Teza Doctorat Anca Ionescu

7/29/2019 Teza Doctorat Anca Ionescu

1/144

Cercetri privind consumul de energie pentru climatizarea cldirilor

1

Universitatea Tehnicade Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII

BUCURETIFacultatea de Inginerie a Instalaiilor

TEZ DE DOCTORAT

Cercetri privind consumul de energiepentru climatizarea cldirilor

Doctorand

Ing.Anca Maria IONESCUConductor tiinific

Prof.univ.dr.ing. Iolanda COLDA

BUCURETI2011


2/144


2

Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe ntreagaperioad a stagiului de pregtire doctoral de burs atribuitprin proiectul Burse doctorale pentru ingineria mediuluiconstruit, codPOSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB,proiect

derulat n cadrulProgramului Operaional Sectorial DezvoltareaResurselor Umane,finanat din Fondurile Structurale Europene,din Bugetul naional i cofinanat de ctre UTCB.


3/144


3

MULUMIRI

Doresc, n primul rnd, s adresez ntreaga mea recunotin i consideraie

conductorului meu tiinific, Prof. Univ. Dr. Ing. Iolanda COLDA, care m-a ndrumat cu

profesionalism i tact pedagogic pe durata pregtirii doctorale i care m-a susinut n momentele

grele. i mulumesc pentru ncrederea, sprijinul i atenta ndrumare pe care mi le-a oferit n toi

aceti ani.

Le mulumesc distinilor profesori membri ai comisiei de doctorat: domnului Prof. Univ.

Dr. Ing. erban LAZR preedinte Decan, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti,

doamnei Prof. Univ. Dr. Ing. Iolanda COLDA conductor tiinific membru Universitatea

Tehnic de Construcii Bucureti, domnului Conf. Univ. Dr. Ing. Vasilic CIOCAN referent

membru Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din Iai, doamnei Conf. Univ. Dr. Ing.

Marina VERDE referent membru Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din Iai,

domnului Conf. Univ. Dr. Ing. Andrei DAMIAN referent membru Universitatea Tehnic

de Construcii Bucureti, pentru faptul c au acceptat s fac parte din comisia de doctorat i

pentru sugestiile constructive fcute n urma analizrii tezei mele, care au ajutat la mbuntirea

coninutului tezei.

De asemenea doresc s mulumesc doamnei ef de Lucrri Dr. Ing. Andreea VARTIRES

pentru ndrumarea i sprijinul acordat n realizarea tezei.

Mulumesc tuturor profesorilor mei i Universitii Tehnice de Construcii Bucureti care

au contribuit la formarea mea profesional i tiinific.

Mulumesc din inim familiei i tuturor celor apropiai care m-au sprijinit i m-au

ncurajat pe ntreaga perioad de desfurare a doctoratului.

Anca Maria IONESCU


4/144


4

CUPRINS

Capitolul 1 : PROBLEMATICA GENERAL REFERITOARE LA CONSUMUL DE

ENERGIE DIN CLDIRI

I.1. Cadrul legislativ

I.2. Obiectivul lucrrii

I.3. Descrierea cldirii i a elementelor de anvelop

I.4. Condiiile de confort i calitatea aerului

I.5. Necesarul de energie la nivelul cldirii

I.5.1. Transferul de cldur

I.5.2. Aporturile interioare de caldura

I.6. Consumul de energie n cldiriI.7. Datele climatice

I.8. Sistemul de rcire

Capitolul 2 : CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA

CLDIRILOR PRIN CALCUL LUNAR

II.1. Descrierea general a metodei de calcul

II.1.1. Transferul de cldur

II.1.2. Aporturile interioare de cldurII.1.3. Perioada de racire

II.1.4. Situaia rcirii intermitente

II.2. Ipoteze de calcul

II.2.1. Ipoteze legate de cldire

II.2.2. Programul de funcionare

II.3. Studii de caz

II.3.1. Cazul 1 de referin - Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura

interioar de calculII.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura exterioar

II.3.3. Cazul 3: Variaia numarului de ocupani

II.3.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatur variabil

II.4. Comparaie ntre cazuri i concluzii


5/144


5


CLDIRILOR PRIN METODE DINAMICE SIMPLIFICATE

III.1. Metoda orar bazat pe analogia termo-electric

III.1.1 Rezolvarea ecuaiei cldurii prin metoda diferenelor finite. Aplicarea

analogiei electrice pentru un perete omogen.

III.1.2. Comentarii privind metoda de calcul analogic

III.2. Programul CoDyBa

III.2.1. Descrierea general a programului de simulare

III.2.2. Aplicarea analogiei electrice pentru programul CoDyBa

III.2.3. Introducerea datelor de intrare n program

III.3. Studii de caz

III.3.1. Cazul 1 de referin - Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura

interioar de calcul

III.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura exterioar

III.3.3. Cazul 3: Variaia numarului de ocupani

III.4. Compararea rezultatelor cu cele obinute prin calcul lunar


CLDIRILOR PRIN METODE DINAMICE AVANSATE

IV.1. Programul Trnsys

IV.1.1. Descrierea general a programului de simulare

IV.1.2. Avantajele programului

IV.1.3. Introducerea datelor de intrare n program

IV.2. Studii de caz

IV.2.1. Cazul 1 de referin - Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura

interioar de calcul

IV.2.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura exterioar

IV.2.3. Cazul 3: Variaia numarului de ocupani

IV.2.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspt este introdus cu temperatur variabil

IV.3. Compararea rezultatelor cu cele obinute prin calcul lunar

Capitolul 5: CONCLUZII,CONTRIBUII PERSONALE,DIRECII DE CERCETARE

BIBLIOGRAFIE


6/144


6

Capitolul 1

PROBLEMATICA GENERAL REFERITOARE LA CONSUMUL

DE ENERGIE DIN CLDIRI

I.1. Cadrul legislativ

n contextul schimbrilor pe plan climatic i diminurii rezervelor de combustibili fosili,

scderea consumului de energie a devenit un obiectiv important al ri lor din Uniunea

European, printre care i Romnia. Pentru a ndeplini acest obiectiv s -au elaborat o serie de

msuri legislative care au drept int limitarea consumului de energie.Cldirile sunt responsabile pentru 40% din totalul consumului de energie n Uniunea

European. Sectorul construciilor se afl n expansiune, ceea ce va duce la creterea consumului

de energie. Prin urmare, reducerea consumului de energie i utilizarea energiei din surse

regenerabile n sectorul cldirilor constituie msuri importante necesare pentru reducerea

dependenei energetice a Uniunii i a emisiilor de gaze cu efect de ser. [34]

Pe plan european

Cuantificarea consumului de energie are o importan major deoarece, pn la 31decembrie 2020, toate cldirile noi construite n UE vor trebui s produc aceeai cantitate de

energie pe care o consum, adic vor fi cldiri al cror consum de energie este aproape egal cu

zero, conform legislatiei adoptate de Parlamentul European. [34] Intervalul pe care sa face

calculul va fi de un an.

n Carta Verde (COM 769) din 29 noiembrie 2000, Pentru o Strategie European n

Aprovizonarea cu Energie, Comisia UE a stabilit trei aspecte legate de necesitatea promovrii

economisirii de energie:

- securitatea aprovizionrii cu energie, dac nu se iau msuri, dependena de import va atinge70% n 2030, fa de 50% n prezent,

- problemele de mediu sunt din ce n ce mai accentuate, iar 94% din producia de emisii de

gaze are loc n procesele de producere i utilizare a energiei,

- UE are o influen limitat asupra condiiilor de aprovizionare cu energie.


7/144


7

De aceea este necesar s se intervin pe partea necesarului de energie (DSM Demand Side

Management) prin promovarea economiilor de energie n sectoarele cldirilor i

transporturilor.[72]

Sectoarele cldirilor rezideniale i teriare (birouri, spaii comerciale, hoteluri,

restaurante, coli, spitale, sli de sport, piscine interioare) sunt cele mai mari consumatoare finale

de energie, n special, pentru nclzire, iluminat, aparatur electrocasnic i echipamente.

Numeroase studii precum i experiena practic au artat c n aceste sectoare exist un mare

potenial de economisire de energie.

n Carta Verde (COM 769) din 29 noiembrie 2000, Comisia reafirm un obiectiv mai

vechi: n fiecare an, s se imbunteasc intensitatea energetic a consumului final cu 1% mai

mult dect ar fi fost atins n mod normal. inta stabilit este de 9% reducere n consumul final de

energie msurat n cel de-al 9-lea an de aplicare a acestei directive. Pentru sectorul cldirilor,

acest obiectiv ar rezulta n evitarea a 100 Mt/an emisii de CO2 sau aproximativ 20% din

angajamentul UE la Kyoto. [72]

Constannd c promovarea programelor pentru tehnologii noi nu a fost foarte eficient i

c exist diferene considerabilentre nivelurile de performan energetic cerute de standardele

actuale ale statelor membre, Parlamentul European i Consiliul UE au adoptat n decembrie 2002

Directiva 2002/91/EC asupra Performanei Energetice a Cldirilor. Obiectivul principal al

acestei Directive este de a promova mbunatairea performanei energetice a cldirilor n cadrul

UE, sub rezerva unei abordri integrate astfel nct numai msurile eficiente din punct de vedere

economic s fie implementate. Dat fiind durata de via a cldirilor (ntre 50 i 100 ani), cel mai

mare potenial de imbuntire a performanei energetice pe termen scurt i mediu se afl la

cldirile existente. Directiva i propune s stabileasc un cadru care va conduce la o mai bun

coordonare ntre legislaiile statelor membre n acest domeniu. Directiva are n vedere

urmtoarele patru obiective: [33]

- stabilirea unui cadru general pentru o metodo logie comun de calcul a performanei

energetice integrate a cldirilor

- aplicarea unor standarde minime de performan energetic pentru cldirile noi si

anumite cldiri existente (de exemplu, mai mari de 1000 mp), atunci cnd acestea sunt

renovate

- schemele de certificare pentru cldirile noi sau existente pe baza standardelor de mai sus

i expunerea public a certificatelor de performan energetic precum si a temperaturilor


8/144


8

interioare recomandate i a altor factori climatici relevani in cldirile publice i cldirile

frecventate de ctre public. Certificatele trebuie s nu fie mai vechi de 5 ani, sa includ

recomandri privind imbuntirea performanei energetice i s fie disponibile atunci

cnd cldirile sunt vndute sau inchiriate

- inspecii specifice i revizia cazanelor i a instalaiilor de inclzire/rcire: cazanele avnd

o putere nominal intre 10 i 100 kW trebuie inspectate regulat, cazanele avnd o putere

nominal de peste 100 kW trebuie inspectate la interval de 2 ani, inspectarea intregii

instalaii de inclziren cazul n care cazanele sunt mai mari de 10 kW i mai vechi de 15

ani.

Aceast Directiv a fost completat ulterior prin Directiva 2010/31/EC a Parlamentul

European i Consiliul UE privind performana energetic a cldirilor, adoptat la Strasbourg la

19 mai 2010. ncepnd cu 1 februarie 2012, Directiva 31/2010 va nlocui Directiva 91/2002,

aceasta din urm urmnd a fi abrogat. Noua Directiv a aprut datorit necesitii stabilirii unor

aciuni mai concrete, care s vizeze exploatarea marelui potenial, nc nevalorificat, al

economisirii de energie n sectorul cldirilor i reducerea marilor decalaje ntre statele membre n

ceea ce privete rezultatele obinute n acest sector.

Obiectivele Directivei 31 rmn aceleai ca i n cazul Directivei 91, mai sus menionate.

La acestea se adug obligativitatea statelor membre de a elabora planuri naionale pentru

creterea numrului de cldiri al cror consum de energie este aproape egal cu zero. Acest

obiectiv vine n ntmpinarea legislaiei Europene conform creia din 2021 toate cldirile noi

construite vor fi cldiri zero energie iar din 2019 cldirile noi ocupate i deinute de autoritile

publice sunt cldiri al cror consum de energie este aproape egal cu zero. Planurile naionale

trebuie s cuprind printre altele: [34]

- informaii privind politicile i msurile financiare pentru promovarea cldirilor al cror

consum de energie este aproape egal cu zero,

- msurile naionale referitoare la utilizarea energiei din surse regenerabile n cldirile noi

i n cldirile existente care fac obiectul unor renovri majore

- obiective intermediare privind mbunttirea performantei energetice a cldirilor noi,

pn n 2015

- stabilirea unui indicator numeric (exprimat n kWh/m2 pe an) utilizat pentru stabilirea

consumului de energie primar, care se poate baza pe valorile medii anuale naionale sau

regionale i poate ine seama de standardele europene relevante


9/144


9

Aceste planuri naionale sunt transmise periodic Comisiei, care le evaluaz i public un

raport pn la 31 decembrie 2012 i ulterior o dat la trei ani, privind progresele nregistrate de

statele membre privind creterea numrului de cldiri al cror consum de energie este aproape

egal cu zero. Pe baza acestui raport, Comisia elaboreaz un plan de aciune referitor la

transformarea cldirilor existente n cldiri al cror consum de energie este aproape egal cu zero.

Directiva 31/2010 introduce nou conceptul de nivel optim din punct de vedere al

costurilor. Acesta reprezint nivelul de performan energetic care determin cel mai redus

cost pe durata normat de funcionare rmas a unei cldiri sau a unor elemente de cldire.

Pentru a determina nivelul optim din punctul de vedere al costurilor, se face o analiz cost-

beneficiu calculat pe durata normat de funcionare, care trebuie s fie pozitiv.

Pe plan naional

Avnd in vedere atenia deosebit ce se acord pe plan european economiei de energie i

proteciei mediului precum i pentru asigurarea condiiilor de armonizare a reglementrilor

naionale cu cele europene referitoare la cerina de economie de energie, n ultimii ani au fost

elaborate o serie de acte legislative n acest domeniu.

Elaborarea Legii nr. 199/13.11.2000 Legea eficienei energetice, avnd ca scop crearea

cadrului legal pentru elaborarea i aplicarea unei politici naionale de utilizare eficient a

energiei, n conformitate cu prevederea tratatului Cartei Energiei, ale Protocolului Cartei

Energiei privind eficiena energetic i aspectele legate de mediu i cu principiile care stau la

baza dezvoltrii durabile, n cadrul creia se instituie obligaii i stimulente pentru productorii i

consumatorii de energie, n vederea utilizrii eficiente a acesteia.

Elaborarea Normelor metodologice pentru aplicarea Legii 199/2000 privind utilizarea

eficient a energiei, aprobate prin Hotrrea Guvernului Romniei nr. 393/ 18.04.2002, in care se

definesc programele de eficien energetic, societile comerciale de management i servicii

energetice i se specific stimulentele fiscale i financiare pentru activiti care duc la cretereea

eficienei energetice.

Legea 372 din 13.12.2005 privind performana energetic a cldirilor (publicat in

Monitorul Oficial nr. 1 Partea I din 19.12.2005). Aceast lege transpune Directica 2002/91 n

legislaia romneasc. Conform legii, s-a instituit obligativitatea evaluarii performanei

energetice a cldirilor noi i existente, cldirile noi trebuie s se conformeze unor cerinte minime

privind performana energetic. Astfel, performana energetic a cldirilor trebuie s fie calculat


10/144


10

pe baza unei metodologii comune pentru rile europene, bazat pe standardele europene CEN

ISO existente deja sau care vor mai fi elaborate in continuare, dar care poate fi difereniat la

nivel regional, lundu-se ins in consideraie condiiile climatice locale i care, pe lng izolaia

termic include i ali factori cu un rol din ce in ce mai important, cum ar fi instalaiile de

inclzire i de condiionare a aerului, folosirea surselor de energie regenerabila i configuraia

cldirii. Un sistem de certificare a cldirilor va contientiza mult mai bine proprietarii, chiriaii i

utilizatorii aspra nivelurilor de consum de energie. [60]

Pentru realizarea condiiilor de implementare a prevederilor din actele legislative

prezentate mai sus, pe parcursul mai multor ani au fost elaborate o serie de reglementri noi sau

au fost revizuite cele existente. Aceast activitate s-a desfurat pe dou direcii:

- activitate coordonat de MDLPL (n prezent MDRT), in cadrul creia au fost elaborate

reglementri tehnice de tip: normativ, ghid, metodologie, specificaie tehnic, soluii cadru,

- activitate coordonat de ASRO, in cadrul creia au fost adoptate standarde europene ca

standarde romneti.

Printre aceste reglementri tehnice se numr i Metodologia de evaluare a performanei

energetice a unei cldiri MC001, reglementat prin OM 157/2007; aceasta transpunen Romnia

prevederile Directivei 2002/91/CE conform Legii nr. 372/2005 privind performana energetic a

cldirilor. Normativul menionat este compus din trei pri: metodologia de determinare a

caracteristicilor hidro-termo-energetice ale elementelor cae alctuiesc anvelopa cldirii,

metodologia de analiz a instalaiilor i echipamentelor cldirii i metoda de ntocmire a

auditului energetic al cldirii i a certificatului de performan energetic a cldirii.

Ulterior, Ordinul 1071/16.12.2009 modific i completeaz OM 157/2007, adugnd nc

dou pri Metodologiei de calcul, i anume: partea IV Breviar de calcul al performanei

energetice a cldirilor i apartamentelor, indicativ MC001/4-2009, i partea V Model certificat

de peforman energetic al apartamentului, indicativ MC001/5-2009. Astfel, metodologia este

structurat la ora actual pe cinci pri.

Obiectivele propuse de statele membre UE vor contribui la crearea de condiii uniforme

pentru eforturile de economisire a energiei fcute n sectorul construciilor i vor oferi

eventualilor proprietari sau utilizatori transparen n ceea ce privete performana energetic pe

piaa de proprieti imobiliare a Comunitaii Europene. Astfel:


11/144


11

- Cldirile noi vor trebui s respecte cerinele de baz privind performana energetic

adaptate climatului local.

- innd seama de faptul c aplicarea sistemelor de alimentare cu energie alternativ nu este,

n general, explorat la maxim, va trebui s se analizeze fezabilitatea tehnic, economic i de

mediu a sistemelor de alimentare cu energie alternativ.

- n ultimii ani, numrul sistemelor de condiionare a aerului din rile din sudul Europei a

crescut. Acest lucru creeaz probleme importante in perioadele de vrf, crescnd costul

electricitii i destabiliznd echilibrul energetic din acele ri. Vor trebui dezvoltate n

continuare tehnicile de rcire pasiv pentru a mbuntii condiiile climatice din locuine.

- Controlul consumului de energie la nivelul rilor europene este un instrument important

care i d Comisiei Europene posibilitatea dea influena piaa mondial a energiei i sigurana

alimentrii cu energie pe termen lung i mediu.

Pentru a putea atinge obiectivele propuse, statele membre ale Uniunii Europene s-au

organizat n grupe de lucru cu sarcini precise. Se fac ntlniri periodice n care sunt discutate

rezultatele obinute, la care Romnia a participat cu regularitate ncepnd din decembrie 2005.

Ca urmare a acestor ntlniri, a fost elaborat Metodologia de calcul al performanei energetice a

cldirilorMC001.

I.2. Obiectivul lucrrii

Obiectivul principal al lucrrii l reprezint o analiz aprofundat a metodelor de evaluare

a consumului de energie n cldiri.

Lucrarea i propune pe de-o parte s analizeze bazele teoretice ale acestor metode, cu

scopul de a aproxima ct mai aproape de realitate necesarul de energie pentru rcirea cldirilor.

n cadrul acestei analize s-au utilizat metode de calcul legiferate ale consumului de energie, i

anume metoda lunar i metode orare. Prima metod este metoda de calcul lunar, metod

reglementar cuprins n Metodologia de calcul naional MC001, "Metodologia de calcul al

performantei energetice a cladirilor". Cea de-a doua metod este metoda de calcul orar

simplificat, simulat cu programul CoDyBa. Cea de-a treia metod este metoda de calcul orar

avansat, simulat cu programul Trnsys.


12/144


12

Pe de alt parte, teza de fa are ca scop s evidenieze, prin studii de caz, probleme mai

puin cunoscute i studiate care influeneaz consumul de energie, cum ar fi densitatea de

ocupare a spaiilor, debitele de aer proaspt i stragia de ventilare. Studiile de caz studiate au fost

astfel alese nct s se pun n eviden aceste influene.

Pentru a evidenia diferitele aspecte luate n calcul de fiecare dintre metodele de evaluare

a energiei necesare rcirii, s-au variat pe rnd anumii parametri reprezentativi de intrare, cum ar

fi temperatura de introducere a aerului proaspt i numrul de ocupani. S -a fcut o comparaie

ntre aceste situaii pentru a putea vedea n ce msur aceti parametri influeneaz consumul de

energie. Se pot astfel gsi soluii n cunotin de cauz pentru a reduce aproximrile inerente

unei metode cu pas mare de timp. O serie de lucrri au artat n ce msur crete incertitudinea

valorilor obinute prin metode cu pas de o lun sau de un sezon, dar din punct de vedere practic,

aceste metode sunt cele preferate de aplicani datorit simplitii i rapiditii de calcul.

Att calculul lunar ct i cel orar s-au fcut pentru climatizarea unei zone dintr-o cldiri

de birouri (cldire monozon), pentru perioada sezonului de rcire, n condiiile de asigurare a

temperaturii interioare de confort de 25C.

Metodele utilizate pentru calculul energiei necesare rcirii cldirii se aplic pentru cldiri

climatizate fr controlul umiditii interioare.

Necesarul de rcire se calculeaz pentru ntreaga perioada de rcire determinat, n cazul

metodei lunare nsumnd valorile obinute pentru fiecare lun. n cazul metodelor orare,

programul CoDyBa i programul Trnsys nsumeaz valorile obinute or de or, indicnd la final

consumul total de energie.

I.3. Descrierea cldirii i a elementelor de anvelop

n acest subcapitol sunt definii termenii care intr n calculele de la capitolele 2, 3 i 4, cu

relaiile lor de calcul i semnificaia lor, din punct de vedere teoretic, fr valori numerice.

Anvelopa unei cldiri este alctuit dintr-o serie de suprafee prin care are loc transfer

termic. Definirea geometriei cldirii cu elementele de construcie componente este esenial

naintea nceperii unui calcul de consum de energie, att prin metode clasice ct i cu programe

de simulare. Elemente componente ale anvelopei cldirii se pot clasifica dup cum urmeaz,

conform [68]:


13/144


13

- clasificare n raport cu poziia n cadrul sistemului cldire:

elemente exterioare n contact direct cu aerul exterior (ex: pereilor exteriori,

inclusiv suprafaa adiacent rosturilor deschise);

elemente interioare care delimiteaz spaiile nclzite de spaii adiacente

nenclzite sau mai puin nclzite (ex: pereii i planeele care separ volumul

cldirii de spaii adiacente nenclzite sau mult mai puin nclzite, precum i de

spaiul rosturilor nchise);

elemente n contact cu solul;

- clasificare n funcie de tipul elementelor de construcie:

opace (ex: partea opac a pereilor exteriori, inclusiv suprafaa adiacent

rosturilor);

elemente vitrate elemente al cror factor de transmisie luminoas este egal sau

mai mare de 0,05 (de exemplu: componentele transparente i translucide ale

pereilor exteriori i acoperiurilor - ferestre, tmplria exterioar, pereii vitrai

i luminatoarele);

- clasificare n funcie de poziia elementelor de construcie n cadrul anvelopei cldirii:

verticale elemente de construcie care fac un unghi cu planul orizontal mai

mare de 60 grade (ex: pereilor exteriori);

orizontale elemente de construcie care fac un unghi cu planul orizontal mai

mic de 60 grade (de exemplu planeele de peste ultimul nivel, de sub poduri,

planeele de peste pivnie i subsoluri nenclzite, planeele care delimiteaz

cldirea la partea inferioar, fa de mediul exterior - bowindouri, ganguri de

trecere .a).

Aria anvelopei cldirii - A - reprezentnd suma tuturor ariilor elementelor de construcie

perimetrale ale cldirii, prin care are loc transfer termic, se calculeaz cu relaia:

A = Aj [m2] (1.1)

n care :

Aj ariile elementelor de construcie care intr n alctuirea anvelopei cldirii;

Aria anvelopei se calculeaz doar pentru suprafeele interioare ale elementelor de

construcie perimetrale, ignornd existena elementelor de construcie interioare (pereii interiori

i planeele intermediare).


14/144


14

Rezisten termic unidirecional (R) se calculeaz pentru fiecare element de construcie

(perete exterior, teras etc), nsumnd rezistenele termice aferente fiecrui strat din care este

compus elemetul respectiv.

sej

jsisejsi R)d(RRRRR

(1.2)

Rsi, Rse-rezisten la transfer termic superficial (interior /exterior) [m2.K/W]

Rj rezistena fiecrui strat din care este compus elemetul respectiv [m2.K/W]

d - grosimea fiecrui stratului din elementul de construcie considerat [m]

-conductivitatea termic a materialului din care e alctuit stratul respectiv [W/(mK)]

Rezistenele la transfer termic superficial (Rsi iRse) se consider n calcule n funcie de

direcia i sensul fluxului termic;Rsi =1/hi iRse =1/he :

Direcia i sensul fluxului termic

Elemente de construcie ncontact cu: exteriorul pasaje deschise (ganguri)

Elemente de construcie ncontact cu spaii ventilatenenclzite: subsoluri i pivnie poduri balcoane i logii nchise rosturi nchise alte ncperi nenclzite

hi/Rsi he/Rse hi/Rsi he/Rse

0,1258 *)

0,04224 0,1258 0,08412

0,125

8 *)

0,042

24 0,1258

0,084

12

0,167

6 *)

0,042

24 0,167

6 0,084

12

*) Pentru condiii de var : he = 12 W/(m2K),Rse= 0,084 m

2K/W

Tabelul 1.1: Coeficieni de transfer termic superficial hi i he [W/(m2K)] i

rezistene termice superficiale Rsi i Rse [m2K/W]

i e u

i


15/144


15

Inversul rezistenei termicereprezint transmitana termic U (coeficientul unidirecional

de transmisie termic prin suprafa) i se determin cu relaia :

R

1U [W/(m2K)] (1.3)

Din punct de vedere termic, acesta reprezint fluxul termic n regim staionar, raportat la

suprafaa i la diferena de temperatur dintre temperaturile mediilor situate de o parte i de alta a

unui sistem.

n calculul consumului de energie se folosete o rezisten termic corectat (R), care pe

lng rezistena unidirecional definit mai sus, ia n calcul i influena punilor termice.

Puntea termicreprezint poriune din anvelopa unei cldiri, n care valoarea fluxului

termic este sensibil modificat ca urmare a faptului c izoterme le nu sunt paralele cu

suprafeele elementelor de construcie. Modificarea fluxului termic se datoreaz :

- alturarea de materiale cu o conductivitate termic diferitn anvelopa cldirii i/sau

- schimbarea n grosimea structurii i/sau

- diferena ntre suprafeele interioare i exterioare, cum exist la interseciile ntre perete/

pardoseala/ tavan.

Lungimile punilor termice liniare (l) se msoar n funcie de lungimile lor reale, existente

n cadrul ariilor A; n consecin ele sunt delimitate la extremiti de conturul suprafeelor

respective.

Punile termice sunt definite prin doi parametrii: (transmitan termic liniar) i

(transmitan termic punctual). Acetia sunt termeni de corecie care introduc influena

liniar, respectiv punctual a unei puni termice n calculul coeficientului de cuplaj termic L,

necesar pentru calculul transferului de cldur prin transmisie.

Punile termice liniare care trebuie n mod obligatoriu s fie luate n considerare la

determinarea parametrilor l i sunt, n principal, urmtoarele:

intersecia dintre pereii exteriori i planeul de teras (n zona aticului sau a corniei); intersecia dintre pereii exteriori i planeul de pod (n zona streinii);

intersecia dintre pereii exteriori i planeul peste subsolul nenclzit (n zona soclului);

intersecia dintre pereii exteriori i placa pe sol (n zona soclului);


16/144


16

colurile verticale (ieinde i intrnde) formate la intersecia dintre doi perei exteriori

ortogonali;

punile termice verticale de la intersecia pereilor exteriori cu pereii interiori structurali (de

ex. stlpiori din beton armat monolit protejai sau neprotejai, pereii din beton armat

adiaceni logiilor, .a);

intersecia pereilor exteriori cu planeele intermediare (n zona centurilor i a consolelor din

beton armat monolit, .a.);

plcile continue din beton armat care traverseaz pereii exteriori la balcoane i logii;

conturul tmplriei exterioare (la buiandrugi, solbancuri i glafuri verticale).

Transmitana termic corectat/coeficientul corectat de transmisie termic prin suprafa

U' se calculeaz cu relaia general :

AA

l

R

1

R

1U

''

[W/(m2K)] (1.4)

n care :

R rezistena termic total, unidirecional, aferent ariei A;

l lungimea punilor liniare de acelai fel, din cadrul suprafeeiA.

I.4. Condiiile de confort i calitatea aerului

Dei se urmrete calculul necesarului de energie, condiiile de confort trebuie pstrate,

acestea fiind detaliate n continuare.

Confortul termic este senzaia de bun stare fizic rezultat din faptul c schimbul de

cldur dintre corpul uman i mediul nconjurtor se realizeaz fr suprasolicitarea sistemului

termoregulator.

Pentru a se asigura confortului termic al ocupanilor din ncperi, aerul interior trebuie s

aib anumite caracteristici, n special temperatur, umiditate, prescrise n funcie de destinaia

ncperii. n acelai timp trebuie asigurat calitatea aerului interior, aceasta caracteriznd

coninutul de poluani din ncpere. Poluanii nu trebuie s depeste concentraiile sau dozele

admise (asimilate de persoane n perioada de ocupare), asigurnd astfel igiena i sntatea

persoanelor. Normele romneti [89] clasific categoriile de cldiri n clasele din tabelul 1.2.


17/144


17

Categorie Descriere

IDA 1 Calitate ridicat a aerului interior

IDA 2 Calitate medie a aerului interior

IDA 3 Calitate moderat a aerului interior

IDA 4 Calitate sczut a aerului interior

Tabelul 1.2: Clasificare de baz a calitii aerului interior (IDA)

Pentru a menine calitatea aerului interior ntr-una dintre aceste patru categorii, este

necesar introducerea de aer proaspt prin ventilare pentru a dilua concentraia de poluani din

zona considerat. Standardul [89] prevede concentraiile maxime de dioxid de carbon pentru

fiecare din cele patru clase de calitate a aerului.Climatizarea are drept scop realizarea unei ambiane interioare care s rspund

condiiilorde confort termic.

Pentru caracterizarea ambianei interioare se stabilesc patru categorii I IV [90]:

Categoria

ambianeiCaracteristici i domeniu de aplicare recomandat

INivel ridicat recomandat pentru spaiile ocupate de persoane foarte sensibile ifragile, care au exigene specifice, ca de exemplu bolnavi, persoane cu handicap,copii mici, persoane n vrst

II Nivel normal recomandat cldirilor noi sau renovate

III Nivel moderat acceptabil, recomandat n cldiri existente

IVNivel n afara celor de mai sus; recomandat a fi acceptat pentru perioade limitatede timp

Tabelul 1.3: Categorii de ambian interioar

Din punct de vedere al calitii aerului interior, clasele I IV corespund claselor IDA1

IDA4 definite mai sus.

Confortul termic este determinat de urmtorii parametri:

- temperatura aerului interior,

- temperatura medie de radiaie a suprafeelor cu care corpul uman schimb cldur prin radiaie,


18/144


18

- umiditatea relativ a aerului,

- viteza aerului interior,

- izolarea termic a mbrcminii,

- activitatea ocupanilor care determin cldura degajat (metabolismul).

Temperatura interioareste parametrul esenial de care depinde confortul termic. Plajele

de valori acceptabile pentru temperatura interioar de calcul sunt date n tabelul de mai jos,

conform [89], n funcie de tipul de cldire i de ceilali parametrii care influeneaz confortul

termic- mbracamintea i activitatea ocupanilor:

Temperatura de calcul a aerului [oC]Tipul de cldire sau ncpere CategoriaTemperatura pentru

nclzire;mbrcminte 1,0

clo

Temperaturapentru rcire*;mbrcminte 0,5

cloI 21,0 25,0 23,5 25,5II 20,0 -25,0 23,0 26,0

Cldiri de locuit (camere de zi,dormitoare)activitate sedentar 1,2 met III 18,0 25,0 22,0 27,0

I 18,0 25,0II 16,0 25,0

Cldiri de locuit (alte ncperi)stnd n picioare, mers 1,5 met

III 14,0 25,0I 21,0 23,0 23,5 25,5II 20,0 24,0 23,0 26,0

Birouri individuale sau tip peisaj,sli de reuniune, cofetrii,cafenele, restaurante, sli declas

activitate sedentar 1,2 met

III 19,0 25,0 22,0 27,0

I 19,0 21,0 22,5 24,5II 17,5 22,5 21,5 25,5

Cree, grdiniestnd n picioare, mers 1,4 met

III 16,5 23,5 21,0 26,0I 17,5 20,5 22,0 24,0II 16,0 22,0 21,0 25,0

Magazine maristnd n picioare, mers 1,6 met

III 15,0 23,0 20,0 26,0* Pentru rcire, temperatura aerului se va alege din plaja de valori din tabel, astfel nct diferena

dintre temperatura exterioar i cea interioar de calcul s nu depeasc 10 oC ; n cazul n care

valorile maxime indicate n tabel sunt mai mici, se aleg valorile din tabel.

Tabelul 1.4: Temperatura interioar de calcul pentru climatizare de confort

Pentru a asigura temperatura dorit, spaiul respectiv trebuie climatizat. Climatizarea este

procesul prin care n interiorul ncperilor se asigur o temperatur controlat a aerului,

indiferent de procesele termice din interiorul sau din exteriorul cldirii. Climatizarea presupune


19/144


19

nclzirea i rcirea controlat a spaiilor. Prin climatizare se urmrete realizarea confortului

termical ocupanilor din ncperi.

Confortul termic depinde i de umiditatea aerului interior, care poate fi controlat prin

climatizare, dar nu este neaprat necesar. Conform [89], controlul umiditii se realizeaz numai

n cldiri n care tipul activitii necesit acest fapt (exemplu: muzee, laboratoare speciale,

anumite sli din spitale, hale cu diferite procese tehnologice), sau la cererea scris a

beneficiarului, deoarece necesit un consum de energie suplimentar. Pentru cldirile care nu

necesit controlul umiditii, instalaia de climatizare se dimensioneaz pentru o umiditate de

50% [89].

Utiliznd domeniul tipic de temperatur a aerului pentru o zon nclzit sauventilat/

climatizat, adic de la 20 la 27 C, evaporarea apei de la suprafata a pielii este nesemnificativ

cantitativ, jucnd un rol minor n determinarea echilibrului dintre om i mediul termic. Din acest

motiv, umiditatea relativ poate varia ntre 30 i 70% pstrnd o stare acceptabil de confort

termic n condiiile de temperatur descrise.

Limita inferioar (30%) trebuie respectat pentru a preveni uscarea ochilor, dar, de

asemenea, pentru a mpiedica circulaia de prafi de ali poluani n aerul de interior. n acest

scop, n cldiri ventilate echipate cu un sistem centralizat de distribuie i de tratare a aerului

(CTA) este prevzut un compartiment pentru umidificarea aerului de afar nainte de a fi

introdus n camer.

Limita superioar de umiditate (70% sau mai puin, n funcie de temperatura din interior)

trebuie s fie respectate pentru a evita trei probleme posibile:

- apariia condensului pe faada interioar a elementelor de construcie exterioare slab izolate

(ferestre, perei)n timpul iernii;

- senzaie de sufocare, care poate aprea la o umiditate relativ prea mare n rapor cu

temperatura din interior (n funcie de diagrama Molier care definete relaia ntre

temperatur i umiditate) ;

- dezvoltarea ciupercilor n aerul de interior i degradarea materialelor de construcie.

Viteza aerului ntr-o ncpere influeneaz confortul termic prin pierderile de cldur prin

convecie ntre o persoan i mediul ambient, putnd provoca un inconfort termic local datorat

curentului de aer. Viteza medie a aerului este recomandat n tabelul de mai jos ([37], [90]),


20/144


20

pentru a asigura limitele confortului termic. Aceasta este dat n funcie de un indice de curent

DR(draught rate indicele persoanelor deranjate de senzaia de curent) cuprins ntre 10 i 20%i o intensitate a turbulenei de 40% (pentru un sistem de ventilare tip amestec).

Temperatura local a

aerului Ta (o

C)

Domeniu tipic Valoare prin lips

(DR=15%)Ta = 20 de la 0,1 la 0,16 v 0,13Ta = 21 de la 0,1 la 0,17 v 0,14Ta = 22 de la 0,11 la 0,18 v 0,15Ta = 24 de la 0,13 la 0,21 v 0,17Ta = 26 de la 0,15 la 0,25 v 0,20

Tabelul 1.5: Valori recomandate pentru viteza aerului din ncperi

Dac factorii care influeneaz confortul termic prezentai anterior sunt legai de

ambian, urmtorii doi factori sunt legai de ocupani: activitatea acestora (metabolismul) i

mbrcmintea.

Metabolismul se refer la productia de cldur n interiorul corpului uman care i permite

acestuia s-i pstreze temperatur intern n jurul valorii de 36,7 oC. Dac o persoan este n

miscare, un metabolism de lucru corespunznd activitaii sale particulare se adaug la

metabolismul de baz al corpului n repaus.

Unitatea de masur pentru metabolism este met 1 met = 58,2 W/m

mbracamintea reprezint o rezistent termic pentru schimburile de caldur ntresuprafaa pielii i mediu, pstrnd cldura la interior.

Unitatea de masur pentru mbracaminte este clo 1 clo = 0,155 mC/W.

ParametruDomeniul uzual de

ncadrareValori pentru proiectare

mbrcminteVara: 0,5 - 0,7 cloIarna : 0,8 - 1,0 clo

Vara: 0,5 cloIarna: 1,0 clo

Activitate De la 1,0 pn la 1,4 met 1,2 met

Tabelul 1.6: Ipoteze de proiectare pentru mbrcmintei activitate pentru o cldire de birouri(conform [37])


21/144


21

I.5. Necesarul de energie la nivelul cldirii

n vederea evalurii consumului de cldur este necesar o analiz la nivelul cldirii,

pentru a vedea parametrii de care depinde necesarul de rcire, prezentat pe scurt n continuare.

Schimbul de cldur ntre cldire i mediul nconjurtor se poate realiza transfer prin

transmisie (QT) sau prin ventilare (Qv).

Cldura total ptruns n ncpere (aporturi) provine de la sursele de cldur exterioare

(solare) i interioare (degajri de cldur de la oameni, iluminat i aparatur electronic).

Bilanul de cldur la nivelul cldirii este figurat n diagrama de mai jos:

Fig.1.1.:Diagrama energetic pentru cldire, cazul n care exist pierderi de cldur ale

ncperii prin transfer de cldur prin anvelop i prin ventilare

Notaii:

Qsurse cldura total ptruns n ncpere, provenit de la sursele de cldur, exterioare i

interioare, n situaia rcirii ncperilor;

QS cldura provenit de la soare,

Qint cldura degajat de sursele interioare;

QT cldura total schimbat de cldire cu exteriorul prin transmisie

QV cldura total schimbat de cldire cu exteriorul prin ventilare

Q energia necesar pentru rcirea cldirii;

Qs Qint

QQT Qv

CLADIRE

Qsurse


22/144


22

n cazul n care aerul este introdus n ncpere cu temperatura interioar de calcul, cldura

pierdut prin ventilare este nul, iar aerul introdus este tratat separat intr-o central de tratare a

aerului (CTA). n acest caz, diagrama energetic este:

Fig.1.2.:Diagrama energetic pentru cldire, cazul n care exist numaipierderi de cldur

prin transfer de cldur prin anvelop

I.5.1. Transferul de cldur

Prin transmisie

a) Transmisia cldurii prin elemente de construcie opace

Analiza termic pentru un perete opac const n a determina fluxul de cldur care

ptrunde la interior la un moment dat, cunoscnd att parametrii climatici exteriori (temperatura

exterioar, gradul de nsorire, deci intensitatea radiaiei solare), ct i parametrii care definesc

peretele din punct de vedere geometric i termofizic.

n figura 1.3. sunt schematizate diferitele tipuri de transfer de cldur care intervin n

bilanul termic:

Qs Qint

QQT

CLADIRE

Qsurse


23/144


23

Fig.1.3.: Reprezentarea diferitelor moduri de transfer de cldur pentru un

perete opac omogen

Conform condiiilor la limit (condiia lui Fourier) densitatea de flux variaz liniar cu

diferena de temperatur ntre suprafaa corpului i mediul fluid care inconjoar suprafaa.

Bilanul energetic: cldura care trece prin conducie este egal cu suma cldurii care trece prin

convecie i cea care trece prin radiaie rcvcd QQQ . [44] (1.5)

Scris sub forma densitilor de flux: rcvcd += (1.6)

Densitatea de flux conductiv se scrie cu legea lui Fourier pentru

conducie:S

cd dx

dT-

(1.7)

Densitatea de flux convectiv se scrie cu legea lui Newton pentru convecie:

fscvcv T-Th= , (1.8)

unde hcv coeficient de schimb superficial prin convecie

Ts temperatura solidului considerat (T1 sau T2)

Tf temperatura fluidului care nconjoar solidul (n cazul de fa

aerul exterior Te/ interior Ti)Densitatea de flux radiativ: 4p4sr T-Ta (1.9)

unde a factor ce depinde de proprietile de radiaie ale suprafeelor considerate (emisivitate i

absorbtivitate) i de geometria suprafeelor (factor de form)

Flux

absorbitt

Ti

Fluxconvectivhe(Te-T1)

Fluxreflectat(1-)t

Fluxprimit t

Fluxconvectivhi(T2-Ti)

T1 T2

Te


24/144


24

Ts temperatura suprafeei (solidului) considerate

Tp temperatura suprafeei (peretelui) nvecinate

Prin linearizarea relaiei, Ts i Tp fiind nvecinate, se ajunge la aproximarea:

psrpsp T-Th=T-TaT= r34 (1.10)

n cazul

Astfel legea de transfer termic ntre corp i mediul su nconjurtor devine:

msmsrcvprfscvS

TThTThhTThTThdn

dT

s

(1.11)

unde h coeficient de schimb superficial global (convecie+radiaie)

Tm temperatura medie ntre Tfi Tp,rcv

prfcvm

hh

ThThT

(1.12)

Suprafaa peretelui expus la exterior este supus radiaiei solare, figurat prin fluxul t.

O parte din acest flux este absorbit de perete (t), iar restul este reflectat cu un raport (1-)t.

Suprafaa exterioar a peretelui schimb cldur prin convecie cu mediul exterior : he(Te -T1).

Coeficientul he se numete coeficient de transfer termic superficial la exterior i ine cont i de

convecia i de radiaia peretelui pe lungime mare de und.

Suprafaa interioar a peretelui schimb cu aerul interior un flux prin convecie:

hi(T2-Ti). Coeficientul hi se numete coeficient de transfer termic superficial la interior i ine

cont i de convecia i de radiaia peretelui.Echilibru termic al peretelui :

- pentru peretele exterior:0x

1eet dx

dT)TT(h

(1.13)

- pentru peretele interior:1x

i2i dx

dT-)T-T(h

(1.14)

b) Transmisia cldurii prin elemente de construcie vitrate

Bilanul termic al fluxurilor de cldur la nivelul elementelor vitrate (n generalferestrele) este schematizat n figura de mai jos:


25/144


25

Fig.1.4.: Reprezentarea diferitelor moduri de transfer de cldur petru un

perete vitrat (fereastr)

Prin ventilare

Pentru a asigura calitatea aerului interior, aerul dintr-o ncpere trebuie mprosptat, prin

introducerea de aer proaspt prin ventilare. Aportul de aer prospt se poate face fie direct prin

fiecare ncpere, fie la nivelul unui grup de climatizare.

Calculul debitului de aer ine cont de destinaia ncperii, de gradul de poluare precizat

prin categoria de ambian, de numrul de persoane i de suprafaancperii [89]Bppersv q*Aq*NV (1.15)

unde: Npers numrul de persoane;

qp debitul de aer proaspt pentru o persoan, [l/s/pers sau m3/h/pers];

A aria suprafeei pardoselii [m2];

qB debitul de aer proaspt, pentru 1 m2 de suprafa, [l/s/m2 sau m3/h/m2].

Categoria deambian

Procentul ateptat denemulumii [%]

Debit pentru opersoan [l/s/pers]

Debit pentru opersoan [m3/h/pers]

I 15 10 36II 20 7 25III 30 4 15IV >30


26/144


26

Debit pe m2 de suprafa [l/(s.m2)] Debit pe m2 de suprafa [m3/(h.m2)]Categoriadeambian cldiri

foartepuinpoluante

cldiripuinpoluante

Altele cldirifoartepuinpoluante

cldiripuinpoluante

Altele

I 0,5 1 2,0 1,8 3,6 7,2II 0,35 0,7 1,4 1,26 2,52 5,0III 0,3 0,4 0,8 1,1 1,44 2,9IV mai mari dect valorile pentru categoria III

Tabelul 1.8. Debitul de aer proaspt pentru 1 m2 de suprafa, ([89])

n zonele de fumtori, debitele de aer proaspt se dubleaz fa de valorile din tabel.

Aceste debite asigur condiii de confort pentru ocupani, nu i condiii de sntate.

Aerul exterior poate ptrunde n ncpere necontrolat, prin infiltraii, adugndu-se la

pierderile de cldur prin transmisie. Aceste infiltraii se realizeaz n special prin ferestre i prin

ui. Ele depind de clasa de expunere a unei cldiri, de permeabilitatea i de suprafaa ferestrei

sau uii.

Pentru a diminua infiltraiile n raport cu aerul proaspt, camera pentru care se urmrete

acest lucru poate fi pusa n suprapresiune.Acest sistem se poate utiliza dac uile i ferestrele

corespunztoare camerei nu sunt deschise prea des. Suprapresiunea se realizeaz doar dac

debitul de aer ptruns prin infiltraii este mai mic dect aportul absolut de aer proaspt ptrunsprin ventilare mecanic (debitul absolut nseamn aerul introdus minus aerul extras).

I.5.2. Aporturile interioare de cldur

Aporturi solare

Aporturile de cldur solare depind de radiaia solar la nivelul oraului unde se afl

cldirea, de orientarea suprafeelor receptoare, de coeficienii de transmisie ai acestora, de

absorbia i reflexia radiaiei solare i caracteristica de transfer.

Radiaia solar este radiaia electromagnetic emis de Soare avnd lungimi de und din

ntregul spectru al undelor electromagnetice. Trecnd prin atmosfera Pmntului, o parte a

radiaiei solare este absorbit, nclzind aerul, o alt parte este mprtiat de moleculele aerului,


27/144


27

vaporii de ap, pulberile din atmosfer (constituind radiaia solar difuz- d), dar cea mai mare

parte ajunge pe suprafaa Pamntului (constituind radiaia solar direct-D). [44]

Fig. 1.5.Radiaia solar (direct i difuz) ajuns pe suprafaa pmntului [44]

Din punct de vedere al cantitii i tipului de energie transmise, radiaia solar care

ajunge pe Pmnt este compus din: 3% ultraviolete, 42% radiaie vizibil (lumina) si 55%

infraroii. [103]

Fiecareia din aceste trei pri ale radiatiei i corespunde cte un spectru definit prin

urmatoarele intervale de lungimi de und:

- radiaia ultraviolet de la 0,28 la 0,38 microni,

- radiaia vizibil de la 0,38 la 0,78 microni,

- radiaia infraroie de la 0,78 la 2,5 microni

Fig. 1.6.Intensitatea spectral a radiaiei solare globale, funcie de lungimea de und [100]


28/144


28

Radiaia direct

Radiaia direct captat de un perete depinde de poziia soarelui i de orientarea

peretelui. Poziia soarelui este definit prin dou unghiuri:

- nlimea H, care este unghiul fcut de o raz de soare cu planul tangent la suprafaa

solului

- azimutul A, care este unghiul format de proiecia razei de soare pe planul tangent la

suprafaa solului cu direcia Sud

Fig. 1.7.nlimea (H) i azimutul (A) soarelui [44]

Radiaia difuz

Pentru a putea determina fluxul difuz, este necesar utilizarea datelor meteorologice,

deoarece acest tip de radiaie nu se poate determina prin calcul. Dac cerul este senin, radiaia

difuz reprezint 10 20% din radiaia global. n schimb, dac cerul este acoperit, radiaia

difuz reprezint toat radiaia global. [44]

Fluxul total receptat de un perete este egal cu suma fluxurilor directe i difuze.

Bilanul energetic al radiaiei termice

Fiecare corp este capabil s emit energie de radiaie, i s o reflecte, s o absoarb sau

s o transmit (fig.1.8) conform bilanului energetic :

TARi QQQQ (1.6)

unde Qi - energia de radiaie inciden pe suprafaa corpului

QR energia reflectat

QA energia absorbit


29/144


29

QT energia transmis

Fig.1.8. Bilanul energiei de radiaie ([20])

Definim trei coeficieni :

i

R

Q

Q coeficientul de reflexie

i

A

Q

Q coeficientul de absorbie

i

T

Q

Q coeficientul de transmisie

Astfel, relaia bilanului energetic devine : 1

Pentru majoritatea corpurilor solide =0 i 1 . Acestea sunt corpuri gri, reale,

opace, care nu permit radiaiei incidente s treac.

Dac = =0 i =1 corpul este denumit transparent, lsnd s treac toat radiaia

incident.

Gazele au =0, deci + =1.

Corpurile care au = =0 i =1 se numesc corpuri negre i absorb integral radiaiile

incidente.

La polul opus se afl corpurile pentru care = =0 i =1. Acestea se numesc corpuri

albe, care formeaz o oglind, suprafaa sa reflectnd toate radiaiile incidente.

Ariile de captare efectiv a radiatei solare

Pentru a ine cont de aria i caracteristicile suprafeei de captare a radiaiei solare, ca efect

al umbrei, se introduce o mrime numit aria de captare efectiv. Ariile de captare a radiaiei

solare se determin pentru toate tipurile de elemente perimetrale ale unei cldiri, care capteaz


30/144


30

radiaia solar (suprafee vitrate exterioare, elemente opace exterioare, perei i planee interioare

din spaii tip ser, precum i perei aflai n spatele unor elemente de acoperire sau izolaii

transparente).

Caracteristicile de captare ale acestor suprafee depind de climatul local i de factori

dependeni de perioada de calcul, cum ar fi poziia soarelui sau raportul dintre radiaia direct i

difuz. n consecin, trebuie alese valori medii adecvate scopului urmrit (nclzire, rcire sau

verificarea confortului termic de var).

Factor de reducere a aporturilor solare datorit umbririi prin elemente exterioare

Acest factor reprezint reducerea fluxului de cldur solar ptruns n ncperea

climatizat datorit prezenei unor elemente de umbrire permanente cum ar fi:

- cldiri nvecinate;

- forme de relief nvecinate (dealuri, copaci etc);

- elemente de construcie exterioare ale cldirii (cornie, aticuri, balcoane etc.);

- retragerea ferestrei fa de planul exterior al peretelui

Radiaia solar direct este singura component redus de obstacolele ce produc umbra;

radiaia difuz i cea reflectat de sol rmn neschimbate. Aceasta este echivalent cu un obstacol

care, prin reflexie, produce aceeai radiaie ca cea obstrucionat. [69]

Aporturi interne

Sursele de cldur interioare, inclusiv cele cu contribuii negative la bilanul termic,

constau din orice tip de cldur degajat la interiorul spaiului condiionat, (altele dect cldura

introdus controlat pentru nclzirea i rcirea acestui spaiu sau cea utilizat pentru prepararea

apei calde de consum).

Aceste surse includ cldura metabolic emis de ocupani, cldura emis de aparatele

electrice, de corpurile de iluminat, de maini, utilaje i de ctre alte surse, n funcie de destinaia

spaiului respectiv (procese tehnologice, prepararea hranei).


31/144


31

I.6. Consumul de energie n cldiri

Principalii factori care influeneaz consumul de energie sunt:

a) Timpul de ocupare a cldirii - variaz de la o cldire la alta, n funcie de destinaia

acesteia. Numrul de ore de activitate zilnic influeneaz destul de mult consumul de

energie. Timpul de ocupare se refer att la programul de funcionare al personalului aflat

n cldire, ct i al echipamentelor de birotic, iluminat, aparate de ncalzire i ventilare.

Ct timp personalul este n activitate, n cldire trebuie asigurate condiiile de confort, dar

odat cu prsirea cldirii se impune reducerea consumului de energie prin oprirea parial

a unor instalaii (iluminat, ncalzire, ventilare).

b) Gradul de ocupare a cldirii - reprezint un factor important in bilanul energetic,

deoarece cu ct ocuparea pe m2 este mai redus, cu att consumul de energie este mai mic

i invers. Statisticile au artat ca, la fiecare variaie cu 10% n gradul de ocupare a

spaiului, rezult o variaie cu 3% a consumului unitar anual de energie pentru cldirile

neclimatizate si cu 4% pentru cldirile climatizate.[40]

c) Destinaia cldirii - influeneaz consumul de energie, avnd n vedere c mrirea

consumurilor unitare depinde de gradul de utilare (echipare) a cldirii, precum i de

numrul de ore de utilizare a echipamentelor; factorul de corecie poate fi luat intre 4-5%

pentru fiecare variaie cu 10% a suprafeei ocupate.

d) Condiiile meteorologice sunt reprezentate prin temperatura exterioar, umiditate,

intensitatea radiaiei solare. Consumul de energie pentru nclzire, ventilare, climatizare,

depinde de condiiile climatice din zona n care se afl cldirea, precum i de temperatura

interioar de calcul a cldirii respective.

Analizarea consumurilor de energie se poate face prin metode directe sau inverse. n

abordarea direct (fig. 1.9) previziunile de consumuri energetice sunt bazate pe o descriere fizic

a sistemelor cldirii, incluznd geometria, amplasarea, detaliile constructive i tipul de instalaii

de ncalzire, ventilare i climatizare utilizate. Cele mai multe metode fac parte din categoria

modelelor directe.


32/144


32

Fig. 1.9: Reprezentarea unui model direct de analiz energetic

n abordarea invers (fig. 1.10), modelele de analiza energetic incearc s determine

parametrii reprezentativi ai cldirii (coeficientul global de transfer de cldura, sarcina termic nregim nominal sau constanta de timp a cldirii) folosind consumurile energetice, date legate de

climat sau alte date de performan relevante. n general, modelele inverse sunt mai simple i

deci mai flexibile dect modelele directe. Totui, flexibilitatea modelelor inverse este de obicei

limitat de formularea parametrilor reprezentativi ai cldirii i de acurateea datelor de

performan ale acesteia. Pentru a identifica parametrii cldirii, cele mai multe dintre metodele

inverse existente au la baza metode de analiza de regresie (metoda grade-zile cu temperatura de

referin/baz variabil) sau abordri bazate pe conexiuni.

Fig. 1.10: Reprezentarea unui model invers de analiz energetic

Metodele de analiz energetic pot fi clasificate i dup capacitatea lor de a surprinde

comportarea dinamic a sistemelor energetice. n acest mod, ele pot folosi abordri staionare sau


33/144


33

dinamice. n general, modelele staionare sunt suficiente pentru a analiza performanele

sezoniere sau anuale ale cldirilor. n schimb, modelele dinamice sunt necesare pentru estimarea

efectelor tranzitorii ale sistemelor de energie, precum cele ntlnite la sistemele de stocare a

energiei termice i la dispozitivele de control optim al pornirilor.

Modelele directe sunt n general bazate pe descrierea fizic a sistemului energetic al

cldirii. Aceste modele permit determinarea consumurilor finale de energie, precum i estimarea

oricrei economii de energie survenit n urma aplicrii masurilor de conservare a energiei. n

continuare se descriu cteva din metodele de analiz energetic direct existente.

Metodele directe staionare suntn general uor de folosit, iar majoritatea calculelor pot fi

executate manual sau cu foi electronice de calcul.

Metodele dinamice folosesc modele analitice i numerice pentru a calcula transferul de

energie dintre diferitele sisteme ale cldirii. n general, aceste modele constau din produse

informatice (cu pai de timp orari sau mai mici) ce estimeaz corespunztor efectul ineriei

termice datorat stocrii energiei n pereii cldirii i/sau n sistemul de ncalzire. Proprietatea

important a acestor modele de simulare este capacitatea lor de a ine seama de mai muli

parametrii n estimarea corect a consumului de energie, n special la cldiri cu inerie termic

pronunat, cu reduceri nocturne ale sarcinii. O organigram tipic de programe de simulare este

prezentat in fig. 1.11.


34/144


34

Fig. 1.11. Schema unui model de cldire

Programele informatice necesit un grad de experien ridicat i sunt de regul potrivite

pentru cldiri mari cu sisteme de nclzire i ventilare complexe i cu strategii de automatizare

dificil de modelat cu ajutorul instrumentelor simplificate.

n general, un program de simulare necesit o descriere fizic detaliat a cldirii

(geometrie, detalii constructive ale anvelopei, tipul instalaiilor dencalzire i ventilare, orarul de

funcionare). Calculul sarcinii termice este bazat pe o palet larg de algoritmi n funcie de

complexitatea i flexibilitatea programului de simulare, de viteza de calcul i bineneles de

obiectivele studiului.

I.7. Datele climatice

Din punct de vedere termic, o cldire este supus pe de-o parte la exterior de factori

meteorologici, pe de alt parte, la interior de degajri de cldur i umiditate. Ca urmare a

interaciunii dintre cldire i mediul exterior, calculul necesarului de energie pentru nclzire i


35/144


35

rcire, fiind un calcul predictiv, necesit cunoaterea datelor climatice ale locului n care este

amplasat cldirea, obinute prin prelucrarea statistic a datelor meteorologice.

Pentru utilizare n aplicaiile de consumuri energetice anuale pentru nclzirea i rcirea

cldirilor, este necesar a avea un an climatic standard . Anul meteorologic standard (tip) a fost

construit pentru toate capitalele de jude din Romnia, astfel nct valorile medii, distribuia

frecvenelor i corelaiile dintre diversele caracteristici meteorologice s se pstreze ct mai bine.

Datele meteorologice nregistrate timp de 10 ani (1996-2006) au fost prelucrate de ctre Agenia

Naional de Meteorologie i Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti.

Metoda folosit pentru construcia anului tip este standardizat n [56], mai exact n

normele [57]. Aceast metodologie presupune derularea a dou etape de construcie a anului de

referin:

a) alegerea celei mai bune luni;

b) ajustarea valorilor orare din lunile consecutive astfel nct trecerea de la o lun la alta

s conserve corelaia dintre variabile considerate.

Anul standard este compus din luni tipice, alese din datele meteorologice nregistrate

(completate prin interpolare cnd a fost necesar). Alegerea unei luni tipice privitoare la un

parametru climatic p (temperatur, umiditate relativ i radiaie solar) s-a realizat astfel:

1) S-au calculat mediile zilnice pentru parametrul p, pe baza datelor orare, msurate n

fiecare lun L i pentru fiecare an A din cei 10 ani,

2) S-a construit funcia cumulativ empiric de probabilitate FLAp a mediilor zilnice ale

parametrului climatic p considerat, calculate pentru luna L", pentru fiecare an n parte:

AanulLdinlunainppentrumasuratemediivaloridetotal.nr1

AanulLdinlunainppentrumasurate,tmediivaloride.nrtFLAp

3) s-a construit funcia cumulativ de probabilitate FLpa mediilor zilnice ale

parametrului climatic pe baza mediilor zilnice ale lunii respective din toi anii utilizai n calcul.

iconsiderataniitotiLdinlunainppentrumasuratemediivaloridetotal.nr1

iconsiderataniitotiLdinlunainppentrumasurate,tmediivaloride.nrtFLp

4) Pentru fiecare luna L considerat, s-a determinat statistica Finkelstein-Schafer

LpLAp F,FFS , ca distan dintre FLApi FLp

definit prin (1.16):

n

|tF)t(F|F,FFS i

iLpiLAp

LpLAp

(1.16)


36/144


36

unde: n - numrul de termeni din suma de la numrtor; it - puncte, cte unul pe fiecare interval,

pe care funcia |tF)t(F| LpLAp este constant, |tF)t(F| LpLAp fiind o funcie constant pe

poriuni.

5) Pentru fiecare parametru climatic pentru luna calendaristic L se aranjeaz anii A n

ordine cresctoare a valorii LpLAp F,FFS . n principiu se alege ca lun tipic luna din acel an A

pentru care distana Finkelstein-Schafer este minim. Acest lucru exprim faptul c din punct de

vedere al statisticii parametrului climatic considerat, informaiile furnizate de datele din luna

aleas din anul A se apropie cel mai mult de informaiile date de msurtorile din toi an ii de

observaie pentru luna respectiv.

n cazul n care se construiete un an tipic din punctul de vedere al mai multor parametri

climatici, trebuie inut seama de fiecare parametru p. n metoda folosit n [57], pentru fiecare

parametru climatic p pentru luna calendaristic L se aranjeaz anii A n ordine cresctoare avalorii LpLAp F,FFS .

Se definete susmaidecrescatorsirulinAanuluirangulrLAp i se calculeaz distana

p

LApLA rD (1.17)

Dac se utilizeaz metoda prevzutn [65], distana DLA se definete:

(1.18)

Unde wp reprezint valorile asociate fiecrui parametru, funcie de importana acordat

acelui parametru (ponderea).

n principiu, luna de referin pentru luna calendaristic L se ia luna din anul pentru care

LAD este minim. ns standardul mai prevede ca s se in seama n secundar de o alt

caracteristic meteorologic, viteza vntului, n felul urmtor:

a) Pentru fiecare lun calendaristic L se iau lunile din primii trei ani din irul de ani

ordonat cresctor dup LAD

b) Pentru fiecare lun L din cele 3 luni se calculeaz modulele diferenelor dintre viteza

medie a vntului pentru luna L din anul respectiv i viteza medie calculat pentru luna L

pe ansamblul tuturor anilor. Ca lun L tipic se alege luna din aceti 3 ani pentru care

diferena este cea mai mic.

p

LpLAppLA F,FFSw=d


37/144


37

Dup alegerea unei luni tipice pentru fiecare lun calendaristic, deoarece s-ar putea ca

lunile tipice s fie din ani diferii i deci la frontiera dintre ele ar putea s apar discontinuiti

mari ntre valorile parametrilor climatici considerai, se trece la etapa a doua, care const n

netezirea tranziiei (prin tehnici de lisare), utiliznd ultimile 8 ore din prima lun i primele 8 ore

din luna urmtoare.

Anul de referin a fost astfel construit pentru cele 43 locaii ale staiilor meteorologice

judeene (incluznd i cele dou staii ale municipiului Bucureti), pentru urmtorii parametri

meteorologici: temperatura aerului [oC]; umiditatea relativ [%]; temperatura punctului de rou

[oC]; coninutul de umiditate [g/kg]; viteza vntului [m/s].

Pentru staiile meteorologice Bucureti-Afumai, Constana, Galai, Iai, Cluj-Napoca,

Craiova i Timioara anul de referin a fost construit i pentru radiaia direct i difuz

[cal/cm2]. In toate situaiile, viteza vntului a fost considerat ca variabil secundar, iar celelaltevariabile au fost considerate principale.

Dei exist baza de date cu parametrii climatici i pentru Bucureti, totui aceasta nu

conine date suficiente referitoare la radiaia solar pentru a putea fi folosit n calculul

consumului de energie. Aa cum s-a descris mai sus, anul tipic este structurat pe calupuri de date

furnizate pentru fiecare lun. Astfel, dac una dintre aceste date lipsete (i anume radiaia

solar), nu se pot folosi nici celelalte date meteorologice incluse n anul de referin, deoarece ar

conduce la erori semnificative s considerm valoarea radiaiei furnizat de alt baz de date iar

restul parametrilor s fie luai din baza de date a anului tipic meteorologic.

De aceea, datele climatice utilizate n lucrarea de fa (temperatura exterioar i

intensitatea radiaiei solare) au fost determinate prin medierea valorilor orare furnizate de baza

de date METEONORM a programului de simulare Trnsys, pentru fiierul meteo Bucureti.

Astfel, temperatura exterioar medie lunar pentru Bucureti pentru lunile cu o posibil

climatizare este dat n tabelul urmator:

Tabel 1.9 : Temperaturi medii exterioare

e Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie

C -0,15 4,79 11,08 16,74 19,98 22,04 21,3 16,74 10,89 5,13


38/144


38

Intensitatile radiaiei solare medii lunare pentru Bucureti pentru lunile cu o posibil

climatizare:

Tabel 1.10 : Intensitile medii ale radiaiei solare

n cadrul programul de simulare Trnsys valorile temperaturii exterioare i ale radiaiei

solare sunt furnizate or de or prin intermediul subrutinei Type109-TMY2-Weather, subrutin

ce conine fiierul meteo realizat cu ajutorul programului Meteonorm i care are rolul de a citi i

procesa datele din fiierul meteo introdus.

Pe lng interesul direct de utilizare a datelor climatice n simulrile pentru studiile de

caz prezentate n capitolele 2 i 3, analiza modului n care trebuie prelucrate datele climatice

pune n eviden particularitile metodei statistice utilizate, n concordan cu aplicaiile care au

un caracter de prognoz (n cazul de fa a consumurilor de energie din cldiri)

Luna N S E V Oriz.

Februarie 27,4 104,54 52,45 55,4 81,93Martie 39,67 110,06 71,84 78,69 118,99

Aprilie 54,22 122,23 114,33 114,28 184,88

Mai 68,8 114,39 132,6 126,26 224,95

Iunie 84,35 114,72 152,30 150,57 266,82

Iulie 80,12 120,67 147,29 153,59 262,84

August 58,27 140,30 139,98 135,63 235,88

Septembrie 45,92 150,76 107,28 103,25 169,83

Octombrie 31,2 139,73 75,79 73,59 112,83

Noiembrie 20,4 84,67 37,34 39,6 57,9


39/144


39

I.8. Sistemul de rcire

Pentru a evalua consumul de energie pentru instalaia de climatizare se calculeaz mai

nti un necesar de rcire pentru cldirea sau zona de cldire considerat, prin metoda lunar sau

metode orare. Consumul de energie din sistemul de climatizare, n cazul n care se ia nconsiderare numai cldura sensibil, se determin cuplnd metodele de calcul ale necesarului de

energie pentru rcirea cldirii, cu metodele de calcul al consumului de energie din sistem.

Energia consumat de sistemele de climatizare (rcire) se poate calcula printr-o metod

simplificat, pe baza randamentului global al sistemului, sau printr-o alt metod mai complex,

pe baza puterilor calculate n condiii nominale de calcul i considernd un timp de funcionare

echivalent al sistemului.

1) Evalarea energiei consumate pe baza randamentului global al sistemului declimatizare.

Energia consumat se determin cu relaia:

R,sist

Rsist,R

Q=Q (1.19)

unde: QR,sist - energia consumat n sistemul de rcire, care include pierderile de energie ale

sistemului, [MJ];

QR - energia necesar pentru rcire a cldirii sau zonei, [MJ],

sist,R - eficiena global a sistemului de rcire, care include pierderile de energie lagenerarea, transportul, acumularea, distribuia i emisia de agent termic (aer i ap) din sistem.

Aceast eficien nu ine cont de:

- energia electric auxiliar introdus n sistemul de climatizare, Qaux,

- de coeficientul de performan al sursei frigorifice.

De aceea, energia electric total consumat n sistemul de climatizare (rcire), Qel. tot ,

va fi:

aux

sistF,R

tot,el QCOP

Q

Q [MJ] (1.20)

n care:

COP - coeficientul mediu de performan al mainii frigorifice, indicat de productor.

Qaux energia electric auxiliar utilizat de pompe, ventilatoare, servomotoare etc;


40/144


40

Deoarece exist foarte puine date fiabile referitoare la eficiena global a sistemelor i

inndseama de diversitatea soluiilor tehnice, este recomandat ca pierderile i recuperrile de

energie s fie evaluate pe componente.

2) Evalarea energiei consumate pe baza puterilor calculate n condiii de calcul i considernd

un timp de funcionare echivalent al sistemului.

n acest caz se evalueaz separat:

- pierderile de energie din sistem, Qpierd,

- consumul de energie electric pentru transportul aerului n instalaiile de ventilare/climatizare,

Qta ,

- consumul de energie electric pentru transportul agentului primar (ap cald sau ap rcit) ce

alimenteaz componentele instalaiei de climatizare (Centrala de Tratare a Aerului i aparatele

locale de tratare a aerului), Qtap,

- energia electric auxiliar utilizat de pompe, ventilatoare, servomotoare etc, Qaux,

- energia recuperat n sistem, Qrec ,

- consumul de energie electric pentru producerea frigului, la nivelul sursei de frig.

Atunci, energia consumat n sistemul de rcire QR,sistF se calculeaz pe baz de bilan:

rectapatapierdRsistF,R QQQQQQ (1.21)

unde:

QR - energia necesar pentru rcire a cldirii sau zoneiDup evaluarea energiei pierdute sau recuperate n sistem, se calculeaz energia electric

total consumat n sistemul de climatizare (rcire), Qel,tot

auxsistF,R

tot,el QCOP

QQ [MJ] (1.22)


41/144


41

Capitolul 2

CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU

CLIMATIZAREA CLDIRILOR PRIN CALCUL LUNAR

II.1. Descrierea general a metodei de calcul

Metoda de calcul lunar se aplic pentru cldirile rezideniale sau nerezideniale sau pri

ale acestora, climatizate, fr controlul umiditii interioare.

Se consider numai cldura sensibil, nu i cea latent.

Metoda are ca obiectiv calculul energiei necesare rcirii cldirilor pentru asigurarea unei

temperaturi interioare prescrise precum i al energiei consumate de sistemul de climatizare

pentru realizarea acestui scop.

Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea calculelor sunt:

- caracteristicile elementelor de anvelop i ale sistemelor de ventilare;

- sursele interne de cldur i umiditate,

- climatul exterior;- descrierea cldirii i a elementelor sale, a sistemelor de rcire i scenariului lor de utilizare;

- date privind sistemele de rcire i ventilare:

partiionarea cldirii n zone de calcul determinate de parametrii de confort diferi i/sau

scenarii de funcionare diferite;

pierderi de energie la sursele de rcire sau pe traseul de distribuie al agentului termic pn la

consumatori i eventuale recuperri ale acestei energii prin utilizarea recuperrii cldurii,

surselor regenerabile sau degajrilor interioare;

debitul de aer i temperatura aerului refulat (introdus) pe cale mecanic (fiind n prealabil

prenclzit sau/i prercit);


42/144


42

elementele de comand i control utilizate pentru meninerea parametrilor de confort la valorile

prescrise, de proiectare.

Principalele date de ieire (rezultate) ale metodei de calcul sunt:

- necesarul de energie lunar i anual pentru rcirea cldirilor ;

- consumul de energie lunar i anual pentru rcirea cldirilor ;

- durata sezonului de rcire;

- consumul de energie auxiliar pentru rcire i ventilare.Principalele date de ieire aditionale sunt:

- valori lunare pentru principalele elemente ce intervin n bilanurile de energie: transmisie,

ventilare, surse interne, aporturi solare;

- contribuia surselor de energie regenerabile;- pierderile din sistem i eventualele recuperri ale acestora.

Perioada de calcul utilizat de metoda prezentat este de o luna.

Pentru fiecare lun de calcul, necesarul de energie pentru rcire este calculat cu relaia:

Trsurse QQRQ (2.1)

Transferul total de cldur intre cldire i exterior este:

VT QQTrQ (2.2)

Cldura total datorat surselor interioare este Qsurse:

Sintsurse QQQ (2.3)

Necesarul de energie pentru rcire cuprinde urmtoarele etapele de calcul :

-calculul transferului de cldur prin transmisie

-calculul transferului de cldur ventilaie

-calculul aporturilor solare

-calculul aporturilor de cldur ale surselor interne

-calculul parametrilor dinamici

-calculul necesarului total de energie pentru rcire

n continuare vor fi prezentate relaiile de calcul aferente acestei metode cu valori

numerice pentru cldirea de birouri folosit n studiile de caz, cldire prezentat la subcapitolul

II.2. Ipoteze de calcul.


43/144


43

II.1.1. Transferul de cldur

Prin transmisie

Calculul coeficienilor de transfer prin transmisie

Transferul de cldur prin transmisie cuprinde transferul unidirecional prin suprafee i

transferul datorat punilor termice.

HT = L+Ls+Hu (2.4)

L - coeficientul de cuplaj termic prin anvelopa cldirii, n [W/K];

kkjj l*A*UL (2.5)

Elementul de construcie Rj Uj = 1/Rj Aj Uj * Aj j * lj L

[ - ] [ mK/W] [ W/mK ] [ m ] [ W/K ] [ w/mK ] [ W/K ]

Perete exterior 1.83 0.55 340.92 185.83 14.08 199.91Ferestre 0.78 1.29 43.20 55.60 0.00 55.60Teras 3.65 0.27 225.07 61.63 11.14 72.77

Tabel 2.1.: Calculul coeficientului de cuplaj termic prin anvelopa cldirii

Ls - coeficientul de cuplaj termic prin sol, n [W/K];

Elementul de construcie Rj Uj = 1/Rj Aj Uj * Aj j * lj Ls

[ - ] [ mK/W] [ W/mK ] [ m ] [ W/K ] [ w/mK ] [ W/K ]

Plac pe sol 5.77 0.17 225.07 38.99 73.45 112.44

Tabel 2.2.: Calculul coeficientului de cuplaj termic prin sol

Hu - coeficientul de pierderi termice prin spaii nenclzite, n [W/K];

Hu = 0

Influena punilor termice este introdus n expresia coeficientului L i Ls. [14]

Element deconstructie Detaliu

TabelnormativC107/3

l *l

[-] [-] [-] [W/mK] [m] W/m2K

Intersectie pereti cu termoizolatie farastalpisor =40 cm 2 -0.01 69.3 -0.69

Colt pereti cu termoizolatie farastalpisor =40 cm 4 0.09 29.7 2.67

Pereteexterior

(PE)

Tamplarie dublu (glaf lateral) =36,5cm, a=10 cm

51 0.06 57.6 3.46


44/144


44

Solbanc-tamplarie dubla, = 40 cm,PEcu termoizolatie

53(a=9cm)

0.15 36 5.40

Buiandrug-tamplarie dubla, = 40cm,PE cu termoizolatie

54(h=10cm)

0.09 36 3.24

Total 14.08

Intersectie terasa cu pereti interiori 46 0.1 85 8.50Intersectie terasa cu pereti exteriori 35 0.07 37.75 2.64Teras(TE)

Total 11.14Intersectie placa pe sol cu peretiinteriori

3.1-C107/5 0.64 85 54.40

Intersectie placa pe sol cu peretiexteriori 4-C107/5 0.5 38.1 19.05

Plac pesol

(pl-S)Total 73.45

Tabel 2.3.: Coeficieni care intr n calculul punilor termice

Valorile coeficienilor de transferHT sunt calculai n funcie de tipul fiecrui element de

construcie.

HPE coeficient de transfer termic prin transmisie pentru peretele exterior ;

HPE = 199,91 W/K

HFE coeficient de transfer termic prin transmisie pentru fereastr ;

HFE = 55,6 W/K

HTE coeficient de transfer termic prin transmisie pentru teras ;

HTE

= 72,76 W/K

Hpl-Sol coeficient de transfer termic prin transmisie pentru plac pe sol ;

Hpl-Sol = 112,44 W/K

HT coeficient total de transfer termic prin transmisie;

HT = 440,72 W/K

Calculul fluxului disipat prin transmisie

Fluxul total de cldur cedat prin transmisie este calculat pentru fiecare lun cu relaia :

)]-(*H[ ke,in

1kk,TT

(2.6)

Energia disipat prin transmisie:

t*Q TT (2.7)


45/144


45

HT,k coeficientul de transfer de cldur prin transmisie a elementului k ctre zona de

temperatur e,k ;

i - temperatura interioar a cldirii sau a zonei considerate;

e,k - temperatura spaiului exterior elementului k ;

t durata de calcul.

Sezonul de rcire HT [W/K] i [C] e [C] T [W]

Martie 4.79 -8907Aprilie 11.08 -6135

Mai 16.74 -3640Iunie 19.98 -2212Iulie 22.04 -1305

August 21.3 -1631

Septembrie 16.74 -3640

Octombrie 10.89 -6219Noiembrie

440.727 25

5.13 -8757

Tabel 2.4.: Calculul fluxului disipat prin transmisie

Fluxul disipat prin transmisie, respectiv energia, rmn aceleai pentru fiecare caz

studiat, deoarece n calculul acestora nu se regsesc nici temperatura de introducere, nici

numrul de ocupani, acetia fiind parametrii care variaz pe parcursul studiilor.

Prin ventilare

Calculul coeficienilor de transfer prin ventilare

vaaV V*c*=H (2.8)

unde:

a ca - capacitatea caloric a aerului refulat poate fi considerat cu valoarea de 1200 J/m3K

Vv debitul de aer proaspt

Debitul de aer proaspt s-a calculat pentru categoria de ambian II - nivel normal

recomandat cldirilor noi sau renovate. Acesta corespunde unei categorii de calitate a aerului

interior IDA 2, pentru o calitate medie a aerului interior. Aceste clase de calitate au fost descrise

n capitolul 1.

Sistemul de ventilare al cldirii este de tipul numai aer, considerandu-se un debit de aer

proaspat de 25 m3/h/pers pentru fiecare ocupant, n mediu n care nu se fumeaz, si respectiv un

debit specific de aer proaspat de 2,52 m3/(h*m2)pentru cldirile puin poluate (conform [89]).


46/144


46

Bppersv q*Aq*NV (2.9)

unde: Npers numrul de persoane;

qp debitul de aer proaspt pentru o persoan, [l/s/pers sau m3/h/pers];

A aria suprafeei pardoselii [m2], A=675,21 m2 ;

qB debitul de aer proaspt, pentru 1 m2 de suprafa, [l/s/m2 sau m3/h/m2];

Calculul fluxului disipat prin ventilare

Fluxul pierdut-primit de ctre cldire prin ventilare este calculat cu relaia :

)]-(*H[ kintr,in

1kk,vV

(2.10)

Energia disipat prin ventilare:

t*QVV

(2.11)

unde:

QV- energia total transferat ctre zona z, prin ventilare;

HV,k - coeficientul de transfer prin ventilare datorat aerului refulat n zona z, prin elementul k;

i - temperatura interioar a cldirii sau a zonei considerate;

intr,k - temperatura spaiului exterior elementului k,;

t - durata de calcul.

n cazul n care debitul de aer proaspt este introdus cu temperatura interioar, diferenade temperaturi este nul i astfel i energia disipat prin ventilare este nul.

II.1.2. Aporturile interioare de cldur

Aporturile solare

Calculul aporturilor solare rmne acelai pentru toate cazurile studiate, deoarece acestea

nu sunt influenate nici de temperatura de introducere a aerului, nici de gradul de ocupare alcldirii.


47/144


47

Aria de captare efectiv a radiaiei solare pentru elemente vitrate

Aceasta arie se calculeaz cu relaia:

FtuF,S A*F1**FA (2.12)

Orientare AFn F Fu Ft AS,F

[-] [m2] [-] [-] [-] [-] [-] [m2]

S 43.20 0.75 0.90 1.00 0.20 0.675 23.33

Tabel 2.5.: Calculul ariei de captare efectiv a radiaiei solare pentru elemente vitrate

Aria de captare efectiv a radiaiei solare pentru elemente opace

Aria de captare efectiv a unui element opac de anvelopa (perete, teras) se calculeaz cuformula:

ppse,ppp,s A*U*R*A (2.13)

Valorile numerice ale acestor coeficieni sunt:

p = 0,7 pentru perete exterior (tencuial ciment)i 0,91 pentru teras (pietri);

Rp,se= 0,083 m2K/W (pentru situaia de var hre=12) ;

Up = 0,59 W/m2K pentru perete exterior i Up = 0,32 W/m

2K pentru teras.

Orientare Element AP U P Rp,se AS,P

[-] [-] [m2] [w/m2k] [-] [m2K/W] [m2]

S Perete exterior 270.63 0.59 0.70 0.083 9.26E Perete exterior 70.29 0.59 0.70 0.083 2.40

Oriz Teras 225.07 0.32 0.91 0.083 5.52

Tabel 2.6.: Calculul ariei de captare efectiv a radiaiei solare pentru elemente opace

Radiatia termic nspre cer

Fluxul de cldura unitar transferat prin radiaie ctre bolta cereasc se scrie sub forma:

ceree,rpppcer *h*A*U*R (2.14)

hr,e coeficient de transfer de cldur prin radiaie la exterior, [W/m2K];

cere - diferena medie de temperatur dintre aerul exterior i temperatura aparent a bolii

cereti, [C];

Coeficientul de transfer de cldur prin radiaie la exteriorhr,ese aproximeaz cu relaia : 5h re W/m.K


48/144


48

S-a considerat emisivitatea =1, i astfel a rezultat hre=5 W/m.K

Pentru Romnia, cnd temperatura boltei cereti nu este disponibila n datele climatice,

se ia o valoare a diferenei medii de temperatura, cere , de 11 C.

Orientare Element Rp,se AP U hre e-cer cer[-] [-] [m2K/W] [m2] [w/m2k] [w/m2k] [K] [W]

S PE 0.083 270.63 0.59 5.00 11.00 727.343S FE 0.083 43.20 1.29 5.00 11.00 254.851E PE 0.083 70.29 0.59 5.00 11.00 188.911

Oriz TE 0.083 225.07 0.32 5.00 11.00 333.522

Tabel 2.7.:Pierderea de cldur prin radiaie ctre bolta cereasc

Calculul efectiv al aporturilor solare

Orientare

Element

constructie

lungime(m)

inaltime/

latime(m)

Nr.elemente

Suprafata

(m)

Suprafata

corectata

(m)

Rezistenta

(m2K/W)

As,p(m)

As,fe(m)

cer(W)

Fu Fsu Ff

Pereteexterior 31.7 9.9 1 313.83 270.63 1.705 9.26 727.34 1 1 0.5Sud

Fereastra 1.5 1.2 24 43.2 - 0.777 23.33 254.85 1 1 0.5

EstPerete

exterior 7.1 9.9 1 70.29 - 1.705 2.40 188.91 1 1 0.5Oriz Terasa 31.7 7.1 1 225.07 - 3.093 5.52 333.52 1 1 1

martie aprilie mai iunie iulie

Is(W/m)

s (W)Is

(W/m)s (W)

Is(W/m)

s (W)Is

(W/m)s (W)

Is(W/m)

s (W)

110.06 655.16 122.23 767.82 114.4 695.247 114.72 698.302 120.67 753.382110.06 2440.05 122.23 2723.96 114.4 2541.064 114.72 2548.762 120.67 2687.56471.84 78.27 114.33 180.43 132.6 224.333 152.3 271.722 76.0 88.273119.0 323.10 184.9 686.70 225.0 907.813 266.8 1138.863 262.8 1116.900

3496.59 4358.9 4368.457 4657.649 4646.118


49/144


49

august septembrie octombrie noiembrie

Is(W/m)

s (W)Is

(W/m)s (W)

Is(W/m)

s (W)Is

(W/m)s (W)

140.3 935.098 150.76 1031.927 139.73 929.822 84.7 420.404140.3 3145.493 150.76 3389.504 139.73 3132.196 84.7 1848.456

139.98 242.101 107.3 163.480 75.79 87.768 37.3

Teza Doctorat Anca Ionescu

Documents

Transcript of Teza Doctorat Anca Ionescu