Utilizarea resurselor regenerabile

in functionarea cladirilor.

Eco-tehnologii integrate

1. Introducere

Printre măsurile cheie stabilite în documentul „O politică energetica pentru Europa”,

propus de Comisia UE în ianuarie 2007, se înscrie şi „îmbunătăţirea rapidă a randamentului

energetic al clădirilor din UE şi luarea unor iniţiative astfel încât casele cu consum energetic

extrem de redus să devină standardul clădirilor noi”.

Cercetările orientate în direcţia identificării unor strategii şi mijloace de rezolvare a

problemelor energetice şi, mai recent, a celor de mediu arata faptul ca este pe deplin posibilă

obtinerea unei bune calitati arhitecturale, a unui mediu interior agreabil, confortabil şi sănătos

şi a unui consum de energie redus.

Arhitectura pasivă este un termen generic, utilizat pentru a defini un demers care are

ca obiectiv reducerea consumurilor de energie primară pentru încălzirea, iluminatul şi

climatizarea unei clădiri. [2]

Printre elementele caracteristice ale caselor pasive energetic se mentioneaza:

orientarea faţadei spre sud şi evitarea zonelor umbrite;

formă compactă şi izolaţie termică performantă;

ferestre eficiente din punct de vedere energetic;

prezenţa unui sistem pentru evitarea infiltrării aerului;

evitarea punţilor termice;

improspătarea aerului prin ventilaţie şi un sistem eficient de recuperarea

căldurii;

utilizarea unor surse regenerabile de energie pentru producerea curentului

electric si prepararea apei calde ;

utilizarea de aparate electrocasnice cu consum energetic redus;

utilizarea facultativă a încălzirii sau răcirii pasive a aerului proaspăt.

Fig. 1. Eco-tehnologii integrate in cladire

In lucrarea se pune accent pe ecotehnologiile integrate intr-o astfel de cladire si

utilizarea surselor regenerabile de energie (pentru energie electrica si energie termica).

Încălzirea constituie cca. 40% din nevoile energetice ale locuinţei, atât pentru

încălzirea spaţiului cât şi pentru apa caldă. Sursele de energie regenerabilă pot fi folosite

pentru a produce căldură direct, fără a mai fi nevoie de vreun proces de conversie, ex.

încălzirea solară a apei. Este de asemenea, posibil să se folosească astfel de surse pentru a

produce electricitate, ex. celulele fotovoltaice care convertesc lumina solară în electricitate.

Folosirea surselor regenerabile presupune emisii reduse sau egale cu zero.

Introducerea surselor de energie regenerabilă poate asigura o soluţie pe termen lung şi

sustenabilă pentru a întruni cererea de energie care va lăsa generaţiilor următoare o lume cu

mai puţină poluare şi mai multe resurse. Generarea căldurii sau a electricităţii din surse locale

regenerabile evită pierderile asociate transmiterii şi distribuţiei care poate fi de până la 25%.

Exploatarea surselor regenerabile de energie poate furniza energie termica si electrica

unei locuinte astfel incat aceasta poate fi autonoma din punct de vedere energetic (neconectata

la reteaua electrica de distributie). Astfel, in functie de sistemele utilizate pentru exploatarea

surselor regenerabile, casele pot fi alimentate concomitent din mai multe surse, de exemplu:

panou fotovoltaic – turbina eoliana – colector solar

panou fotovoltaic – turbina eoliana – microhidrocentrala

panou fotovoltaic – turbina eoliana – microhidrocentrala - colector solar

panou fotovoltaic – turbina eoliana – microhidrocentrala – colector solar -

biomasa

In general, la sistemele de la primele doua puncte se adauga pentru siguranta

alimentarii o centrala pe combustibili fosili pentru perioadele in care din diferite motive

naturale nu pot fi exploatate sursele regenerabile de energie. Ultimul dintre aceste sisteme

„panou fotovoltaic – turbina eoliana – microhidrocentrala – colector solar - biomasa” este un

sistem complet, care poate asigura autonomia energetica a unei locuinte in orice anotimp si in

orice conditii meteorologice.

Tehnologiile cladirilor ecologice se impart in doua mari categorii:

Tehnologiile pasive [10]:

dirijarea luminii soarelui prin oglinzi si ghiduri de lumina in interiorul

cladirilor ( se reduce consumul de energie electrica pt iluminare in timpul

zilei).

inmagazinarea caldurii in timpul zilei in diferite parti interioare ale unei

constructii pasive special conceputa cu inertie termica mare, care in timpul

noptii cedeaza caldura aiambientului.

cresterea temperaturii unui agent termic cu panouri solare

concentrarea cu ajutorul oglinzilor parabolice a radiariei soarelui in

schimbatoare de caldura cu ridicarea temperaturii agentului termic la

temperaturi de 400°C si convertirea in electricitate.

stocarea caldurii in materiale speciale care isi schimba starea prin incalzire si

revin la starea intitiala dupa racire.

tehnologii care contribuie la reducerea consumurilor de energie pentru racirea

aerului

tehnologii care ajuta la buna ventilare a spatiilor interioare

Tehnologiile active[10]:

panourile fotovoltaice

colectorii solari

minigeneratoare de vant

tehnologii care functioneaza pe baza pompelor de caldura

instalatii de absorbtie care folosesc energia de refrigerare ca energie de

incalzire

tehnologii de racire a tavanului (chilleri)

2. Sisteme de încălzire cu energie regenerabilă si de producere a energiei electrice

din resurse regenerabile

Având în vedere necesarul de energie termică extrem de redus, datorat pierderilor

perimetrale minime şi faptului că se recuperează căldura aerului evacuat, în sistemul de

ventilare, pentru casele pasive energetic, la fel ca ca şi în cazul celor cu consum energetic

redus dealtfel, este posibilă utilizarea eficientă a surselor regenerabile de energie, cum sunt

biomasa solidă (de ex. peleţi) sau pompele de căldură. Ambele soluţii pot fi utilizate în

combinaţie cu energia solară.

În figura 2.1. este prezentat un sistem de utilizare combinată a energiei biomasei solide

şi a energiei solare, iar în figura 2.2. este prezentat un sistem de încălzire tipic pentru casele

pasive, care include ventilare cu recuperarea căldurii, o pompă de căldură şi panouri solare.

[5]

Fig. 2.1. Utilizarea combinată a biomasei solide şi a energiei solare

1 - unitate electronică de control;

2 - panou solar;

3 - senzor temperatură retur circuit solar;

4 - sistem de pompare pt. circuitul solar;

5 - senzor temperatură pt. apa din boiler;

6 - pompă circuit cazan cu biomasă

Fig. 2.2. Sistem tipic de încălzire a caselor pasive energetic

Toate sistemele de încălzire şi preparare a apei calde menajere cu ajutorul surselor

regenerabile de energie, sunt caracterizate prin valori mult mai reduse ale temperaturii

agentului termic şi prin diferenţe de temperatură mult mai mici decât în cazul sistemelor

clasice.

În continuare sunt prezentate două exemple tipice, care permit înţelegerea uşoară a

diferenţelor de regim termic dintre sistemele clasice şi cele funcţionând cu energii

regenerabile:

- in locul sistemelor clasice de încălzire cu calorifere, în care regimul termic al

agentului de încălzire este de cca. 70...80°C pe tur şi cca 50...60°C pe retur, la utilizarea

energiilor regenerabile, se preferă adesea încălzirea prin pardosea, caracterizată de regimuri

termice cu cca. 35...45°C pe tur şi 30 . . . 40°C pe retur;

- in locul sistemelor clasice de preparare a apei calde menajere, la temperatura de

60 . . . 65°C , cu energii regenerabile se prepară a.c.m. la temperaturi de cca. 45°C, evident în

cantităţi mai mari.

Cele mai drastice restricţii în ceea ce priveşte reducerea temperaturii agentului termic,

sunt impuse în cazul utilizării pompelor de căldură, deoarece la creşterea temperaturii

agentului furnizat, scade sensibil eficienţa termică a acestor echipamente.

Cu ajutorul biomasei solide, sau a energiei solare, pot fi atinse regimurile termice ale

sistemelor clasice, dar sunt preferate totuşi regimurile cu temperaturi şi diferenţe de

temperaturi mai reduse, caracterizate prin pierderi mult mai mici, datorate ireversibilităţilor

mai reduse din procesele de transfer termic.

La proiectarea sistemelor de încălzire şi producere a apei calde cu ajutorul energiilor

regenerabile, necesitatea utilizării izolaţiilor termice este deosebit de importanta. Este evident

că izolarea reduce pierderile de căldură, şi prin urmare scade consumul de energie, dar în

cazul utilizării energiilor regenerabile, scopul izolării este de a reduce cât mai mult posibil,

necesarul de energie care trebuie asigurat. Acest obiectiv este extrem de important, deoarece

tehnologiile de conversie în energie termică a surselor regenerabile de energie, sunt mult mai

scumpe decat soluţiile clasice.

Structura cheltuielilor iniţiale ale investiţiei, va avea două componente importante:

izolaţie cu mult mai performantă decât în cazul sistemelor clasice;

echimapentele de conversie a energiilor regenerabile, în energie termică.

Pentru a fi posibilă reducerea costurilor echipamentelor, este obligatoriu să se reducă

la minim, valorile sarcinilor termice care vor fi asigurate de aceste echipamente. Acest

obiectiv este posibil numai printr-o izolare termică extrem de performantă. În condiţiile în

care se estimează o creştere constantă a preţurilor combustibililor clasici se poate estima şi că

în viitorul apropiat, perioada de amortizare a costurilor echipamentelor de conversie a

energiilor regenerabile în energie termică, se va reduce corespunzător.

Odată cu îmbunătăţirea performanţelor termice ale locuinţelor se reduce şi consumul

de energie termică pe care trebuie să îl asigure echipamentele de încălzire. Este evident că

energiile regenerabile vor fi utilizate cel mai eficient în casele cu consum energetic redus,

respectiv în casele pasive energetic, deoarece aceste categorii de clădiri, au cele mai mici

consumuri energetice şi deci cheltuielile pentru echipamentele de conversie a energiilor

regenerabile în căldură, vor fi cele mai reduse. Acest aspect este fundamental, deoarece s-a

arătat deja că preţurile acestor echipamente sunt ridicate. Pe lângă costurile cele mai reduse

posibile, ale investiţiei în echipamente, casele cu consum energetic redus şi cele pasive sunt

caracterizate şi prin cele mai reduse cheltuieli propriu-zise de exploatare, facturile de energie

termică fiind cele mai reduse, iar în aceste condiţii, este posibilă amortizarea relativ rapidă a

investiţiilor.[4]

În figura 2.3 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului

electric continuu şi alternativ, cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere

redusă.

Baterii Consumatori de

current alternativ

Fig. 2.3. Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atât alimentarea unor consumatori de curent continuu, cât şi

alimentarea unor consumatori de curent alternativ.

În zonele în care apa se găseşte în cantităţi limitate, dar există apă freatică la adâncime

şi vântul suflă în mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate), se poate

utiliza cu succes o turbină eoliană, pentru pomparea apei la suprafaţă în vederea utilizării

ulterioare a acesteia. Schema unui asemenea sistem este prezentată în figura 2.4.

Fig. 2.4. Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă, cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi în agricultură, pentru irigaţii în zone secetoase, pentru

pomparea apei din râuri, etc.

Practic, exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape

gratuită, exceptând eventualele costuri de întreţinere şi metenanţă. Costurile privind investiţia

iniţială trebuie analizate în contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea

investiţii, care poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei în anumite

regiuni.

În unele situaţii, mai ales în sisteme de dimensiuni reduse, producerea energiei

electrice cu ajutorul turbinelor eoliene, poate fi asigurată şi de sisteme alternative. Astfel, în

figura 2.5. este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice, care include şi un

generator de curent electric antrenat de un motor termic.

Fig. 2.5. Sistem eolian hibrid

Motorul va funcţiona numai în condiţiile în care viteza vântului este prea mică, sau

prea mare, deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene.

În figura 2.6. este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie.

Fig. 2.6. Sistem hibrid pentru producerea curentului

electric utilizând surse regenerabile de energie

Acest sistem include în plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice, iar energia electrică furnizată de acestea este stocată în acumulatori.

Dacă vântul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă

radiaţie solară, pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice, poate fi

utilizat motorul cu ardere internă, pentru producerea energiei electrice.[12]

În figura 2.7. este prezentat un sistem de producere şi utilizare a curentului continuu

cu ajutorul panourilor fotovoltaice.

Fig. 2.7. Sistem cu panou fotovoltaic pentru producerea curentului continuu

Acest tip de aplicaţie poate să permită de exemplu asigurarea iluminatului electric, cu

becuri de curent continuu, în imobile situate în zone izolate şi neelectrificate.

Se observă că panoul fotovoltaic nu este singurul component al sistemului. Deoarece

momentul în care este nevoie de energie electrică, nu coincide cu cel în care este prezentă

radiaţia solară, energia electrică furnizată de panou este acumulată într-una sau mai multe

baterii pentru a fi utilizată la nevoie. Între panoul fotovoltaic şi baterie este intercalat un

regulator de încărcare deoarece parametrii curentului electric la ieşirea din panou sunt

variabili, în funcţie cel puţin de intensitatea radiaţiei solare, iar parametrii curentului electric

utilizat la încărcarea bateriei trebuie să fie constanţi. Consumatorii alimentaţi cu curent

continuu, sunt conectaţi tot la bornele de ieşire ale ale regulatorului, pentru a fi alimentaţi cu

curent electric având parametrii constanţi.[13]

În figura 2.8. este prezentat un sistem de producere şi utilizare simultană a curentului

continuu şi alternativ cu ajutorul panourilor fotovoltaice.

Fig. 2.8. Sistem cu panouri fotovoltaice pentru producerea

simultană a curentului continuu şi alternativ

Având în vedere că un asemenea sistem are nevoie de o putere electrică mai mare,

specifică de regulă consumatorilor de curent continuu, este nevoie de utilizarea unui număr

mai mare de panouri fotovoltaice, iar numărul bateriilor este de asemenea mai mare, pentru ca

sistemul să poată asigura puterea electrică maximă, pentru un timp cât mai lung, înainte ca

bateria să se descarce.

Trebuie menţionată prezenţa obligatorie într-un asemenea sistem a unui echipament

denumit invertor, care transformă curentul continuu în curent alternativ.[13]

În figura 2.9. este prezentat un sistem hibrid pentru producerea şi utilizarea simultană

a curentului continuu şi alternativ cu ajutorul panourilor fotovoltaice.

Fig. 2.9. Sistem hibrid cu panouri fotovoltaice pentru producerea

simultană a curentului continuu şi alternativ

Faţă de sistemul prezentat anterior, acest sistem hibrid are în componenţă şi un

generator electric acţionat de un motor cu ardere internă de tip Diesel. Acest generator, care

poate să producă atât curent continuu cât şi curent alternativ, are rolul de a asigura puterea

electrică necesară în perioadele de vârf de sarcină, sau în perioadele în care radiaţia solară nu

este suficient de intensă.[13]

Panouri fotovoltaice

Cu ajutorul celulelor solare, lumina soarelui se poate converti direct in electricitate

printr-un proces fotovoltaic. Deoarece lumina solara este distribuita uniform, fiecare cladire

are potentialul de a genera electricitate local. Acoperisul este cel mai bun loc de montare a

celulelor solare, daca este corect orientat pentru a primi radiatia solara.

Acronimul BIPV (Building Integrated Photovoltaics) se refera la sistemele

fotoelectrice integrate in cladiri. Acestea pot fi construite împreună cu cladirea sau pot fi

adaugate ulterior. În funcţie de locul si modul de instalare sunt amintite urmatoarele tipuri de

sisteme fotoelectrice:

Sisteme de fatada sau de acoperis adaugate după ce clădirea a fost construita

Sisteme fotoelectrice integrate in fatade

Sisteme fotoelectrice integrate in acoperisuri

"Sisteme parasolare " – sisteme fotoelectrice folosite, de asemenea, ca

paravane, construite împreună cu cladirea sau adăugate ulterior

Sistemele de fatada sau de acoperis sunt sisteme de putere mică, de până la

aproximativ 10 kW,de obicei integrate în partea de sud a cladirii. Sistemele integrate in fatade

pot fi alcatuite din diferite tipuri de module transparente, cum ar fi cele de tip cristalin şi

amorf micro-perforate. În acest caz, o parte din lumina naturală este transferata in cladire prin

modulele transparente. Celule solare sunt disponibile in diferite culori. (fig. 2.10)

Sisteme integrate in acoperisuri pot fi montate ulterior sau construite ca parte

integranta din cladire, se monteaza atat pe acoperisuri inclinate cat si pe acoperisuri drepte. Se

utilizeaza module semitransparente sau mate in functie de tipul acoperisului. (Fig. 2.11).

Parasolarele ar putea fi utilizate ca paravan, atunci cand modulele fotoelectrice pot

servi ca jaluzele venetiene. În unele dintre aceste cazuri, unghiul de înclinare al modulelor

fotoelectrice poate fi ajustat în mod automat sau manual pentru a permite umbrirea

interiorului clădirii şi / sau optimizarea eficienta a modulelor fotoelectrice. (fig. 2.12.)

Este posibila implementarea geamurilor solare laminate. În aplicatii fotoelectrice (de

asemenea si în sistemele de BIPV), este utilizata, de obicei, sticla. [3]

Fig.2.10. Panouri fotoelectrice integrate in fatade [3]

Fig.2.11. Panouri fotoelectrice integrate in acoperis [3]

Fig.2.12. Parasolare fotoelectrice [3]

Biomasa

Rezervele de biomasa sunt în special deşeurile de lemn, deşeurile agricole, gunoiul

menajer şi culturile energetice. Producerea de biomasa nu reprezintă doar o resursă de energie

regenerabilă, ci şi o oportunitate semnificativă pentru dezvoltarea rurală durabilă.

Soluţiile care folosesc biomasă pentru a produce energia termică sunt foarte variate şi

includ de la şeminee clasice şi innovatoare până la cazane termice pe peleţi. Aceste soluţii

termice utilizează cel mai vechi combustibil din lume, neutru din punct de vedere al emisiei

de CO2. Economiseşte consumul de păcură sau gaz şi reduce cheltuielile şi presiunea asupra

mediului în care trăim. Şemineele radiază căldură în spaţiul de locuit şi, suplimentar, prin

intermediul schimbătoarelor de căldură integrate produc apă caldă ca agent termic care este

vehiculat în sistemul de încălzire prin intermediul unei pompe de circulaţie. [6]

Micro-turbine eoliene

Au loc numeroase dezbateri daca micro-turbinele eoliene (>2.5KW) au o contributie

semnificativa la reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera si/sau a facturii. In mod evident,

aceasta depinde de pozitionarea corecta a turbinii si de utilizarea energiei in cladirea a carei

alimentare cu energie se doreste.

Tipuri de micro-turbine eoliene: turbine cu axe verticale si orizontale

Avantaje:

Daca micro-turbinele eoliene sunt dimensionate corespunzator, atunci profitul

obtinut la orice capital investit este mare.

Daca exista conditii favorabile de vant, turbinele eoliene pot genera

electricitate in momentul in care nu este lumina exterioara suficienta si, de

aceea pot fi complementare generarii de electricitate utilizand panouri solare.

Turbinele se pot monta pe cladiri existente adecvate, fara a crea probleme

deosebite, daca aceste cladiri sunt potrivite din punct de vedere structural.

Dezavantaje:

Turbinele eoliene fac zgomot in timpul functionarii.

Anumite persoane si grupuri de interes nu agreaza turbinele eoliene. De aceea

este recomandabil sa se ceara aprobarea vecinilor inainte de a proiecta sau

instala o turbina.

Eficienta turbinei depinde de potentialul de vant al locului de instalare.

Nu toate cladirile au capacitatea structurala de a avea turbine montate pe ele

Criterii ce trebuie întrunite înainte de a lua în considerare instalarea unei surse de

energie regenerabilă.

Încălzirea cu biomasă este o posibilitate dacă:

nu te afli într-o zonă cu restricţii privind calitatea aerului

este suficient spaţiu de stocare (cca. 2 m2)

există o sursă locală de biomasă

există la nivel local cunoştinţe de instalare şi întreţinere

Încălzirea cu pompe de căldură este posibilă dacă:

există acces la o sursă de subsol sau apă (sau aer dacă este montată pe un

perete exterior)

clădirea este foarte bine izolată termic

sistemul pompei de căldură e capabil să asigure necesarul de căldură sistemului

de distribuţie

Încălzirea solară este posibilă dacă:

orientarea acoperişului este spre sud sau spre vest

este umbră cât mai puţină (nu există copaci înalţi sau clădiri care să umbrească

colectoarele solare pentru o perioadă apreciabilă de timp în timpul unei zile)

structura acoperişului este capabilă să suporte greutatea suplimentară a

instalaţiei

noul sistem se poate conecta la sistemul existent de producere a apei calde

Turbina eoliană poate fi instalată dacă:

viteza medie a vântului este mai mare de 4 m/s

poate fi montată pe o parte a casei

instalarea va fi făcută în aşa fel încât să nu existe clădiri sau arbori în calea

vântului dominant

Electricitatea fotovoltaică este posibil de produs dacă:

orientarea acoperişului este spre sud sau spre vest

zona nu este umbrită de copaci sau alte clădiri o perioadă de timp apreciabilă

în timpul zilei

Stocarea energiei termice

În cazul utilizării surselor regenerabile de energie pentru încălzire sau prepararea apei

calde menajere, o atenţie deosebită este acordată acumulării energiei termice.

Având în vedere preţurile ridicate ale echipamentelor de conversie a energiilor

regenerabile în energie termică, se evită producerea căldurii şi mai ales a apei calde în regim

"instant", deoarece acest regim solicită sarcini termice ridicate, iar costurile echipamentelor

necesare ar fi de asemenea ridicate. O alternativă eficientă este reprezentată de utilizarea unor

boilere în care apa caldă să fie preparată în regim cvasi-permanent. La sfârşitul perioadelor de

vârf de consum, adică dimineaţa şi seara, se va reduce temperatura apei din boilere, iar în

restul timpului, când consumul este foarte redus, echipamentele de încălzire utilizând energii

regenerabile, vor ridica din nou temperatura apei. Pentru ca sistemul de acumulare a apei

calde să facă faţă în perioadele de vârf de consum, volumul boilerelor trebuie dimensionat

corect, în funcţie de consumurile estimate. Un sistem de preparare a apei calde menajere într-

un boiler, este prezentat în figura 2.13.

Fig. 2.13. Sistem de preparare a apei calde menajere în boiler,

cu energie solară sau altă sursă de energie [5]

Este posibilă utilizarea sistemelor de acumulare a energiei termice şi pentru utilizarea

acesteia în sistemul de încălzire. Astfel de soluţii permit de exemplu acumularea energiei

termice solare ziua, pentru ca aceasta să fie utilzată la încălzire, noaptea.

Există astfel de sisteme extrem de performante, cu acumulare sezonieră a căldurii, ca

cel din figura 2.14.

Fig. 2.14. Cladire pasivă energetic cu acumulare sezonieră

a căldurii, în vederea încălzirii

Căldura provenită din energia solară, este acumulată vara în rezervorul de stocare

având capacitatea de 87m3, pentru a fi utilizată iarna.

Clădirea este o construcţie pasivă energetic, reprezintă sediul unei companii din

Germania şi a fost realizată în anul 1998, pe o suprafaţă de 2180m2. Sarcina termică necesară

pentru încălzirea clădirii pe timp de iarnă, în plus faţă de sistemul de încălzire cu energie

solară stocată sezonier, este de numai 12kW. (Pentru comparaţie, sarcina termică a unei

centrale termice murale de apartament este de 24kW).

3. Colectori solari

Colectorii solari pot fi folositi direct pentru producerea de apa calda menajera cat si

pentru aport la sistemul de incalzire. Transformarea, sau conversia energiei solare în energie

termică, este realizată prin intermediul colectorilor solari, având funcţionarea pe diverse

principii consructive. Indiferent de tipul colectorilor solari, pentru ca randamentul conversiei

energiei solare în energie termică să fie ridicat, este important ca orientarea captatorilor solari

spre soare, să fie cât mai corectă.

În mod ideal colectorul se montează cu faţa spre sud, iar unghiul optim de montaj este

egal cu gradele de latitudine ale locului plus 15 grade (Figura 3.0.). Acest lucru este uşor

realizabil pe un acoperiş plat. Pentru un acoperiş în pantă, colectorul se montează în general

paralel cu acoperişul sau pentru o construcţie nouă, poate fi chiar integrat în acoperiş.[8]

Fig 3.0. Colectoare solare şi unghiuri de montaj

Tipuri de colectori solari:

colectori solari plani

Fig. 3.1. Construcţia colectorilor plani [5]

Agentul termic circulă prin serpentina din cupru, care este fixată nedemontabil, sub o

folie realizată tot dintr-un material bun conducător termic, acoperită cu un material absorbant.

Acest ansamblu, se montează într-o carcasă acoperită cu un panou de sticlă solară,

caracterizată prin conţinut scăzut de fier, pentru creşterea capacităţii de transfer a radiaţiei

termice. Rezistenţa mecanică a sticlei, trebuie să fie suficient de ridicată, pentru a face faţă

solicitărilor la care aceasta ar putea fi supusă în timpul exploatării, de exemplu căderilor de

grindină. Partea inferioară a carcasei panoului solar, este izolată termic, pentru reducerea

pierderilor prin convecţie, în mediul ambiant.

Acoperiş plat

colectorUnghi de montaj

Acoperiş în pantă

colector

Unghi de montaj

Avantajul acestui tip de colectori solari, este că prezintă un randament termic suficient

de ridicat, dacă radiaţia solară este intensă, în condiţiile unor costuri relativ reduse ale

investiţiei. Dezavantajul principal îl reprezintă pierderile prin convecţie relativ ridicate, la

diferenţe mari de temperatură între agentul termic şi mediul ambiant.

Colectori cu tuburi vidate

Fig. 3.2. Principiul de funcţionare a colectorilor cu tuburi vidate [5]

Apa este stocată într-un rezervor cilindric orizontal, construit din metal şi izolat

termic, în care se montează tuburile vidate. Acestea sunt realizate cu pereţi dubli, din sticlă.

între pereţii din sticlă ai tuburilor se realizează vid (ca în termosuri), pentru a reduce pierderile

termice în mediul ambiant. Pereţii exteriori ai tuburilor de sticlă din interior, sunt acoperite cu

un strat din material absobant, pentru a capta cât mai eficient radiaţia solară. Apa din

rezervorul cilindric se va stratifica, în funcţie de densitate. Straturile cele mai calde vor fi

dispuse în partea superioară a cilindrului, iar cele mai reci, vor fi dispuse în partea inferioară a

acestuia. Apa rece, va curge prin tuburile vidate, se va încălzi datorită radiaţiei solare şi prin

efect de termosifon, datorită diferenţei de densitate, se va întoarce în rezervor, unde se va

ridica în partea superioară a acestuia, acumulându-se în vederea utilizării ulterioare.

Avantajul unor asemnea sisteme este reprezentat de absorbţia directă a radiaţiei solare,

fără intermediul unui schimbător de căldură.

Dezavantajele sunt datorate faptului că apa circulă prin tuburile din sticlă, care este un

material relativ fragil, chiar dacă este vorba despre sticlă solară cu proprietăţi mecanice bune.

Astfel, circulaţia apei nu poate fi realizată sub presiune, datorită solicitărilor mecanice la care

ar fi supusă sticla. Un alt dezavantaj, este acela că umplerea cu apă a sistemului, trebuie

realizată încet şi treptat, pentru a nu se produce solicitări termice bruşte în tuburi.

În figura 3.3., este prezentată o construcţie performantă de colector solar cu tuburi

vidate, în care circulaţia agentului termic este realizată printr-un schimbător de căldură

coaxial din cupru, în contact cu o suprafaţa metalică absorbantă.

Fig. 3.3. Colector cu tuburi vidate şi schimbător de căldură coaxial [5]

Această construcţie, combină avantajele tuburilor vidate, care asigură pierderi minime

de căldură în mediul ambiant (chiar la diferenţe mari de temperatură între acesta şi apa din

tuburi), cu avantajele circulaţiei agentului termic prin elemente metalice.

În figurile 3.4. şi 3.5. sunt prezentate schema, respectiv construcţia unui colector cu

tuburi vidate, care în plus, permite înlocuirea individuală a unor tuburi, în cazul spargerii

accidentale a acestora.

Fig. 3.4. Schema unui colector cu tuburi vidate, interschimbabile [5]

Fig. 3.5. Colector cu tuburi vidate, interschimbabile [5]

Avantajul acestor tipuri de colectoare cu tuburi vidate, este acela că în cazul spargerii

accidentale a unui tub, agentul termic din instalaţie nu se pierde, fenomen care ar genera mari

neplăceri, datorită volumului relativ mare de agent termic care ar putea produce pagube, mai

ales dacă ar intra în contact cu elementele constructive ale imobilului pe care îl deserveşte.

Colectori cu tuburi termice

Fig. 3.6. Principiul de funcţionare al colectorilor cu tuburi termice [7]

În interiorul unui tub de sticlă cu pereţi dubli, între care se realizează vid, pentru

diminuarea pierderilor termice în mediul ambiant, se montează un tub termic etanş, încărcat

cu o substanţă care vaporizează sub acţiunea radiaţiei solare. Vaporii astfel formaţi, se ridică

în partea superioară a tubului termic, denumită condensator, care se găseşte în contact termic

cu agentul termic din instalaţia solară. Acest agent, răceşte capătul superior al tubului termic

şi determină astfel condensarea vaporilor din tubul termic, astfel încăt capătul superior al

tubului termic, poartă denumirea de condensator. Căldura latentă de condensare a agentului

din tubul termic, contribuie la încălzirea agentului termic din instalaţia solară, care curge prin

conducta colectoare, în care se montează mai multe tuburi termice. Pentru a diminua

pierderile termice, conducta colectoare se izolează termic.

În figurile 3.7. şi 3.8., sunt prezentate schema, respectiv construcţia unui colector cu

tuburi termice. În ambele figuri, se pot observa condensatoarele tuburilor termice.

Fig. 3.7. Schema unui colector cu tuburi termice [5]

Fig. 3.8. Colector cu tuburi termice [5]

Tuburile termice sunt interschimbabile, deci păstrează toate avantajele tuburilor

vidate.

Avantajul acestor tipuri de colectori, este reprezentat de randamentul termic cel mai

ridicat, în condiţii caracterizate prin radiaţie solară nu foarte intensă, ceea ce recomandă

utilizarea acestor echipamente în zone cu intensitate moderată a radiaţiei solare.

Dezavantajul acestor colectori, este reprezentat de costul ridicat şi de necesitatea

asigurării unui contact termic foarte bun între condensator şi agentul termic din conducta

colectoare a instalaţiei solare. [4]

Aplicatii ale captatoarelor solare

a) producerea apei calde

O locuinţă tipică pentru patru persoane foloseşte cca. 3.000 kWh de energie pentru a

asigura apă caldă. Aceasta reprezintă cca. 20% din totalul energiei utilizate anual de locuinţa

respectivă. Din cauza variaţiei diurne şi sezoniere a luminii solare, încălzitoarele solare de apă

pot asigura în general 50% din necesarul anual de apă caldă menajeră în Europa centrală, mai

puţin în Europa de nord şi cca. 2/3 în Europa de sud.

Cea mai utilizată metodă de a asigura în mod continuu apa caldă este aceea de a folosi

un rezervor de stocare a apei calde şi o instalaţie de încălzire secundară care să intre în

funcţiune atunci când lumina solară este insuficientă, în special în lunile de iarnă.

Un sistem tipic de încălzire a apei este prezentat în Figura 3.9. Aceasta arată

colectorul solar, rezervorul de apă caldă şi sistemul de ţevi asociat. Apa care curge prin

colectorul solar este încălzită şi trece în rezervorul prin intermediul unui schimbător de

căldură reprezentat ca o serpentină. Apa caldă cedează căldura şi se răceşte în contact cu apa

rece care intră în rezervor. Apa răcită se întoarce în colector pentru a se încălzi din nou prin

parcurgerea reţelei de ţevi ale colectorului expus la lumia solară. Acesta este un sistem

indirect care permite ca apa din colectorul solar să fie amestecată cu lichid antigel care să

prevină îngheţul în timpul zilelor geroase. În Europa de sud, unde este improbabil să se

producă îngheţ, apa caldă pate fi utilizată direct.

Fig. 3.9 Un sistem tipic de încălzire a apei cu energie solară

Lumină solară

Colector solar

Apă rece

Apă caldă

Sistem secundar de încălzire

Rezervor de stocare

pompăApă rece

Apă caldă

În general colectoarele solare se conectează la reţeaua de apă caldă existentă în

locuinţă care stă inactivă atâta timp cât apa venind de la colectoarele solare este mai caldă

decât cea din instalaţia interioară. Când temperatura apei din colectoare scade sub temperatura

celei din instalaţia interioară, boilerul pe gaz, electric sau pe biomasă intră automat în

funcţiune pentru a menţine o temperatură prestabilită. Încălzitoarele de apă solare de mare

eficienţă, pot asigura apă caldă şi încălzire bazată pe apă caldă pentru centre comerciale şi

industrie.

Există şi alte tipuri de colectoare solare cum ar fi cele parabolice care pot concentra

lumina solară pentru a produce apă pentru procese industriale. [8]

b) Tehnologia solara pentru incalzirea piscinelor

Instalatia solara destinata incalzirii apei piscinelor este cea mai eficienta solutie pentru

obtinerea si mentinerea unei temperaturi placute de 24-29C (chiar in zilele noroase) si implicit

extinderea timpului anual de utilizare al piscinelor.

Solutia este fezabila atat pentru segmentul hotelier, rezidential dar si pentru piscinele

profesionale (1996 Olimpiada de la Atlanta-piscinele au fost incalzite cu sisteme solare).

Volumul mare de apa , diferentele de temperatura zi-noapte , fac din incalzirea apei destinata

piscinei un consumator important.Pe perioada verilor fierbinti sistemul poate fi utilizat pentru

racirea apei pe perioada noptii!

Fig. 3.10. Sistem de incalzire a piscinelor folosind captatoare solare

Sistemul de incalzire este foarte simplu de integrat intr-o solutie deja existenta

deoarece foloseste aceiasi pompa care este destinata filtrarii apei.

Exista doua solutii :

folosirea unui sistem destinat exclusiv incalzirii piscinelor , in care apa din

piscina circula prin colectoarele solare. Acest sistem are dezavantajul ca pe

perioada iernii apa trebuie eliminata din panouri pt a preveni inghetul.

sistem complex care integreaza incalzirea spatiilor in perioada iernii si apa

piscinei vara.In acest sistem, apa se incalzeste intr-un schimbator de

caldura.Avantajul aceste instalatii este ca poate fi folosit optim pe toata

perioada anului.

Empiric se poate dimensiona suprafata panourilor solare la 50-60 % din suprafata

piscinei. Pentru piscinele care au prevazut un timer pentru perioada de flitrare acesta se

seteaza pentru perioada diurna realizandu-se in acelasi timp filtrarea si incalzirea piscinei.

Atentie la alegerea solutiei deoarece materialul din care sunt fabricate panourile solare poate

fi corodat de compozitia chimica folosita la tratarea apei (nivelul pH sub 7.2)!

Montajul panourilor pe acoperis reduce incalzirea aticului si implicit costurile de racirea ale

casei .Tot empiric se recomanda pozitionarea panourilor la un unghi egal cu latitudinea -10

(15) grade. [1]

4. Pompe de caldura

O pompă de căldură este un sistem capabil să extragă căldura cu valoare redusă din

aer, sol sau apă şi să o concentreze pentru a asigura căldură utilă pentru încălzirea spaţiilor şi

apei. Energia electrică este necesară doar pentru concentrarea acestei călduri în aşa fel încât să

se poată produce o temperatură de ieşire de patru ori mai mare decât cea de intrare. Pompele

de căldură (în ciuda denumirii lor) pot să producă şi răcirea spaţiilor în timpul verii. În acest

proces, căldura de valoare mare este extrasă din clădire şi convertită în căldură de valoare

mică ce poate fi difuzată înapoi în sol sau atmosferă. Astfel, un singur sistem poate produce

încălzirea spaţiului, răcirea acestuia şi apă caldă de consum.

Folosind pompele de caldura, 80% din energia termica necesara unui imobil poate fi

obtinuta din sol.

Prin pompa de caldura circula un agent termic intern HFC (hidroflorcarburi) care nu

contine clor . Compresorul absoarbe din vaporizator vaporii de agent termic intern (HFC) pe

care ii comprima si ii transforma in lichid. Prin comprimare creste temperatura agentului

intern. In condensator este montat un schimbator de caldura, agentul termic intern cedeaza o

parte din caldura agentului B si trece in stare lichida spre detentor. In detentor presiunea

agentului

termic intern scade pana la vaporizare si se produce o racire substantiala a vaporilor. In

evaporator care este al doilea schimbator de caldura, vaporii( se incalzesc) absorb caldura de

la agentul termic A (se raceste), dupa care sunt absorbiti de compresor si ciclul continua,

rezultatul fiind incalzirea agentului b si racirea agentului A.

Daca consideram modul explicat mai sus ca functionare in regim de incalzire atunci

pentru a racii agentul termic B (functionare in regim de racire) este suficient sa inversam

sensul de functionare al compresorului. Aceasta proprietate a pompelor de caldura se numeste

reversibilitate. Practic acest lucru se realizeaza cu un robinet cu patru cai care inverseaza

legarurile hidraulice ale compresorului.

Clasificarea pompelor de caldura:

- pompa de caldura apa apa : apa din panzele freatice de suprafata este circulata prin

pompa de caldura unde se extrage energia prin racirea apei si este refulata inapoi in pinza

freatica.

- pompa de caldura sol apa: extrage energia din caldura pamintului de la 2-3 m

adincime prin intermediul unei retele de tevi prin care circula apa racita de pompa de caldura

sau prin sonde (schimbatoare de caldura ) introduse in sol la adincimi mai mari.

- pompa de caldura aer apa : extrage energia din caldura aerului inconjurator. In

prezent pompele pot functiona pana la o temperatura ext de -20oC

Avantajele utilizarii pompei de caldura:

- asigura incalzirea, apa calda menajera si climatizarea spatiilor

energia furnizata are un cost de 3 la 5 ori mai mic decit energia electrica consumata

este energie regenerabila nepoluanta

Electricitatea şi căldura cu valoare redusă sunt disponibile din diverse surse

Sistemele de pompe de căldură se produc în toate variantele de mărime: de la cele

necesare încălzirii unei singure camere până la mai multe camere sau mai multe locuinţe

Anumite sisteme sunt reversibile, putând asigura atât încălzire cât şi răcire

Electricitatea necesară exploatării pompelor de căldură poate fi din surse regenerabile

Refrigerenţii naturali încep să fie tot mai utilizaţi, aceştia având un impact de mediu

egal cu zero sau unul foarte redus

Sistemele au eficienţă ridicată şi de aceea au costuri de operare foarte mici.

Dezavantajele pompelor de caldura:

spaţiul ocupat dacă este folosit ca sursă solul

eficienţa scade cu scăderea temperaturii aerului în cazul sistemelor cu sursă aer

costuri iniţiale ridicate

refrigerentul trebuie să fie recuperat la sfîrşitul duratei de viaţă a sistemului

5. Sistemele de racire geotermala:

Sistemele de racire geotermala sol-apa

Principiul de functionare al acestor sisteme de racire geotermala sol-apa este

asemanator pompelor de caldura, diferenta fiind in ceea ce acestea asigura, adica racirea.

Aceste echipamente de racire geotermala sol-apa colecteaza energia (frigul) din sol cu

ajutorul unor circuite inchise de tevi in care circula un agent de transfer termic (apa).

Acest lichid se pompeaza prin aceste circuite de tevi in sol unde parcurgind traseul de tevi

dispuse in sol, se raceste la cca. 10ºC- 15ºC. Temperatura agentului de transfer termic se va

ceda prin-un schimbatorul de caldura catre sistemul de racire din casa ( racire in tavan, in

perete, ventiloconvectoare, etc ). In timpul cedarii energiei catre schimbatorul de caldura,

lichidul din tevi se va incalzi din nou, ciclul de racire incepand din nou, si astfel caldura este

preluata din incaperi de catre sistemele de distributie a energiei din pereti, tavan sau

ventiloconvectoare si transferata in pamint.

Circuitul inchis de tevi se poate introduce in pamint in plan orizontal (colectoare

geotermale orizontale), sau in plan vertical ( sonde geotermale). Alegerea solutiei optime se

face pe baza posibilitatilor de la fata locului. In cazul in care avem la dispozitie suprafata de

teren necesara, unde sa amplasam colectoare geotermale orizontale, este recomandabil sa

optam pentru aceasta solutie, in caz contrar insa va trebuii sa optam pentru sonde geotermale

verticale.

Pentru a nu se produce condens pe suprafetele de transfer termic, se apeleaza la o

unitate de monitorizare a punctului de roua.

Sistemele de racire geotermala apa-apa

In cazul utilizarii sistemelor de racire geotermala apa-apa trebuie analizata cu mare

atentie atat commpozitia cit si cantitatea apei ce o avem la dispozitie. In cazul apelor murdare

sau necorespunzatoare din punct de vedere al compozitiei, se va folosi un schimbator de

caldura auxiliar sau si un rezervor separator de gaze.

Pentru implementarea acestui sistem avem nevoie de doua puturi. Unul va fi sursa de

apa, iar celalat put va fi folosit la deversarea apei calde din sistemul de racire. Din experienta

se constata, ca acolo unde gasim cantitatea de apa cu destula usurinta, acolo avem probleme

cu deversarea ei, din cauza nivelelor ridicate a apei din sol. In aceste cazuri suntem nevoiti sa

foram mai multe puturi de mai mica adincime pentru a se putea deversa cantitatea de apa

folosita. Distanta minima dintre putul de sursa si putul de deversare trebuie sa fie de cel putin

10 m, dar se recomanda o distanta de 15m. La acest sistem se pot folosi si fintini sapate, deja

existente. La forarea puturilor trebuie avuta mare grija ca apa scoasa dintr-un strat freatic sa

ajunga inapoi in acelasi strat. Nu se poate amesteca apa din diferite straturi freatice.

Sunt 4 criterii de baza pe baza carora se poate opta la adoptarea aceste variante ( aceleasi ca si

in cazul pompelor de caldura apa-apa)

Sa fie disponibila cantitatea de apa necesara, in cazul caselor cca 3-5 m³/h.

Calitatea apei sa fie potrivita utilizarii ca sursa de energie (trebuie analizata sa nu

prezinte acumulari de gaze, sau substante dizolvate cum ar fii HCO3; Fe²+ , Fe³+, etc.)

Temperatura apei nu pota sa scada sub 7°C nici pe timp de iarna. Pe partea de admisie

a apei trebuie instalata un filtru care sa nu permita trecerea particulelor mai mari de 1 mm. In

cazul apelor cu continut ridicat de gaze, se va folosi un rezervor de aerisire.

Adincimea fintinii ( de unde absorbim apa) sa nu fie mai mare de 15-20 m, in caz

contrar cheltuielile de pompare o sa consume economiile realizate datorita randamentului mai

ridicat al acestor pompe submersibile.

In acest caz rolul agentului frigorific este preluata de apa din fantana, care se

pompeaza in agregatul de racire geotermala apa-apa, unde in timpul cedarii energiei catre

schimbatorul de caldura, apa din fantana ( 10º - 15º) se va incalzi si va fi deversata in fantana

de deversare. Astfel caldura preluata din incaperi de catre sistemele de distributie a energiei

din pereti, tavan sau ventiloconvectoare si transferata in pamint.

Pentru a nu se produce condens pe suprafetele de transfer termic, se apeleaza la o unitate de

monitorizare a punctului de roua.

Sistemele de racire geotermale “geotherm” prezentate mai sus sunt utilizabile in orice

situatie, de la racirea unei singure incaperi si pana la hale industriale, gama de puteri

permitand acest lucru. Racirea incintelor se poate realiza prin racirea suprafetelor – racire in

perete, racire in tavan – sau prin ventiloconvectoare. Se poate climatiza prin aceasta

modalitate chiar si o camera, doua sau intreaga casa.

Avantaje

Avantajul primordial este ca pot beneficia de aceasta modalitate de climatizare si cei

care aleg solutii de incalzire diferite de pompe de caldura, cum ar fi centralele pe lemne,

centralele cu pellet, centralele electrice, pe gaze, etc. Aceasta solutie pana acuma  era

accesibila ca o functie optionala a pompelor de caldura.

Un alt avantaj al acestor sisteme de racire geotermale consta in consumul de energie

electrica extrem de mic, prin faptul ca datorita racirii suprafetelor ( racire in perete, racire in

tavan )  randamentul lor este foarte ridicat. Totodata sunt si ecologice deoarece nu necesita

agent frigorific ( gaz R404, R407, etc ) iar datorita consumului redus de energie scade

poluarea mediului prin scaderea emisiilor de gaze nocive din procesul de productie al energiei

electrice.[9]

6. Incalzirea/racirea suprafetelor

6.1. Incalzirea prin pardoseala folosita impreuna cu o pompa de caldura sau o

centrala pe gaz in condensatie, ofera o economie de energie de pana la 40% fata de un sistem

conventional cu radiatoare.

Incalzirea prin pardoseala este o forma de incalzire centralizata care utilizeaza atat

fenomenul de conductie cat si cel de radiatie termica, spre deosebire de sistemul clasic de

incalzire cu radiatoare, care utilizeaza in principal fenomenul de convectie.

In principal sistemele de incalzire prin pardoseala se impart in doua categorii:

Cu conducte prin care este recirculat un agent termic furnizat de o centrala

termica

Cu cablu electric alimentat cu energie electrica.

Avantaje:

incalzirea prin radiatie este superioara metodelor de incalzire prin convectie

deoarece acestea lasa aerul cald sa stea in partea de sus a camerei, iar corpul uman se

incalzeste incepand de la cap, in timp ce membrele inferioare raman reci.

incalzirea prin pardoseala este perceputa ca o incalzire naturala, picioarele fiind

incalzite primele si apoi partea superioara a corpului.

din punct de vedere estetic incalzirea prin pardoseala este invizibila si nu necesita

nici un fel de intretinere. Toate materialele moderne folosite garanteaza o durata de viata

mare, fara interventii.

din punct de vedere al costurilor de exploatare, incalzirea prin pardoseala poate

fi cu pana la 40% mai economica, daca este folosita impreuna cu o centrala termica in

condensatie sau cu panouri solare. In cazul functionarii cu un sistem clasic de furnizare

a agentului termic se poate obtine o economie de pana la 20%. Economia de energie

provine din folosirea eficienta a caldurii si in loc sa incalzim aerul care sta lipit de tavan

si nu intra in contact cu corpul nostru, incalzim exact spatiul destinat corpului.

datorita transferului termic foarte mic prin intermediul fenomenului de

convectie, incalzirea prin pardoseala nu antreneaza praful si alergenii

Dezavantaje:

incalzirea prin pardoseala necesita mai multa manopera decat o instalatie

clasica.

Cladirile in care se doreste instalarea unui sistem de incalzire prin pardoseala

fara alt aport de energie termica (radiatoare) trebuie sa fie foarte bine izolate.

in cazul renovarilor trebuie luata in calcul inaltimea suplimentara a sistemului

deincalzire.

Trebuie avut in vedere inca din faza de proiectare stratul de finisaj, deoarece

acesta determina radical modul de amplasare si diametrul tevilor. De exemplu gresia are

un coeficient de transfer termic mare si nu opune rezistenta incalzirii, dar parchetul din

lemn masiv are un coeficient de transfer termic foarte mic, fiind un bun izolator termic.

Daca mare parte din suprafata parodselei este ocupata de mobila de ex, exista

posibilitatea ca suprafata care ramane libera sa nu fie suficienta pentru a acoperii

necesarul de energie pentru incalzire, si atunci sistemul trebuie suplimentat ori cu

incalzire prin pereti (similara cu incalzirea prin pardoseala) ori cu radiatoare clasice.

Fig. 6.1. Modul de realizare a sistemului de incalzire a pardoselii

6.2. Unitati de racire ale tavanului - chilleri – apa este utilizata ca agent de racire

Tehnologia de racire poate fi suspendata de tavan sau integrata in planseul de beton. Acelasi

tip de tehnologie poate fi utilizata in pardoseala.[10]

Fig. 6.2. Modul de amplasare a unitatilor de racire ale tavanului

6.3 Pereţii Trombe

Trombe este numele unui inginer francez care a popularizat acest tip de construcţie în

anii ´60. Un perete Trombe este un perete negru sau închis, care foloseşte efectul de seră cu o

sticlă plasată la câţiva centimetri în faţa sa pentru a forma un spaţiu cu aer. Exteriorul

peretelui se încălzeşte de la soare şi acesta încălzeşte aerul din faţa lui. Deschiderile din partea

de sus şi de jos a peretelui de depozitare termică permit un transfer de convecţie a căldurii din

cavitatea de aer încălzită în interiorul camerei. La asfinţit, deschiderile sunt închise pentru a

evita o mişcare inversă a aerului care ar răci locuinţa. Cu o proiectare adecvată a peretelui

(culoare, deschideri, materiale, grosime) el va rămâne cald o perioadă după apus, oferind

confort în interiorul locuinţei.

Fig. 6.3.1. Principiul peretelui Trombe

Perete Trombe ventilatPerete Trombe

Fig. 6.3.2. Case cu pereţi Trombe în Odeillo, Franţa

6.4. Ferestre ventilate

Ferestrele ventilate combină caracteristicile unei ferestre cu ale unui perete Trombe.

Aşa cum este ilustrat în Figura 6.4.1., se pune o jaluzea veneţiană între două geamuri de sticlă

având trei deschizături: A, B şi C: două în interior şi una în exterior. Foile jaluzelei sunt negre

pe o parte şi albe pe cealaltă.

Fig. 6.4.1 Fereastra ventilată

spaţiul camerei

iarna

geam de sticlă interior

geam de sticlă exterior

vara

jaluzea veneţiană

perete

C

A B

perete

Fig. 6.4.2. O fereastră ventilată

Pentru a fi eficiente, ferestrele ventilate trebuie să fie orientate spre sud. Dacă

suprafaţa neagră a jaluzelelor este spre soare, aerul dintre geamuri este încălzit. Iarna, cu

deschizătura A deschisă şi B închisă, aerul cald iese prin deschizătura A împingând aerul rece

afară din cameră prin C pentru a fi încălzit.

Vara, deschizătura A este închisă şi aerul cald iese prin B scoţând aerul din cameră

prin C. Această ventilare naturală poate fi completată în timpul verii prin deschiderea

ferestrelor şi balcoanelor pe partea mai răcoroasă a clădirii.

7. Ventilarea şi recuperarea căldurii

Sistemul de ventilare din clădirile pasive energetic, are în primul rând rolul de a

asigura aerul proaspăt necesar menţinerii parametrilor de calitate a aerului interior. În clădirile

pasive energetic, schimbarea aerului viciat, nu se realizează prin aerisire ci prin intermediul

unui sistem eficient de ventilare.

În vederea reducerii necesarului de căldură pentru acoperirea pierderilor prin ventilare,

acest sistem trebuie să fie prevăzut cu un dispozitiv foarte eficient de recuperarea căldurii, de

tipul celui prezentat în figura de mai jos:

Fig. 7.1. Echipament de recuperarea căldurii în sistemul de ventilare

Echipamentele de acest tip, existente pe piată, permit recuperarea a minim 75% din

căldura evacuată de sistemul de ventilare, dar există şi construcţii care pot recupera până la

98% din această căldură. Modul de amplasare a recuperatorului de căldură în sistemul de

ventilare, este prezentat în figura urmatoare.

Fig. 7.2. Sistemul de ventilare al unei case pasive energetic

Sistemului de ventilare, trebuie să asigure conform DIN 1946, un debit minim de aer

proaspăt V =30m3/h/pers=0,00833m3/s/pers.

Recuperatoarele de caldura aduc in interior aer proaspat din exterior, pre-incalzit in

timpul iernii sau pre-racit in timpul verii. Acestea asigura aer proapat pe tot parcursul zilei

recuperand energia ce s-ar fi pierdut prin ventilatie conventionala.

Aerul proaspat din exterior este absorbit prin intermediul unor conducte, este filtrat si

apoi trecut printr-un schimbator de caldura inainte de a fi introdus in camera. In acelasi timp

aerul din incapere este si el absorbit si trecut print-o alta intrare a aceluiasi schimbator de

caldura, recuperandu-se astfel pana la 85% din energia termica a acestuia. Cele doua fluxuri

de aer nu se combina niciodata, energia fiind transferata prin intermediul schimbatorului de

caldura.

Prin filtrarea aerului proaspat introdus in camera se pot retine pana la 98% din

particolele poluante. In functie de tipul filtrarii se pot utiliza tratamente cu ultraviolete sau

serpentine antimicrobiene. Pe langa filtrare aerul poate fi si umidificat daca este nevoie.

Recuperatoarele de caldura folosesc echivalentul energiei electrice al unui bec de 100W.

Cladirile foate bine izolate reduc cheltuielile de exploatare prin mentinerea caldurii

sau a aerului rece cat mai mult timp. Dar in acelasi timp fara o ventilatie adecvata, umiditatea

si agentii poluanti din aer pot creea disconfort persoanelor din incapere. Umezeala din

incapere poate cauza pagube cladirii prin formarea de condens pe geamuri, tamplarie, pereti,

ducand la aparitia mucegaiului si a igrasiei.

Aerul care intra pe fereastra nu este filtrat, iar energia termica acumulata de aerul care

se evacueaza, se pierde. Unitatile de recuperare a caldurii sunt proiectate sa:

- aduca aer proaspat in incapere cand doriti si cat doriti,

- curete aerul proaspat care este introdus in incapere,

- evacueze aerul umed si statut din incapere

- recupereze pana la 85% din energia termica acumulata in aerul evacuat.

Condensul este cauzat de umiditarea relativa ridicata din incapere si se produce in

general in perioadele de iarna cand diferenta de temperatura dintre interior si exterior este

mare. In acest caz o unitate de ventilatie cu recuperare de caldura asigura o scadere a

umiditatii relative din aer, prin aportul de aer proaspat din exterior, fara a pierde mare parte

din caldura acumulta deja in aerul din camera.

Astfel cu un consum energetic scazut se obtine atat aer proaspat, umiditate scazuta si

nu se pierd bani prin reincalzirea aerului proaspat introdus in incapere. Unitatea de ventilatie

cu recuperare de caldura poate fi setata sa functioneze la parametrii si durata dorite de

utilizator.

O unitate de ventilatie cu recuperare de caldura nu creeaza vacuum partial in incapere

deoarece nu extrage mai mult aer din incapere decat introduce. De asemenea sistemele de

evacuare arunca pur si simplu energia acumulata in aerul evacuat.

Unitatea de ventilatie cu recuperare de caldura transfera aceasta energie inapoi aerului

proaspat introdus in incapere. Aerul conditionat nu este suficient pentru improspatarea aerului

din incapere. Aerul conditionat clasic in sistem “split” nu are aport de aer proaspat. Acestea

sunt doar niste pompe de caldura aer – aer. O unitate de ventilatie cu recuperare de caldura

este complementara unui sistem de aer conditionat. In timp ce unitatea AC raceste aerul din

camera, unitatea HRV aduce aer proaspat in exterior, filtrat si apoi racit cu aerul deja rece

care se evacueaza in acelasi timp din incapere. [4]

Bibliografie:

[1] www.solarzone.ro

[2] http://www.ecomagazin.ro

[3] http://www.pvresources.com/

[4] http://www.termo.utcluj.ro

[5] www.viessmann.com

[6] http://www.saltes.ro

[7] www.solarserver.de

[8] http://www.kyotoinhome.info/

[9] http://www.geotherm.ro

[10] „Eco-tech” – note de curs – prof. dr. arh. Cristina Victoria Ochinciuc

[11] www.lpelectric.ro

[12] „Energii regenerabile . Sisteme de utilizare a energiei electrice obtinute

din energie eoliana” , editura UT PRES, 2007 - Prof. dr. ing. Mugur Balan,

Universitatea Tehnica din Cluj Napoca

[13] „Energii regenerabile. Sisteme de utilizare a energiei electrice obtinute

prin efect fotovoltaic”, editura UT PRES, 2007 - Prof. dr. ing. Mugur

Balan, Universitatea Tehnica din Cluj Napoca