin conform Passivehaus

*Valoare de referin: U cldirevaloarea limit impus

considerat pe defect

Valoare standard considerat n calcule: n508valoare referinCL -Cldiri locuitCLI -Cldiri locuit individualeCLI -Cldiri locuit colectiveCR -Cldiri rezidenialeAL -Alte cldiri


45/159

39

III.3. STRATEGII PASIVE IDENTIFICATE IN PROIECTE EUROPENE

Principalele elemente care definesc i difereniaz strategiile pentru realizareacaselor pasive sunt: forma construciei; orientarea; umbrirea; zonele-tampon; masatermic; rcirea pasiv; ventilarea natural;

III.3.1. Forma construcieiEste caracterizat prin indicele de compactitate, reprezentnd raportul dintrevolumul total locuibil (TV), i suprafaa (A)prin care se produce pierderea de cldur.

Valorile recomandate pentru indicele decompactitate la casele pasive: se nscrientre 0.8m i 2.2m. n figura III.10 sunt exemplificate tipuri de conformare din punctde vedere al compactitii.Case cu compactitate sczut Case semi-detaate cu compactitate medie Case terasate

Doctorat Iasi Clad Perf Energ

Documents

Transcript of Doctorat Iasi Clad Perf Energ