Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
1
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII
BUCUREŞTI Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor
TEZĂ DE DOCTORAT
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
Doctorand Ing.Anca Maria IONESCU
Conducător ştiinţific Prof.univ.dr.ing. Iolanda COLDA
BUCUREŞTI 2011
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
2
Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul „Burse doctorale pentru ingineria mediului construit”, cod POSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB, proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naţional şi cofinanţat de către UTCB.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
3
MULŢUMIRI Doresc, în primul rând, să adresez întreaga mea recunoştinţă şi consideraţie
conducătorului meu ştiinţific, Prof. Univ. Dr. Ing. Iolanda COLDA, care m-a îndrumat cu
profesionalism şi tact pedagogic pe durata pregătirii doctorale şi care m-a susţinut în momentele
grele. Îi mulţumesc pentru încrederea, sprijinul şi atenta îndrumare pe care mi le-a oferit în toţi
aceşti ani.
Le mulţumesc distinşilor profesori membri ai comisiei de doctorat: domnului Prof. Univ.
Dr. Ing. Șerban LAZĂR – preşedinte – Decan, Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti,
doamnei Prof. Univ. Dr. Ing. Iolanda COLDA – conducător ştiinţific – membru – Universitatea
Tehnică de Construcţii Bucureşti, domnului Conf. Univ. Dr. Ing. Vasilică CIOCAN – referent –
membru – Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi, doamnei Conf. Univ. Dr. Ing.
Marina VERDEŞ – referent – membru – Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi,
domnului Conf. Univ. Dr. Ing. Andrei DAMIAN – referent – membru – Universitatea Tehnică
de Construcţii Bucureşti, pentru faptul că au acceptat să facă parte din comisia de doctorat şi
pentru sugestiile constructive făcute în urma analizării tezei mele, care au ajutat la îmbunătăţirea
conţinutului tezei.
De asemenea doresc să mulţumesc doamnei Şef de Lucrări Dr. Ing. Andreea VARTIRES
pentru îndrumarea şi sprijinul acordat în realizarea tezei.
Mulţumesc tuturor profesorilor mei şi Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti care
au contribuit la formarea mea profesională şi ştiinţifică.
Mulţumesc din inimă familiei şi tuturor celor apropiaţi care m-au sprijinit şi m-au
încurajat pe întreaga perioadă de desfăşurare a doctoratului.
Anca Maria IONESCU
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
4
CUPRINS
Capitolul 1 : PROBLEMATICA GENERALĂ REFERITOARE LA CONSUMUL DE
ENERGIE DIN CLĂDIRI
I.1. Cadrul legislativ
I.2. Obiectivul lucrării
I.3. Descrierea clădirii şi a elementelor de anvelopă
I.4. Condiţiile de confort şi calitatea aerului
I.5. Necesarul de energie la nivelul clădirii
I.5.1. Transferul de căldură
I.5.2. Aporturile interioare de caldura
I.6. Consumul de energie în clădiri
I.7. Datele climatice
I.8. Sistemul de răcire
Capitolul 2 : CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA
CLĂDIRILOR PRIN CALCUL LUNAR
II.1. Descrierea generală a metodei de calcul
II.1.1. Transferul de căldură
II.1.2. Aporturile interioare de căldură
II.1.3. Perioada de racire
II.1.4. Situaţia răcirii intermitente
II.2. Ipoteze de calcul
II.2.1. Ipoteze legate de clădire
II.2.2. Programul de funcţionare
II.3. Studii de caz
II.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura
interioară de calcul
II.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară
II.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi
II.3.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură variabilă
II.4. Comparaţie între cazuri şi concluzii
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
5
Capitolul 3 : CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA
CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE SIMPLIFICATE
III.1. Metoda orară bazată pe analogia termo-electrică
III.1.1 Rezolvarea ecuaţiei căldurii prin metoda diferenţelor 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 generală a programului de simulare
III.2.2. Aplicarea analogiei electrice pentru programul CoDyBa
III.2.3. Introducerea datelor de intrare în program
III.3. Studii de caz
III.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura
interioară de calcul
III.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară
III.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi
III.4. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar
Capitolul 4 : CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA
CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE AVANSATE
IV.1. Programul Trnsys
IV.1.1. Descrierea generală a programului de simulare
IV.1.2. Avantajele programului
IV.1.3. Introducerea datelor de intrare în program
IV.2. Studii de caz
IV.2.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura
interioară de calcul
IV.2.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară
IV.2.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi
IV.2.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură variabilă
IV.3. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar
Capitolul 5: CONCLUZII,CONTRIBUŢII PERSONALE,DIRECŢII DE CERCETARE BIBLIOGRAFIE
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
6
Capitolul 1
PROBLEMATICA GENERALĂ REFERITOARE LA CONSUMUL
DE ENERGIE DIN CLĂDIRI
I.1. Cadrul legislativ
În contextul schimbărilor pe plan climatic şi diminuării rezervelor de combustibili fosili,
scăderea consumului de energie a devenit un obiectiv important al ţărilor din Uniunea
Europeană, printre care şi România. Pentru a îndeplini acest obiectiv s-au elaborat o serie de
măsuri legislative care au drept ţintă limitarea consumului de energie.
Clădirile sunt responsabile pentru 40% din totalul consumului de energie în Uniunea
Europeană. Sectorul construcţiilor se află în expansiune, ceea ce va duce la creşterea consumului
de energie. Prin urmare, reducerea consumului de energie şi utilizarea energiei din surse
regenerabile în sectorul clădirilor constituie măsuri importante necesare pentru reducerea
dependenţei energetice a Uniunii şi a emisiilor de gaze cu efect de seră. [34]
Pe plan european
Cuantificarea consumului de energie are o importanţă majoră deoarece, până la 31
decembrie 2020, toate clădirile noi construite în UE vor trebui să producă aceeaşi cantitate de
energie pe care o consumă, adică vor fi clădiri al căror 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.
În Carta Verde (COM 769) din 29 noiembrie 2000, „Pentru o Strategie Europeană în
Aprovizonarea cu Energie”, Comisia UE a stabilit trei aspecte legate de necesitatea promovării
economisirii de energie:
- securitatea aprovizionării cu energie, dacă nu se iau măsuri, dependenţa de import va atinge
70% în 2030, faţă de 50% în prezent,
- problemele de mediu sunt din ce în ce mai accentuate, iar 94% din producţia de emisii de
gaze are loc în procesele de producere şi utilizare a energiei,
- UE are o influenţă limitată asupra condiţiilor de aprovizionare cu energie.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
7
De aceea este necesar să se intervină pe partea necesarului de energie (DSM – Demand Side
Management) prin promovarea economiilor de energie în sectoarele clădirilor şi
transporturilor.[72]
Sectoarele clădirilor rezidenţiale şi terţiare (birouri, spaţii comerciale, hoteluri,
restaurante, şcoli, spitale, săli de sport, piscine interioare) sunt cele mai mari consumatoare finale
de energie, în special, pentru încălzire, iluminat, aparatură electrocasnică şi echipamente.
Numeroase studii precum şi experienţa practică au arătat că în aceste sectoare există un mare
potenţial de economisire de energie.
În Carta Verde (COM 769) din 29 noiembrie 2000, Comisia reafirmă un obiectiv mai
vechi: în fiecare an, să se imbunătăţească intensitatea energetică a consumului final cu 1% mai
mult decât ar fi fost atins în mod normal. Ţinta stabilită este de 9% reducere în consumul final de
energie măsurat în cel de-al 9-lea an de aplicare a acestei directive. Pentru sectorul clădirilor,
acest obiectiv ar rezulta în evitarea a 100 Mt/an emisii de CO2 sau aproximativ 20% din
angajamentul UE la Kyoto. [72]
Constanând că promovarea programelor pentru tehnologii noi nu a fost foarte eficientă şi
că există diferenţe considerabile între nivelurile de performanţă energetică cerute de standardele
actuale ale statelor membre, Parlamentul European şi Consiliul UE au adoptat în decembrie 2002
Directiva 2002/91/EC asupra „Performanţei Energetice a Clădirilor”. Obiectivul principal al
acestei Directive este de a promova îmbunataţirea performanţei energetice a clădirilor în cadrul
UE, sub rezerva unei abordări integrate astfel încât numai măsurile eficiente din punct de vedere
economic să fie implementate. Dată fiind durata de viaţă a clădirilor (între 50 şi 100 ani), cel mai
mare potenţial de imbunătăţire a performanţei energetice pe termen scurt şi mediu se află la
clădirile existente. Directiva îşi propune să stabilească un cadru care va conduce la o mai bună
coordonare între legislaţiile statelor membre în acest domeniu. Directiva are în vedere
următoarele patru obiective: [33]
- stabilirea unui cadru general pentru o metodologie comună de calcul a performanţei
energetice integrate a clădirilor
- aplicarea unor standarde minime de performanţă energetică pentru clădirile noi si
anumite clădiri existente (de exemplu, mai mari de 1000 mp), atunci când acestea sunt
renovate
- schemele de certificare pentru clădirile noi sau existente pe baza standardelor de mai sus
şi expunerea publică a certificatelor de performanţă energetică precum si a temperaturilor
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
8
interioare recomandate şi a altor factori climatici relevanţi in clădirile publice şi clădirile
frecventate de către public. Certificatele trebuie să nu fie mai vechi de 5 ani, sa includă
recomandări privind imbunătăţirea performanţei energetice şi să fie disponibile atunci
când clădirile sunt vândute sau inchiriate
- inspecţii specifice şi revizia cazanelor şi a instalaţiilor de incălzire/răcire: cazanele având
o putere nominală intre 10 şi 100 kW trebuie inspectate regulat, cazanele având o putere
nominală de peste 100 kW trebuie inspectate la interval de 2 ani, inspectarea intregii
instalaţii de incălzire în cazul în care cazanele sunt mai mari de 10 kW şi mai vechi de 15
ani.
Această Directivă a fost completată ulterior prin Directiva 2010/31/EC a Parlamentul
European şi Consiliul UE privind performanţa energetică a clădirilor, adoptată la Strasbourg la
19 mai 2010. Începând cu 1 februarie 2012, Directiva 31/2010 va înlocui Directiva 91/2002,
aceasta din urmă urmând a fi abrogată. Noua Directivă a apărut datorită necesităţii stabilirii unor
acţiuni mai concrete, care să vizeze exploatarea marelui potenţial, încă nevalorificat, al
economisirii de energie în sectorul clădirilor şi reducerea marilor decalaje între statele membre în
ceea ce priveşte rezultatele obţinute în acest sector.
Obiectivele Directivei 31 rămân aceleaşi ca şi în cazul Directivei 91, mai sus menţionate.
La acestea se adugă obligativitatea statelor membre de a elabora planuri naţionale pentru
creşterea numărului de clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero. Acest
obiectiv vine în întâmpinarea legislaţiei Europene conform căreia din 2021 toate clădirile noi
construite vor fi clădiri zero energie iar din 2019 clădirile noi ocupate şi deţinute de autorităţile
publice sunt clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero. Planurile naţionale
trebuie să cuprindă printre altele: [34]
- informaţii privind politicile şi măsurile financiare pentru promovarea clădirilor al căror
consum de energie este aproape egal cu zero,
- măsurile naţionale referitoare la utilizarea energiei din surse regenerabile în clădirile noi
şi în clădirile existente care fac obiectul unor renovări majore
- obiective intermediare privind îmbunătătirea performantei energetice a clădirilor noi,
până în 2015
- stabilirea unui indicator numeric (exprimat în kWh/m2 pe an) utilizat pentru stabilirea
consumului de energie primară, care se poate baza pe valorile medii anuale naţionale sau
regionale şi poate ţine seama de standardele europene relevante
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
9
Aceste planuri naţionale sunt transmise periodic Comisiei, care le evaluază şi publică un
raport până la 31 decembrie 2012 şi ulterior o dată la trei ani, privind progresele înregistrate de
statele membre privind creşterea numărului de clădiri al căror consum de energie este aproape
egal cu zero. Pe baza acestui raport, Comisia elaborează un plan de acţiune referitor la
transformarea clădirilor existente în clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero.
Directiva 31/2010 introduce nou conceptul de „nivel optim din punct de vedere al
costurilor”. Acesta reprezintă nivelul de performanţă energetică care determină cel mai redus
cost pe durata normată de funcţionare rămasă a unei clădiri sau a unor elemente de clădire.
Pentru a determina nivelul optim din punctul de vedere al costurilor, se face o analiză cost-
beneficiu calculată pe durata normată de funcţionare, care trebuie să fie pozitivă.
Pe plan naţional
Având in vedere atenţia deosebită ce se acordă pe plan european economiei de energie şi
protecţiei mediului precum şi pentru asigurarea condiţiilor de armonizare a reglementărilor
naţionale cu cele europene referitoare la cerinţa de economie de energie, în ultimii ani au fost
elaborate o serie de acte legislative în acest domeniu.
Elaborarea Legii nr. 199/13.11.2000 “Legea eficienţei energetice”, având ca scop crearea
cadrului legal pentru elaborarea şi aplicarea unei politici naţionale de utilizare eficientă a
energiei, în conformitate cu prevederea tratatului Cartei Energiei, ale Protocolului Cartei
Energiei privind eficienţa energetică şi aspectele legate de mediu şi cu principiile care stau la
baza dezvoltării durabile, în cadrul căreia se instituie obligaţii şi stimulente pentru producătorii şi
consumatorii de energie, în vederea utilizării eficiente a acesteia.
Elaborarea Normelor metodologice pentru aplicarea Legii 199/2000 privind utilizarea
eficientă a energiei, aprobate prin Hotărârea Guvernului României nr. 393/ 18.04.2002, in care se
definesc programele de eficienţă energetică, societăţile comerciale de management şi servicii
energetice şi se specifică stimulentele fiscale şi financiare pentru activităţi care duc la creştereea
eficienţei energetice.
Legea 372 din 13.12.2005 privind performanţa energetică a clădirilor (publicată in
Monitorul Oficial nr. 1 Partea I din 19.12.2005). Această lege transpune Directica 2002/91 în
legislaţia românească. Conform legii, s-a instituit obligativitatea evaluarii performanţei
energetice a clădirilor noi şi existente, clădirile noi trebuie să se conformeze unor cerinte minime
privind performanţa energetică. Astfel, performanţa energetică a clădirilor trebuie să fie calculată
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
10
pe baza unei metodologii comune pentru ţările europene, bazată pe standardele europene CEN
ISO existente deja sau care vor mai fi elaborate in continuare, dar care poate fi diferenţiată la
nivel regional, luându-se insă in consideraţie condiţiile climatice locale şi care, pe lângă izolaţia
termică include şi alţi factori cu un rol din ce in ce mai important, cum ar fi instalaţiile de
incălzire şi de condiţionare a aerului, folosirea surselor de energie regenerabila şi configuraţia
clădirii. Un sistem de certificare a clădirilor va conştientiza mult mai bine proprietarii, chiriaşii şi
utilizatorii aspra nivelurilor de consum de energie. [60]
Pentru realizarea condiţiilor de implementare a prevederilor din actele legislative
prezentate mai sus, pe parcursul mai multor ani au fost elaborate o serie de reglementări noi sau
au fost revizuite cele existente. Această activitate s-a desfăşurat pe două direcţii:
- activitate coordonată de MDLPL (în prezent MDRT), in cadrul căreia au fost elaborate
reglementări tehnice de tip: normativ, ghid, metodologie, specificaţie tehnică, soluţii cadru,
- activitate coordonată de ASRO, in cadrul căreia au fost adoptate standarde europene ca
standarde româneşti.
Printre aceste reglementări tehnice se numără şi Metodologia de evaluare a performanţei
energetice a unei clădiri MC001, reglementată prin OM 157/2007; aceasta transpune în România
prevederile Directivei 2002/91/CE conform Legii nr. 372/2005 privind performanţa energetică a
clădirilor. Normativul menţionat este compus din trei părţi: metodologia de determinare a
caracteristicilor hidro-termo-energetice ale elementelor cae alcătuiesc anvelopa clădirii,
metodologia de analiză a instalaţiilor şi echipamentelor clădirii şi metoda de întocmire a
auditului energetic al clădirii şi a certificatului de performanţă energetică a clădirii.
Ulterior, Ordinul 1071/16.12.2009 modifică şi completează OM 157/2007, adăugând încă
două părţi Metodologiei de calcul, şi anume: partea IV – Breviar de calcul al performanţei
energetice a clădirilor şi apartamentelor, indicativ MC001/4-2009, şi partea V –Model certificat
de peformanţă energetică al apartamentului, indicativ MC001/5-2009. Astfel, metodologia este
structurată la ora actuală pe cinci părţi.
Obiectivele propuse de statele membre UE vor contribui la crearea de condiţii uniforme
pentru eforturile de economisire a energiei făcute în sectorul construcţiilor şi vor oferi
eventualilor proprietari sau utilizatori transparenţă în ceea ce priveşte performanţa energetică pe
piaţa de proprietăţi imobiliare a Comunitaţii Europene. Astfel:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
11
- Clădirile noi vor trebui să respecte cerinţele de bază privind performanţa energetică
adaptate climatului local.
- Ţinând seama de faptul că aplicarea sistemelor de alimentare cu energie alternativă nu este,
în general, explorată la maxim, va trebui să se analizeze fezabilitatea tehnică, economică şi de
mediu a sistemelor de alimentare cu energie alternativă.
- În ultimii ani, numărul sistemelor de condiţionare a aerului din ţările din sudul Europei a
crescut. Acest lucru creează probleme importante in perioadele de vârf, crescând costul
electricităţii şi destabilizând echilibrul energetic din acele ţări. Vor trebui dezvoltate în
continuare tehnicile de răcire pasivă pentru a îmbunătăţii condiţiile climatice din locuinţe.
- Controlul consumului de energie la nivelul ţărilor europene este un instrument important
care îi dă Comisiei Europene posibilitatea dea influenţa piaţa mondială a energiei şi siguranţa
alimentării cu energie pe termen lung şi mediu.
Pentru a putea atinge obiectivele propuse, statele membre ale Uniunii Europene s-au
organizat în grupe de lucru cu sarcini precise. Se fac întâlniri periodice în care sunt discutate
rezultatele obţinute, la care România a participat cu regularitate începând din decembrie 2005.
Ca urmare a acestor întâlniri, a fost elaborată Metodologia de calcul al performanţei energetice a
clădirilor MC001.
I.2. Obiectivul lucrării
Obiectivul principal al lucrării îl reprezintă o analiză aprofundată a metodelor de evaluare
a consumului de energie în clădiri.
Lucrarea îşi propune pe de-o parte să analizeze bazele teoretice ale acestor metode, cu
scopul de a aproxima cât mai aproape de realitate necesarul de energie pentru răcirea clădirilor.
În cadrul acestei analize s-au utilizat metode de calcul legiferate ale consumului de energie, şi
anume metoda lunară şi metode orare. Prima metodă este metoda de calcul lunară, metodă
reglementară cuprinsă în Metodologia de calcul naţională MC001, "Metodologia de calcul al
performantei energetice a cladirilor". Cea de-a doua metodă este metoda de calcul orară
simplificată, simulată cu programul CoDyBa. Cea de-a treia metodă este metoda de calcul orară
avansată, simulată cu programul Trnsys.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
12
Pe de altă parte, teza de faţă are ca scop să evidenţieze, prin studii de caz, probleme mai
puţin cunoscute şi studiate care influenţează consumul de energie, cum ar fi densitatea de
ocupare a spaţiilor, debitele de aer proaspăt şi stragia de ventilare. Studiile de caz studiate au fost
astfel alese încât să se pună în evidenţă aceste influenţe.
Pentru a evidenţia diferitele aspecte luate în calcul de fiecare dintre metodele de evaluare
a energiei necesare răcirii, s-au variat pe rând anumiţi parametri reprezentativi de intrare, cum ar
fi temperatura de introducere a aerului proaspăt şi numărul de ocupanţi. S-a făcut o comparaţie
între aceste situaţii pentru a putea vedea în ce măsură aceşti parametri influenţează consumul de
energie. Se pot astfel găsi soluţii în cunoştinţă de cauză pentru a reduce aproximările inerente
unei metode cu pas mare de timp. O serie de lucrări au arătat în ce măsură creşte incertitudinea
valorilor obţinute prin metode cu pas de o lună sau de un sezon, dar din punct de vedere practic,
aceste metode sunt cele preferate de aplicanţi datorită simplităţii şi rapidităţii de calcul.
Atât calculul lunar cât şi cel orar s-au făcut pentru climatizarea unei zone dintr-o clădiri
de birouri (clădire monozonă), pentru perioada sezonului de răcire, în condiţiile de asigurare a
temperaturii interioare de confort de 25°C.
Metodele utilizate pentru calculul energiei necesare răcirii clădirii se aplică pentru clădiri
climatizate fără controlul umidităţii interioare.
Necesarul de răcire se calculează pentru întreaga perioada de răcire determinată, în cazul
metodei lunare însumând valorile obţinute pentru fiecare lună. În cazul metodelor orare,
programul CoDyBa şi programul Trnsys însumează valorile obţinute oră de oră, indicând la final
consumul total de energie.
I.3. Descrierea clădirii şi a elementelor de anvelopă
În acest subcapitol sunt definiţi termenii care intră în calculele de la capitolele 2, 3 şi 4, cu
relaţiile lor de calcul şi semnificaţia lor, din punct de vedere teoretic, fără valori numerice.
Anvelopa unei clădiri este alcătuită dintr-o serie de suprafeţe prin care are loc transfer
termic. Definirea geometriei clădirii cu elementele de construcţie componente este esenţială
înaintea începerii unui calcul de consum de energie, atât prin metode clasice cât şi cu programe
de simulare. Elemente componente ale anvelopei clădirii se pot clasifica după cum urmează,
conform [68]:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
13
- clasificare în raport cu poziţia în cadrul sistemului clădire:
▪ elemente exterioare în contact direct cu aerul exterior (ex: pereţilor exteriori,
inclusiv suprafaţa adiacentă rosturilor deschise);
▪ elemente interioare care delimiteazǎ spaţiile încǎlzite de spaţii adiacente
neîncǎlzite sau mai puţin încǎlzite (ex: pereţii şi planşeele care separă volumul
clădirii de spaţii adiacente neîncălzite sau mult mai puţin încălzite, precum şi de
spaţiul rosturilor închise);
▪ elemente în contact cu solul;
- clasificare în funcţie de tipul elementelor de construcţie:
▪ opace (ex: partea opacă a pereţilor exteriori, inclusiv suprafaţa adiacentă
rosturilor);
▪ elemente vitrate – elemente al căror factor de transmisie luminoasă este egal sau
mai mare de 0,05 (de exemplu: componentele transparente şi translucide ale
pereţilor exteriori şi acoperişurilor - ferestre, tâmplăria exterioară, pereţii vitraţi
şi luminatoarele);
- clasificare în funcţie de poziţia elementelor de construcţie în cadrul anvelopei clǎdirii:
▪ verticale – elemente de construcţie care fac un unghi cu planul orizontal mai
mare de 60 grade (ex: pereţilor exteriori);
▪ orizontale – elemente de construcţie care fac un unghi cu planul orizontal mai
mic de 60 grade (de exemplu planşeele de peste ultimul nivel, de sub poduri,
planşeele de peste pivniţe şi subsoluri neîncălzite, planşeele care delimitează
clădirea la partea inferioară, faţă de mediul exterior - bowindouri, ganguri de
trecere ş.a).
Aria anvelopei clădirii - A - reprezentând suma tuturor ariilor elementelor de construcţie
perimetrale ale clădirii, prin care are loc transfer termic, se calculează cu relaţia:
A = ΣAj [m2] (1.1)
în care :
Aj ariile elementelor de construcţie care intră în alcătuirea anvelopei clădirii;
Aria anvelopei se calculează doar pentru suprafeţele interioare ale elementelor de
construcţie perimetrale, ignorând existenţa elementelor de construcţie interioare (pereţii interiori
şi planşeele intermediare).
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
14
Rezistenţă termică unidirecţională (R) se calculează pentru fiecare element de construcţie
(perete exterior, terasă etc), însumând rezistenţele termice aferente fiecărui strat din care este
compus elemetul respectiv.
sej
jsisejsi R)
d(RRRRR
(1.2)
Rsi, Rse - rezistenţă la transfer termic superficial (interior /exterior) [m2.K/W]
Rj – rezistenţa fiecărui strat din care este compus elemetul respectiv [m2.K/W]
d - grosimea fiecărui stratului din elementul de construcţie considerat [m]
-conductivitatea termică a materialului din care e alcătuit stratul respectiv [W/(mK)]
Rezistenţele la transfer termic superficial (Rsi şi Rse) se consideră în calcule în funcţie de
direcţia şi sensul fluxului termic; Rsi =1/hi şi Rse =1/he :
Direcţia şi sensul fluxului termic
Elemente de construcţie în contact cu: • exteriorul • pasaje deschise (ganguri)
Elemente de construcţie în contact cu spaţii ventilate neîncălzite: • subsoluri şi pivniţe • poduri • balcoane şi logii închise • rosturi închise • alte încăperi neîncălzite
hi/Rsi he/Rse hi/Rsi he/Rse
0,1258
*)
0,04224
0,1258
0,08412
0,1258
*)
0,04224
0,1258
0,08412
0,1676
*)
0,04224
0,1676
0,08412
*) Pentru condiţii de vară : he = 12 W/(m2K), Rse = 0,084 m2K/W
Tabelul 1.1: Coeficienţi de transfer termic superficial hi şi he [W/(m2K)] şi
rezistenţe termice superficiale Rsi şi Rse [m2K/W]
i e, u
i
e, u
i
e, u
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
15
Inversul rezistenţei termice reprezintă transmitanţa termică U (coeficientul unidirecţional
de transmisie termică prin suprafaţă) şi se determină cu relaţia :
R1U [W/(m2K)] (1.3)
Din punct de vedere termic, acesta reprezintă fluxul termic în regim staţionar, raportat la
suprafaţa şi la diferenţa de temperatură dintre temperaturile mediilor situate de o parte şi de alta a
unui sistem.
În calculul consumului de energie se foloseşte o rezistenţă termică corectată (R’), care pe
lângă rezistenţa unidirecţională definită mai sus, ia în calcul şi influenţa punţilor termice.
Puntea termică reprezintă porţiune din anvelopa unei clădiri, în care valoarea fluxului
termic este sensibil modificată ca urmare a faptului că izotermele nu sunt paralele cu
suprafeţele elementelor de construcţie. Modificarea fluxului termic se datorează :
- alăturarea de materiale cu o conductivitate termică diferită în anvelopa clădirii şi/sau
- schimbarea în grosimea structurii şi/sau
- diferenţa între suprafeţele interioare şi exterioare, cum există la intersecţiile între perete/
pardoseala/ tavan.
Lungimile punţilor termice liniare (l) se măsoară în funcţie de lungimile lor reale, existente
în cadrul ariilor A; în consecinţă ele sunt delimitate la extremităţi de conturul suprafeţelor
respective.
Punţile termice sunt definite prin doi parametrii: (transmitanţă termică liniară) şi
(transmitanţă termică punctuală). Aceştia sunt termeni de corecţie care introduc influenţa
liniară, respectiv punctuală a unei punţi termice în calculul coeficientului de cuplaj termic L,
necesar pentru calculul transferului de căldură prin transmisie.
Punţile termice liniare care trebuie în mod obligatoriu să fie luate în considerare la
determinarea parametrilor “l” şi “ ” sunt, în principal, următoarele:
intersecţia dintre pereţii exteriori şi planşeul de terasă (în zona aticului sau a cornişei);
intersecţia dintre pereţii exteriori şi planşeul de pod (în zona streşinii);
intersecţia dintre pereţii exteriori şi planşeul peste subsolul neîncălzit (în zona soclului);
intersecţia dintre pereţii exteriori şi placa pe sol (în zona soclului);
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
16
colţurile verticale (ieşinde şi intrânde) formate la intersecţia dintre doi pereţi exteriori
ortogonali;
punţile termice verticale de la intersecţia pereţilor exteriori cu pereţii interiori structurali (de
ex. stâlpişori din beton armat monolit protejaţi sau neprotejaţi, pereţii din beton armat
adiacenţi logiilor, ş.a);
intersecţia pereţilor exteriori cu planşeele intermediare (în zona centurilor şi a consolelor din
beton armat monolit, ş.a.);
plăcile continue din beton armat care traversează pereţii exteriori la balcoane şi logii;
conturul tâmplăriei exterioare (la buiandrugi, solbancuri şi glafuri verticale).
Transmitanţa termică corectată/coeficientul corectat de transmisie termică prin suprafaţă
U' se calculează cu relaţia generală :
AA
lR1
R1U '
'
[W/(m2K)] (1.4)
în care :
R rezistenţa termică totală, unidirecţională, aferentă ariei A;
l lungimea punţilor liniare de acelaşi fel, din cadrul suprafeţei A.
I.4. Condiţiile de confort şi calitatea aerului
Deşi se urmăreşte calculul necesarului de energie, condiţiile de confort trebuie păstrate,
acestea fiind detaliate în continuare.
Confortul termic este senzaţia de bună stare fizică rezultată din faptul că schimbul de
căldură dintre corpul uman şi mediul înconjurător se realizează fără suprasolicitarea sistemului
termoregulator.
Pentru a se asigura confortului termic al ocupanţilor din încăperi, aerul interior trebuie să
aibă anumite caracteristici, în special temperatură, umiditate, prescrise în funcţie de destinaţia
încăperii. În acelaşi timp trebuie asigurată calitatea aerului interior, aceasta caracterizând
conţinutul de poluanţi din încăpere. Poluanţii nu trebuie să depăşeste concentraţiile sau dozele
admise (asimilate de persoane în perioada de ocupare), asigurând astfel igiena şi sănătatea
persoanelor. Normele româneşti [89] clasifică categoriile de clădiri în clasele din tabelul 1.2.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
17
Categorie Descriere
IDA 1 Calitate ridicată a aerului interior IDA 2 Calitate medie a aerului interior
IDA 3 Calitate moderată a aerului interior
IDA 4 Calitate scăzută a aerului interior
Tabelul 1.2: Clasificare de bază a calităţii aerului interior (IDA)
Pentru a menţine calitatea aerului interior într-una dintre aceste patru categorii, este
necesar introducerea de aer proaspăt prin ventilare pentru a dilua concentraţia de poluanţi din
zona considerată. Standardul [89] prevede concentraţiile maxime de dioxid de carbon pentru
fiecare din cele patru clase de calitate a aerului.
Climatizarea are drept scop realizarea unei ambianţe interioare care să răspundă
condiţiilor de confort termic.
Pentru caracterizarea ambianţei interioare se stabilesc patru categorii I – IV [90]:
Categoria
ambianţei Caracteristici şi domeniu de aplicare recomandat
I Nivel ridicat recomandat pentru spaţiile ocupate de persoane foarte sensibile şi fragile, care au exigenţe specifice, ca de exemplu bolnavi, persoane cu handicap, copii mici, persoane în vârstă
II Nivel normal recomandat clădirilor noi sau renovate
III Nivel moderat acceptabil, recomandat în clădiri existente
IV Nivel în afara celor de mai sus; recomandat a fi acceptat pentru perioade limitate de timp
Tabelul 1.3: Categorii de ambianţă interioară
Din punct de vedere al calităţii aerului interior, clasele I – IV corespund claselor IDA1 –
IDA4 definite mai sus.
Confortul termic este determinat de următorii parametri:
- temperatura aerului interior,
- temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor cu care corpul uman schimbă căldură prin radiaţie,
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
18
- umiditatea relativă a aerului,
- viteza aerului interior,
- izolarea termică a îmbrăcăminţii,
- activitatea ocupanţilor care determină căldura degajată (metabolismul).
Temperatura interioară este parametrul esenţial de care depinde confortul termic. Plajele
de valori acceptabile pentru temperatura interioară de calcul sunt date în tabelul de mai jos,
conform [89], în funcţie de tipul de clădire şi de ceilalţi parametrii care influenţează confortul
termic- îmbracamintea şi activitatea ocupanţilor:
Temperatura de calcul a aerului [oC] Tipul de clădire sau încăpere Categoria Temperatura pentru încălzire; Îmbrăcăminte 1,0 clo
Temperatura pentru răcire*; Îmbrăcăminte 0,5 clo
I 21,0 – 25,0 23,5 – 25,5 II 20,0 -25,0 23,0 – 26,0
Clădiri de locuit (camere de zi, dormitoare) activitate sedentară – 1,2 met III 18,0 – 25,0 22,0 – 27,0
I 18,0 – 25,0 II 16,0 – 25,0
Clădiri de locuit (alte încăperi) stând în picioare, mers – 1,5 met
III 14,0 – 25,0 I 21,0 – 23,0 23,5 – 25,5 II 20,0 – 24,0 23,0 – 26,0
Birouri individuale sau tip peisaj, săli de reuniune, cofetării, cafenele, restaurante, săli de clasă activitate sedentară – 1,2 met
III 19,0 – 25,0 22,0 – 27,0
I 19,0 – 21,0 22,5 – 24,5 II 17,5 – 22,5 21,5 – 25,5
Creşe, grădiniţe stând în picioare, mers – 1,4 met III 16,5 – 23,5 21,0 – 26,0
I 17,5 – 20,5 22,0 – 24,0 II 16,0 – 22,0 21,0 – 25,0
Magazine mari stând în picioare, mers – 1,6 met
III 15,0 – 23,0 20,0 – 26,0 * Pentru răcire, temperatura aerului se va alege din plaja de valori din tabel, astfel încât diferenţa
dintre temperatura exterioară şi cea interioară de calcul să nu depăşească 10oC ; în cazul în care
valorile maxime indicate în tabel sunt mai mici, se aleg valorile din tabel.
Tabelul 1.4: Temperatura interioară de calcul pentru climatizare de confort
Pentru a asigura temperatura dorită, spaţiul respectiv trebuie climatizat. Climatizarea este
procesul prin care în interiorul încăperilor se asigură o temperatură controlată a aerului,
indiferent de procesele termice din interiorul sau din exteriorul clădirii. Climatizarea presupune
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
19
încălzirea şi răcirea controlată a spaţiilor. Prin climatizare se urmăreşte realizarea confortului
termic al ocupanţilor din încăperi.
Confortul termic depinde şi de umiditatea aerului interior, care poate fi controlată prin
climatizare, dar nu este neapărat necesar. Conform [89], controlul umidităţii se realizează numai
în clădiri în care tipul activităţii necesită acest fapt (exemplu: muzee, laboratoare speciale,
anumite săli din spitale, hale cu diferite procese tehnologice), sau la cererea scrisă a
beneficiarului, deoarece necesită un consum de energie suplimentar. Pentru clădirile care nu
necesită controlul umidităţii, instalaţia de climatizare se dimensionează pentru o umiditate de
50% [89].
Utilizând domeniul tipic de temperatură a aerului pentru o zonă încălzită sau ventilată/
climatizată, adică de la 20 la 27 °C, evaporarea apei de la suprafata a pielii este nesemnificativă
cantitativ, jucând un rol minor în determinarea echilibrului dintre om şi mediul termic. Din acest
motiv, umiditatea relativă poate varia între 30 şi 70% păstrând o stare acceptabilă de confort
termic în condiţiile de temperatură descrise.
Limita inferioară (30%) trebuie respectată pentru a preveni uscarea ochilor, dar, de
asemenea, pentru a împiedica circulaţia de praf şi de alţi poluanţi în aerul de interior. În acest
scop, în clădiri ventilate echipate cu un sistem centralizat de distribuţie şi de tratare a aerului
(CTA) este prevăzut un compartiment pentru umidificarea aerului de afară înainte de a fi
introdus în cameră.
Limita superioară de umiditate (70% sau mai puţin, în funcţie de temperatura din interior)
trebuie să fie respectate pentru a evita trei probleme posibile:
- apariţia condensului pe faţada interioară a elementelor de construcţie exterioare slab izolate
(ferestre, pereţi) în timpul iernii;
- senzaţie de sufocare, care poate apărea la o umiditate relativă prea mare în rapor cu
temperatura din interior (în funcţie de diagrama Molier care defineşte relaţia între
temperatură şi umiditate) ;
- dezvoltarea ciupercilor în aerul de interior şi degradarea materialelor de construcţie.
Viteza aerului într-o încăpere influenţează confortul termic prin pierderile de căldură prin
convecţie între o persoană şi mediul ambient, putând provoca un inconfort termic local datorat
curentului de aer. Viteza medie a aerului este recomandată în tabelul de mai jos ([37], [90]),
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
20
pentru a asigura limitele confortului termic. Aceasta este dată în funcţie de un indice de curent
DR (draught rate – indicele persoanelor deranjate de senzaţia de curent) cuprins între 10 şi 20%
şi o intensitate a turbulenţei de 40% (pentru un sistem de ventilare tip amestec).
Temperatura locală a aerului Ta (oC)
Domeniu tipic Valoare prin lipsă (DR=15%)
Ta = 20 de la 0,1 la 0,16 v ≤ 0,13 Ta = 21 de la 0,1 la 0,17 v ≤ 0,14 Ta = 22 de la 0,11 la 0,18 v ≤ 0,15 Ta = 24 de la 0,13 la 0,21 v ≤ 0,17 Ta = 26 de la 0,15 la 0,25 v ≤ 0,20
Tabelul 1.5: Valori recomandate pentru viteza aerului din încăperi
Dacă factorii care influenţează confortul termic prezentaţi anterior sunt legaţi de
ambianţă, următorii doi factori sunt legaţi de ocupanţi: activitatea acestora (metabolismul) şi
îmbrăcămintea.
Metabolismul se referă la productia de căldură în interiorul corpului uman care îi permite
acestuia să-şi păstreze temperatură internă în jurul valorii de 36,7 oC. Dacă o persoană este în
miscare, un metabolism de lucru corespunzănd activitaţii sale particulare se adaugă la
metabolismul de bază al corpului în repaus.
Unitatea de masură pentru metabolism este „met” 1 met = 58,2 W/m²
Îmbracamintea reprezintă o rezistentă termică pentru schimburile de caldură între
suprafaţa pielii şi mediu, păstrând căldura la interior.
Unitatea de masură pentru îmbracaminte este „clo” 1 clo = 0,155 m²°C/W.
Parametru Domeniul uzual de încadrare Valori pentru proiectare
Îmbrăcăminte Vara: 0,5 - 0,7 clo Iarna : 0,8 - 1,0 clo
Vara: 0,5 clo Iarna: 1,0 clo
Activitate De la 1,0 până la 1,4 met 1,2 met
Tabelul 1.6: Ipoteze de proiectare pentru îmbrăcăminte şi activitate pentru o clădire de birouri (conform [37])
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
21
I.5. Necesarul de energie la nivelul clădirii
În vederea evaluării consumului de căldură este necesară o analiză la nivelul clădirii,
pentru a vedea parametrii de care depinde necesarul de răcire, prezentat pe scurt în continuare.
Schimbul de căldură între clădire şi mediul înconjurător se poate realiza transfer prin
transmisie (QT) sau prin ventilare (Qv).
Căldura totală pătrunsă în încăpere (aporturi) provine de la sursele de căldură exterioare
(solare) şi interioare (degajări de căldură de la oameni, iluminat şi aparatură electronică).
Bilanţul de căldură la nivelul clădirii este figurat în diagrama de mai jos:
Fig.1.1.: Diagrama energetică pentru clădire, cazul în care există pierderi de căldură ale
încăperii prin transfer de căldură prin anvelopă şi prin ventilare
Notaţii:
Qsurse – căldura totală pătrunsă în încăpere, provenită de la sursele de căldură, exterioare şi
interioare, în situaţia răcirii încăperilor;
QS – căldura provenită de la soare,
Qint – căldura degajată de sursele interioare;
QT – căldura totală schimbată de clădire cu exteriorul prin transmisie
QV – căldura totală schimbată de clădire cu exteriorul prin ventilare
Q – energia necesară pentru răcirea clădirii;
Qs Qint
Q QT
Qv
CLADIRE
Qsurse
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
22
În cazul în care aerul este introdus în încăpere cu temperatura interioară de calcul, căldura
pierdută prin ventilare este nulă, iar aerul introdus este tratat separat intr-o centrală de tratare a
aerului (CTA). În acest caz, diagrama energetică este:
Fig.1.2.: Diagrama energetică pentru clădire, cazul în care există numai pierderi de căldură
prin transfer de căldură prin anvelopă
I.5.1. Transferul de căldură
Prin transmisie
a) Transmisia căldurii prin elemente de construcţie opace
Analiza termică pentru un perete opac constă în a determina fluxul de căldură care
pătrunde la interior la un moment dat, cunoscând atât parametrii climatici exteriori (temperatura
exterioară, gradul de însorire, deci intensitatea radiaţiei solare), cât şi parametrii care definesc
peretele din punct de vedere geometric şi termofizic.
În figura 1.3. sunt schematizate diferitele tipuri de transfer de căldură care intervin în
bilanţul termic:
Qs Qint
Q QT
CLADIRE
Qsurse
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
23
Fig.1.3.: Reprezentarea diferitelor moduri de transfer de căldură pentru un
perete opac omogen
Conform condiţiilor la limită (condiţia lui Fourier) – densitatea de flux variază liniar cu
diferenţa de temperatură între suprafaţa corpului şi mediul fluid care inconjoară suprafaţa.
Bilanţul energetic: căldura care trece prin conducţie este egală cu suma căldurii care trece prin
convecţie şi cea care trece prin radiaţie rcvcd QQQ . [44] (1.5)
Scrisă sub forma densităţilor de flux: rcvcd Φ+Φ=Φ (1.6)
Densitatea de flux conductiv se scrie cu legea lui Fourier pentru
conducţie:S
cd dxdT-
(1.7)
Densitatea de flux convectiv se scrie cu legea lui Newton pentru convecţie: ( )fscvcv T-Th=Φ , (1.8)
unde hcv –coeficient de schimb superficial prin convecţie
Ts – temperatura solidului considerat (T1 sau T2)
Tf – temperatura fluidului care înconjoară solidul (în cazul de faţă
aerul exterior Te/ interior Ti)
Densitatea de flux radiativ: 4p
4sr T-Ta (1.9)
unde a –factor ce depinde de proprietăţile de radiaţie ale suprafeţelor considerate (emisivitate şi
absorbtivitate) şi de geometria suprafeţelor (factor de formă)
Flux absorbit αФt
Ti
Flux convectiv he(Te-T1)
Flux reflectat (1-α)Фt )
Flux primit Фt
Flux convectiv hi(T2-Ti)
T1 T2
Te
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
24
Ts – temperatura suprafeţei (solidului) considerate
Tp – temperatura suprafeţei (peretelui) învecinate
Prin linearizarea relaţiei, Ts şi Tp fiind învecinate, se ajunge la aproximarea:
( ) ( )psrpsp T-Th=T-TaT=Φ r34 (1.10)
În cazul
Astfel legea de transfer termic între corp şi mediul său înconjurător devine:
msmsrcvprfscvS
TThTThhTThTThdndTλ s
(1.11)
unde h –coeficient de schimb superficial global (convecţie+radiaţie)
Tm – temperatura medie între Tf şi Tp, rcv
prfcvm hh
ThThT
(1.12)
Suprafaţa peretelui expusă la exterior este supusă radiaţiei solare, figurată prin fluxul Фt.
O parte din acest flux este absorbit de perete (αФt), iar restul este reflectat cu un raport (1-α)Фt.
Suprafaţa exterioară a peretelui schimbă căldură prin convecţie cu mediul exterior : he(Te-T1).
Coeficientul he se numeşte coeficient de transfer termic superficial la exterior şi ţine cont şi de
convecţia şi de radiaţia peretelui pe lungime mare de undă.
Suprafaţa interioară a peretelui schimbă cu aerul interior un flux prin convecţie:
hi(T2-Ti). Coeficientul hi se numeşte coeficient de transfer termic superficial la interior şi ţine
cont şi de convecţia şi de radiaţia peretelui.
Echilibru termic al peretelui :
- pentru peretele exterior: 0x
1eet dxdT)TT(h
(1.13)
- pentru peretele interior: 1x
i2i dxdT-)T-T(h
(1.14)
b) Transmisia căldurii prin elemente de construcţie vitrate
Bilanţul termic al fluxurilor de căldură la nivelul elementelor vitrate (în general
ferestrele) este schematizat în figura de mai jos:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
25
Fig.1.4.: Reprezentarea diferitelor moduri de transfer de căldură petru un
perete vitrat (fereastră)
Prin ventilare
Pentru a asigura calitatea aerului interior, aerul dintr-o încăpere trebuie împrospătat, prin
introducerea de aer proaspăt prin ventilare. Aportul de aer prospăt se poate face fie direct prin
fiecare încăpere, fie la nivelul unui grup de climatizare.
Calculul debitului de aer ţine cont de destinaţia încăperii, de gradul de poluare precizat
prin categoria de ambianţă, de numărul de persoane şi de suprafaţa încăperii [89]
Bppersv q*Aq*NV (1.15)
unde: Npers – numărul de persoane;
qp – debitul de aer proaspăt pentru o persoană, [l/s/pers sau m3/h/pers];
A – aria suprafeţei pardoselii [m2];
qB – debitul de aer proaspăt, pentru 1 m2 de suprafaţă, [l/s/m2 sau m3/h/m2].
Categoria de ambianţă
Procentul aşteptat de nemulţumiţi [%]
Debit pentru o persoană [l/s/pers]
Debit pentru o persoană [m3/h/pers]
I 15 10 36 II 20 7 25 III 30 4 15 IV >30 <4 <15
Tabelul 1.7. Debitul de aer proaspăt pentru o persoană, în mediu în care nu se fumează ([89])
Flux absorbit Ф3
Ti
Flux convectiv he(Te-T1)
Flux reflectat Ф2
Flux primit Ф1
Flux convectiv hi(T2-Ti)
T1 T2
Te
Flux transmis Ф4
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
26
Debit pe m2 de suprafaţă [l/(s.m2)]
Debit pe m2 de suprafaţă [m3/(h.m2)] Categoria de ambianţă clădiri
foarte puţin poluante
clădiri puţin poluante
Altele clădiri foarte puţin poluante
clădiri puţin poluante
Altele
I 0,5 1 2,0 1,8 3,6 7,2 II 0,35 0,7 1,4 1,26 2,52 5,0 III 0,3 0,4 0,8 1,1 1,44 2,9 IV mai mari decât valorile pentru categoria III
Tabelul 1.8. Debitul de aer proaspăt pentru 1 m2 de suprafaţă, ([89])
În zonele de fumători, debitele de aer proaspăt se dublează faţă de valorile din tabel.
Aceste debite asigură condiţii de confort pentru ocupanţi, nu şi condiţii de sănătate.
Aerul exterior poate pătrunde în încăpere necontrolat, prin infiltraţii, adăugându-se la
pierderile de căldură prin transmisie. Aceste infiltraţii se realizează în special prin ferestre şi prin
uşi. Ele depind de clasa de expunere a unei clădiri, de permeabilitatea şi de suprafaţa ferestrei
sau uşii.
Pentru a diminua infiltraţiile în raport cu aerul proaspăt, camera pentru care se urmăreşte
acest lucru poate fi pusa în suprapresiune.Acest sistem se poate utiliza dacă uşile şi ferestrele
corespunzătoare camerei nu sunt deschise prea des. Suprapresiunea se realizează doar dacă
debitul de aer pătruns prin infiltraţii este mai mic decât aportul absolut de aer proaspăt pătruns
prin ventilare mecanică (debitul absolut înseamnă aerul introdus minus aerul extras).
I.5.2. Aporturile interioare de căldură
Aporturi solare
Aporturile de căldură solare depind de radiaţia solară la nivelul oraşului unde se află
clădirea, de orientarea suprafeţelor receptoare, de coeficienţii de transmisie ai acestora, de
absorbţia şi reflexia radiaţiei solare şi caracteristica de transfer.
Radiaţia solară este radiaţia electromagnetică emisă de Soare având lungimi de undă din
întregul spectru al undelor electromagnetice. Trecând prin atmosfera Pământului, o parte a
radiaţiei solare este absorbită, încălzind aerul, o altă parte este împrăştiată de moleculele aerului,
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
27
vaporii de apă, pulberile din atmosferă (constituind radiaţia solară difuză- Φd), dar cea mai mare
parte ajunge pe suprafaţa Pamântului (constituind radiaţia solară directă- ΦD). [44]
Fig. 1.5. Radiaţia solară (directă şi difuză) ajunsă pe suprafaţa pământului [44]
Din punct de vedere al cantităţii şi tipului de energie transmise, radiaţia solară care
ajunge pe Pământ este compusă din: 3% ultraviolete, 42% radiaţie vizibilă (lumina) si 55%
infraroşii. [103]
Fiecareia din aceste trei părţi ale radiatiei îi corespunde câte un spectru definit prin
urmatoarele intervale de lungimi de undă:
- radiaţia ultravioletă de la 0,28 la 0,38 microni,
- radiaţia vizibilă de la 0,38 la 0,78 microni,
- radiaţia infraroşie de la 0,78 la 2,5 microni
Fig. 1.6. Intensitatea spectrală a radiaţiei solare globale, funcţie de lungimea de undă [100]
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
28
Radiaţia directă
Radiaţia directă captată de un perete depinde de poziţia soarelui şi de orientarea
peretelui. Poziţia soarelui este definită prin două unghiuri:
- înălţimea H, care este unghiul făcut de o rază de soare cu planul tangent la suprafaţa
solului
- azimutul A, care este unghiul format de proiecţia razei de soare pe planul tangent la
suprafaţa solului cu direcţia Sud
Fig. 1.7. Înălţimea (H) şi azimutul (A) soarelui [44]
Radiaţia difuză
Pentru a putea determina fluxul difuz, este necesar utilizarea datelor meteorologice,
deoarece acest tip de radiaţie nu se poate determina prin calcul. Dacă cerul este senin, radiaţia
difuză reprezintă 10 – 20% din radiaţia globală. În schimb, dacă cerul este acoperit, radiaţia
difuză reprezintă toată radiaţia globală. [44]
Fluxul total receptat de un perete este egal cu suma fluxurilor directe şi difuze.
Bilanţul energetic al radiaţiei termice
Fiecare corp este capabil să emită energie de radiaţie, şi să o reflecte, să o absoarbă sau
să o transmită (fig.1.8) conform bilanţului energetic :
TARi QQQQ (1.6)
unde Qi - energia de radiaţie incidenţă pe suprafaţa corpului
QR – energia reflectată
QA – energia absorbită
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
29
QT – energia transmisă
Fig.1.8. Bilanţul energiei de radiaţie ([20])
Definim trei coeficienţi :
i
R
coeficientul de reflexie
i
A
coeficientul de absorbţie
i
T
coeficientul de transmisie
Astfel, relaţia bilanţului energetic devine : 1
Pentru majoritatea corpurilor solide τ =0 şi 1 . Acestea sunt corpuri gri, reale,
opace, care nu permit radiaţiei incidente să treacă.
Dacă ρ=α =0 şi τ=1 corpul este denumit transparent, lăsând să treacă toată radiaţia
incidentă.
Gazele au ρ=0, deci α + τ =1.
Corpurile care au ρ = τ =0 şi α =1 se numesc corpuri negre şi absorb integral radiaţiile
incidente.
La polul opus se află corpurile pentru care α = τ =0 şi ρ=1. Acestea se numesc corpuri
albe, care formează o oglindă, suprafaţa sa reflectând toate radiaţiile incidente.
Ariile de captare efectivă a radiatei solare
Pentru a ţine cont de aria şi caracteristicile suprafeţei de captare a radiaţiei solare, ca efect
al umbrei, se introduce o mărime numită aria de captare efectivă. Ariile de captare a radiaţiei
solare se determină pentru toate tipurile de elemente perimetrale ale unei clădiri, care captează
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
30
radiaţia solară (suprafeţe vitrate exterioare, elemente opace exterioare, pereţi şi planşee interioare
din spaţii tip seră, precum şi pereţi aflaţi în spatele unor elemente de acoperire sau izolaţii
transparente).
Caracteristicile de captare ale acestor suprafeţe depind de climatul local şi de factori
dependenţi de perioada de calcul, cum ar fi poziţia soarelui sau raportul dintre radiaţia directă şi
difuză. În consecinţă, trebuie alese valori medii adecvate scopului urmărit (încălzire, răcire sau
verificarea confortului termic de vară).
Factor de reducere a aporturilor solare datorită umbririi prin elemente exterioare
Acest factor reprezintă reducerea fluxului de căldură solar pătruns în încăperea
climatizată datorită prezenţei unor elemente de umbrire permanente cum ar fi:
- clădiri învecinate;
- forme de relief învecinate (dealuri, copaci etc);
- elemente de construcţie exterioare ale clădirii (cornişe, aticuri, balcoane etc.);
- retragerea ferestrei faţă de planul exterior al peretelui
Radiaţia solară directă este singura componentă redusă de obstacolele ce produc umbra;
radiaţia difuză şi cea reflectată de sol rămân neschimbate. Aceasta este echivalent cu un obstacol
care, prin reflexie, produce aceeaşi radiaţie ca cea obstrucţionată. [69]
Aporturi interne
Sursele de căldură interioare, inclusiv cele cu contribuţii negative la bilanţul termic,
constau din orice tip de căldură degajată la interiorul spaţiului condiţionat, (altele decât căldura
introdusă controlat pentru încălzirea şi răcirea acestui spaţiu sau cea utilizată pentru prepararea
apei calde de consum).
Aceste surse includ căldura metabolică emisă de ocupanţi, căldura emisă de aparatele
electrice, de corpurile de iluminat, de maşini, utilaje şi de către alte surse, în funcţie de destinaţia
spaţiului respectiv (procese tehnologice, prepararea hranei).
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
31
I.6. Consumul de energie în clădiri
Principalii factori care influenţează consumul de energie sunt:
a) Timpul de ocupare a clădirii - variază de la o clădire la alta, în funcţie de destinaţia
acesteia. Numărul de ore de activitate zilnic influenţează destul de mult consumul de
energie. Timpul de ocupare se referă atât la programul de funcţionare al personalului aflat
în clădire, cât şi al echipamentelor de birotică, iluminat, aparate de încalzire şi ventilare.
Cât timp personalul este în activitate, în clădire trebuie asigurate condiţiile de confort, dar
odată cu părăsirea clădirii se impune reducerea consumului de energie prin oprirea parţială
a unor instalaţii (iluminat, încalzire, ventilare).
b) Gradul de ocupare a clădirii - reprezintă un factor important in bilanţul energetic,
deoarece cu cât ocuparea pe m2 este mai redusă, cu atât consumul de energie este mai mic
şi invers. Statisticile au arătat ca, la fiecare variaţie cu 10% în gradul de ocupare a
spaţiului, rezultă o variaţie cu 3% a consumului unitar anual de energie pentru clădirile
neclimatizate si cu 4% pentru clădirile climatizate. [40]
c) Destinaţia clădirii - influenţează consumul de energie, având în vedere că mărirea
consumurilor unitare depinde de gradul de utilare (echipare) a clădirii, precum şi de
numărul de ore de utilizare a echipamentelor; factorul de corecţie poate fi luat intre 4-5%
pentru fiecare variaţie cu 10% a suprafeţei ocupate.
d) Condiţiile meteorologice – sunt reprezentate prin temperatura exterioară, umiditate,
intensitatea radiaţiei solare. Consumul de energie pentru încălzire, ventilare, climatizare,
depinde de condiţiile climatice din zona în care se află clădirea, precum şi de temperatura
interioară de calcul a clădirii respective.
Analizarea consumurilor de energie se poate face prin metode directe sau inverse. În
abordarea directă (fig. 1.9) previziunile de consumuri energetice sunt bazate pe o descriere fizică
a sistemelor clădirii, incluzând geometria, amplasarea, detaliile constructive şi tipul de instalaţii
de încalzire, ventilare şi climatizare utilizate. Cele mai multe metode fac parte din categoria
modelelor directe.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
32
Fig. 1.9: Reprezentarea unui model direct de analiză energetică
În abordarea inversă (fig. 1.10), modelele de analiza energetică incearcă să determine
parametrii reprezentativi ai clădirii (coeficientul global de transfer de căldura, sarcina termică în
regim nominal sau constanta de timp a clădirii) folosind consumurile energetice, date legate de
climat sau alte date de performanţă relevante. În general, modelele inverse sunt mai simple şi
deci mai flexibile decât modelele directe. Totuşi, flexibilitatea modelelor inverse este de obicei
limitată de formularea parametrilor reprezentativi ai clădirii şi de acurateţea datelor de
performanţă ale acesteia. Pentru a identifica parametrii clădirii, cele mai multe dintre metodele
inverse existente au la baza metode de analiza de regresie (metoda grade-zile cu temperatura de
referinţă/bază variabilă) sau abordări bazate pe conexiuni.
Fig. 1.10: Reprezentarea unui model invers de analiză energetică
Metodele de analiză energetică pot fi clasificate şi după capacitatea lor de a surprinde
comportarea dinamică a sistemelor energetice. În acest mod, ele pot folosi abordări staţionare sau
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
33
dinamice. În general, modelele staţionare sunt suficiente pentru a analiza performanţele
sezoniere sau anuale ale clădirilor. În schimb, modelele dinamice sunt necesare pentru estimarea
efectelor tranzitorii ale sistemelor de energie, precum cele întâlnite la sistemele de stocare a
energiei termice şi la dispozitivele de control optim al pornirilor.
Modelele directe sunt în general bazate pe descrierea fizică a sistemului energetic al
clădirii. Aceste modele permit determinarea consumurilor finale de energie, precum şi estimarea
oricărei economii de energie survenită în urma aplicării masurilor de conservare a energiei. În
continuare se descriu câteva din metodele de analiză energetică directă existente.
Metodele directe staţionare sunt în general uşor de folosit, iar majoritatea calculelor pot fi
executate manual sau cu foi electronice de calcul.
Metodele dinamice folosesc modele analitice şi numerice pentru a calcula transferul de
energie dintre diferitele sisteme ale clădirii. În general, aceste modele constau din produse
informatice (cu paşi de timp orari sau mai mici) ce estimează corespunzător efectul inerţiei
termice datorat stocării energiei în pereţii clădirii şi/sau în sistemul de încalzire. Proprietatea
importantă a acestor modele de simulare este capacitatea lor de a ţine seama de mai mulţi
parametrii în estimarea corectă a consumului de energie, în special la clădiri cu inerţie termică
pronunţată, cu reduceri nocturne ale sarcinii. O organigramă tipică de programe de simulare este
prezentată in fig. 1.11.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
34
Fig. 1.11. Schema unui model de clădire
Programele informatice necesită un grad de experienţă ridicat şi sunt de regulă potrivite
pentru clădiri mari cu sisteme de încălzire şi ventilare complexe şi cu strategii de automatizare
dificil de modelat cu ajutorul instrumentelor simplificate.
În general, un program de simulare necesită o descriere fizică detaliată a clădirii
(geometrie, detalii constructive ale anvelopei, tipul instalaţiilor de încalzire şi ventilare, orarul de
funcţionare). Calculul sarcinii termice este bazat pe o paletă largă de algoritmi în funcţie de
complexitatea şi flexibilitatea programului de simulare, de viteza de calcul şi bineînţeles de
obiectivele studiului.
I.7. Datele climatice
Din punct de vedere termic, o clădire este supusă pe de-o parte la exterior de factori
meteorologici, pe de altă parte, la interior de degajări de căldură şi umiditate. Ca urmare a
interacţiunii dintre clădire şi mediul exterior, calculul necesarului de energie pentru încălzire şi
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
35
răcire, fiind un calcul predictiv, necesită cunoaşterea datelor climatice ale locului în care este
amplasată clădirea, obţinute prin prelucrarea statistică a datelor meteorologice.
Pentru utilizare în aplicaţiile de consumuri energetice anuale pentru încălzirea şi răcirea
clădirilor, este necesar a avea un an climatic « standard ». Anul meteorologic standard (tip) a fost
construit pentru toate capitalele de judeţ din România, astfel încât valorile medii, distribuţia
frecvenţelor şi corelaţiile dintre diversele caracteristici meteorologice să se păstreze cât mai bine.
Datele meteorologice înregistrate timp de 10 ani (1996-2006) au fost prelucrate de către Agenţia
Naţională de Meteorologie şi Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti.
Metoda folosită pentru construcţia anului tip este standardizată în [56], mai exact în
normele [57]. Această metodologie presupune derularea a două etape de construcţie a anului de
referinţă:
a) alegerea celei mai “bune” luni;
b) ajustarea valorilor orare din lunile consecutive astfel încât trecerea de la o lună la alta
să conserve corelaţia dintre variabile considerate.
Anul standard este compus din „luni tipice”, alese din datele meteorologice înregistrate
(completate prin interpolare când a fost necesar). Alegerea unei luni tipice privitoare la un
parametru climatic p (temperatură, umiditate relativă şi radiaţie solară) s-a realizat astfel:
1) S-au calculat mediile zilnice pentru parametrul p, pe baza datelor orare, măsurate în
fiecare lună „L” şi pentru fiecare an „A” din cei 10 ani,
2) S-a construit funcţia cumulativă empirică de probabilitate FLAp a mediilor zilnice ale
parametrului climatic p considerat, calculate pentru luna „L", pentru fiecare an în parte:
AanulLdinlunainppentrumasuratemediivaloridetotal.nr1
AanulLdinlunainppentrumasurate,tmediivaloride.nrtFLAp
3) s-a construit funcţia cumulativă de probabilitate FLp a mediilor zilnice ale
parametrului climatic pe baza mediilor zilnice ale lunii respective din toţi anii utilizaţi în calcul.
iconsiderataniitotiLdinlunainppentrumasuratemediivaloridetotal.nr1
iconsiderataniitotiLdinlunainppentrumasurate,tmediivaloride.nrtFLp
4) Pentru fiecare luna L considerată, s-a determinat statistica Finkelstein-Schafer
LpLAp F,FFS , ca distanţă dintre FLAp şi FLp definită prin (1.16):
n
|tF)t(F|F,FFS i
iLpiLAp
LpLAp
(1.16)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
36
unde: n - numărul de termeni din suma de la numărător; it - puncte, câte unul pe fiecare interval,
pe care funcţia |tF)t(F| LpLAp este constantă, |tF)t(F| LpLAp fiind o funcţie constantă pe
porţiuni.
5) Pentru fiecare parametru climatic pentru luna calendaristică L se aranjează anii A în
ordine crescătoare a valorii LpLAp F,FFS . În principiu se alege ca lună tipică luna din acel an A
pentru care distanţa Finkelstein-Schafer este minimă. Acest lucru exprimă faptul că din punct de
vedere al statisticii parametrului climatic considerat, informaţiile furnizate de datele din luna
aleasă din anul A se apropie cel mai mult de informaţiile date de măsurătorile din toţi anii de
observaţie pentru luna respectivă.
În cazul în care se construieşte un an tipic din punctul de vedere al mai multor parametri
climatici, trebuie ţinut seama de fiecare parametru p. În metoda folosită în [57], pentru fiecare
parametru climatic p pentru luna calendaristică L se aranjează anii A în ordine crescătoare a
valorii LpLAp F,FFS .
Se defineşte susmaidecrescatorsirulinAanuluirangulrLAp şi se calculează distanţa
p
LApLA rD (1.17)
Dacă se utilizează metoda prevăzută în [65], distanţa DLA se defineşte:
(1.18)
Unde wp reprezintă valorile asociate fiecărui parametru, funcţie de importanţa acordată
acelui parametru (ponderea).
În principiu, luna de referinţă pentru luna calendaristică L se ia luna din anul pentru care
LAD este minimă. Însă standardul mai prevede ca să se ţină seama în secundar de o altă
caracteristică meteorologică, viteza vântului, în felul următor:
a) Pentru fiecare lună calendaristică L se iau lunile din primii trei ani din şirul de ani
ordonat crescător după LAD
b) Pentru fiecare lună L din cele 3 luni se calculează modulele diferenţelor dintre viteza
medie a vântului pentru luna L din anul respectiv şi viteza medie calculată pentru luna L
pe ansamblul tuturor anilor. Ca lună L tipică se alege luna din aceşti 3 ani pentru care
diferenţa este cea mai mică.
( )∑p
LpLAppLA F,FFSw=d
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
37
După alegerea unei luni tipice pentru fiecare lună calendaristică, deoarece s-ar putea ca
lunile tipice să fie din ani diferiţi şi deci la frontiera dintre ele ar putea să apară discontinuităţi
mari între valorile parametrilor climatici consideraţi, se trece la etapa a doua, care constă în
netezirea tranziţiei (prin tehnici de lisare), utilizând ultimile 8 ore din prima lună şi primele 8 ore
din luna următoare.
Anul de referinţă a fost astfel construit pentru cele 43 locaţii ale staţiilor meteorologice
judeţene (incluzând şi cele două staţii ale municipiului Bucureşti), pentru următorii parametri
meteorologici: temperatura aerului [oC]; umiditatea relativă [%] ; temperatura punctului de rouă
[oC]; conţinutul de umiditate [g/kg]; viteza vântului [m/s].
Pentru staţiile meteorologice Bucureşti-Afumaţi, Constanţa, Galaţi, Iaşi, Cluj-Napoca,
Craiova şi Timişoara anul de referinţă a fost construit şi pentru radiaţia directă şi difuză
[cal/cm2]. In toate situaţiile, viteza vântului a fost considerată ca variabilă secundară, iar celelalte
variabile au fost considerate principale.
Deşi există baza de date cu parametrii climatici şi pentru Bucureşti, totuşi aceasta nu
conţine date suficiente referitoare la radiaţia solară pentru a putea fi folosită în calculul
consumului de energie. Aşa cum s-a descris mai sus, anul tipic este structurat pe calupuri de date
furnizate pentru fiecare lună. Astfel, dacă una dintre aceste date lipseşte (şi anume radiaţia
solară), nu se pot folosi nici celelalte date meteorologice incluse în anul de referinţă, deoarece ar
conduce la erori semnificative să considerăm valoarea radiaţiei furnizată de altă bază de date iar
restul parametrilor să fie luaţi din baza de date a anului tipic meteorologic.
De aceea, datele climatice utilizate în lucrarea de faţă (temperatura exterioară şi
intensitatea radiaţiei solare) au fost determinate prin medierea valorilor orare furnizate de baza
de date METEONORM a programului de simulare Trnsys, pentru fişierul meteo Bucureşti.
Astfel, temperatura exterioară medie lunară pentru Bucureşti pentru lunile cu o posibilă
climatizare este dată în tabelul urmator:
Tabel 1.9 : Temperaturi medii exterioare
θe 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
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
38
Intensitatile radiaţiei solare medii lunare pentru Bucureşti pentru lunile cu o posibilă
climatizare:
Tabel 1.10 : Intensităţile medii ale radiaţiei solare
În cadrul programul de simulare Trnsys valorile temperaturii exterioare şi ale radiaţiei
solare sunt furnizate oră de oră prin intermediul subrutinei Type109-TMY2-Weather, subrutină
ce conţine fişierul meteo realizat cu ajutorul programului Meteonorm şi care are rolul de a citi şi
procesa datele din fişierul meteo introdus.
Pe lângă interesul direct de utilizare a datelor climatice în simulările pentru studiile de
caz prezentate în capitolele 2 şi 3, analiza modului în care trebuie prelucrate datele climatice
pune în evidenţă particularităţile metodei statistice utilizate, în concordanţă cu aplicaţiile care au
un caracter de prognoză (în cazul de faţă a consumurilor de energie din clădiri)
Luna N S E V Oriz.
Februarie 27,4 104,54 52,45 55,4 81,93
Martie 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
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
39
I.8. Sistemul de răcire
Pentru a evalua consumul de energie pentru instalaţia de climatizare se calculează mai
întâi un necesar de răcire pentru clădirea sau zona de clădire considerată, prin metoda lunară sau
metode orare. Consumul de energie din sistemul de climatizare, în cazul în care se ia în
considerare numai căldura sensibilă, se determină cuplând metodele de calcul ale necesarului de
energie pentru răcirea clădirii, cu metodele de calcul al consumului de energie din sistem.
Energia consumată de sistemele de climatizare (răcire) se poate calcula printr-o metodă
simplificată, pe baza randamentului global al sistemului, sau printr-o altă metodă mai complexă,
pe baza puterilor calculate în condiţii nominale de calcul şi considerând un timp de funcţionare
echivalent al sistemului.
1) Evalarea energiei consumate pe baza randamentului global al sistemului de
climatizare.
Energia consumată se determină cu relaţia:
R,sist
Rsist,R η
Q=Q (1.19)
unde: QR,sist - energia consumată în sistemul de răcire, care include pierderile de energie ale
sistemului, [MJ];
QR - energia necesară pentru răcire a clădirii sau zonei, [MJ],
ηsist,R - eficienţa globală a sistemului de răcire, care include pierderile de energie la
generarea, transportul, acumularea, distribuţia şi emisia de agent termic (aer şi apă) din sistem.
Această eficienţă nu ţine cont de:
- energia electrică auxiliară introdusă în sistemul de climatizare, Qaux,
- de coeficientul de performanţă al sursei frigorifice.
De aceea, energia electrică totală consumată în sistemul de climatizare (răcire), Qel. tot ,
va fi:
auxsistF,R
tot,el QCOP
QQ [MJ] (1.20)
în care:
COP - coeficientul mediu de performanţă al maşinii frigorifice, indicat de producător.
Qaux – energia electrică auxiliară utilizată de pompe, ventilatoare, servomotoare etc;
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
40
Deoarece există foarte puţine date fiabile referitoare la eficienţa globală a sistemelor şi
ţinând seama de diversitatea soluţiilor tehnice, este recomandat ca pierderile şi recuperările de
energie să fie evaluate pe componente.
2) Evalarea energiei consumate pe baza puterilor calculate în condiţii de calcul şi considerând
un timp de funcţionare echivalent al sistemului.
În acest caz se evaluează separat:
- pierderile de energie din sistem, Qpierd,
- consumul de energie electrică pentru transportul aerului în instalaţiile de ventilare/climatizare,
Qta ,
- consumul de energie electrică pentru transportul agentului primar (apă caldă sau apă răcită) ce
alimentează componentele instalaţiei de climatizare (Centrala de Tratare a Aerului şi aparatele
locale de tratare a aerului), Qtapă,
- energia electrică auxiliară utilizată de pompe, ventilatoare, servomotoare etc, Qaux,
- energia recuperată în sistem, Qrec ,
- consumul de energie electrică pentru producerea frigului, la nivelul sursei de frig.
Atunci, energia consumată în sistemul de răcire QR,sistF se calculează pe bază de bilanţ:
rectapatapierdRsistF,R QQQQQQ (1.21)
unde:
QR - energia necesară pentru răcire a clădirii sau zonei
După evaluarea energiei pierdute sau recuperate în sistem, se calculează energia electrică
totală consumată în sistemul de climatizare (răcire), Qel,tot
auxsistF,R
tot,el QCOP
QQ [MJ] (1.22)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
41
Capitolul 2
CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU
CLIMATIZAREA CLĂDIRILOR PRIN CALCUL LUNAR
II.1. Descrierea generală a metodei de calcul
Metoda de calcul lunară se aplică pentru clădirile rezidenţiale sau nerezidenţiale sau părţi
ale acestora, climatizate, fără controlul umidităţii interioare.
Se consideră numai căldura sensibilă, nu şi cea latentă.
Metoda are ca obiectiv calculul energiei necesare răcirii clădirilor pentru asigurarea unei
temperaturi interioare prescrise precum şi al energiei consumate de sistemul de climatizare
pentru realizarea acestui scop.
Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea calculelor sunt:
- caracteristicile elementelor de anvelopă şi ale sistemelor de ventilare;
- sursele interne de căldură şi umiditate,
- climatul exterior;
- descrierea clădirii şi a elementelor sale, a sistemelor de răcire şi scenariului lor de utilizare;
- date privind sistemele de răcire şi ventilare:
▪ partiţionarea clădirii în zone de calcul determinate de parametrii de confort diferţi şi/sau
scenarii de funcţionare diferite;
▪ pierderi de energie la sursele de răcire sau pe traseul de distribuţie al agentului termic până la
consumatori şi eventuale recuperări ale acestei energii prin utilizarea recuperării căldurii,
surselor regenerabile sau degajărilor interioare;
▪ debitul de aer şi temperatura aerului refulat (introdus) pe cale mecanică (fiind în prealabil
preîncălzit sau/şi prerăcit);
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
42
▪ elementele de comandă şi control utilizate pentru menţinerea parametrilor de confort la valorile
prescrise, de proiectare.
Principalele date de ieşire (rezultate) ale metodei de calcul sunt:
- necesarul de energie lunar şi anual pentru răcirea clădirilor ;
- consumul de energie lunar şi anual pentru răcirea clădirilor ;
- durata sezonului de răcire;
- consumul de energie auxiliar pentru răcire şi ventilare. Principalele date de ieşire aditionale sunt:
- valori lunare pentru principalele elemente ce intervin în bilanţurile de energie: transmisie,
ventilare, surse interne, aporturi solare;
- contribuţia surselor de energie regenerabile;
- pierderile din sistem şi eventualele recuperări ale acestora.
Perioada de calcul utilizată de metoda prezentată este de o luna.
Pentru fiecare lună de calcul, necesarul de energie pentru răcire este calculat cu relaţia:
Trsurse ηQQRQ (2.1)
Transferul total de căldură intre clădire şi exterior este:
VT QQTrQ (2.2)
Căldura totală datorată surselor interioare este Qsurse:
Sintsurse QQQ (2.3)
Necesarul de energie pentru răcire cuprinde următoarele etapele de calcul :
-calculul transferului de căldură prin transmisie
-calculul transferului de căldură ventilaţie
-calculul aporturilor solare
-calculul aporturilor de căldură ale surselor interne
-calculul parametrilor dinamici
-calculul necesarului total de energie pentru răcire
În continuare vor fi prezentate relaţiile de calcul aferente acestei metode cu valori
numerice pentru clădirea de birouri folosită în studiile de caz, clădire prezentată la subcapitolul
II.2. Ipoteze de calcul.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
43
II.1.1. Transferul de căldură
Prin transmisie
Calculul coeficienţilor de transfer prin transmisie
Transferul de căldură prin transmisie cuprinde transferul unidirecţional prin suprafeţe şi
transferul datorat punţilor termice.
HT = L+Ls+Hu (2.4)
L - coeficientul de cuplaj termic prin anvelopa clădirii, în [W/K];
kkjj l*A*UL (2.5)
Elementul de construcţie Rj Uj = 1/Rj Aj Uj * Aj Σψj * lj L
[ - ] [ m²K/W] [ W/m²K ] [ m² ] [ W/K ] [ w/m²K ] [ W/K ] Perete exterior 1.83 0.55 340.92 185.83 14.08 199.91
Ferestre 0.78 1.29 43.20 55.60 0.00 55.60 Terasă 3.65 0.27 225.07 61.63 11.14 72.77
Tabel 2.1.: Calculul coeficientului de cuplaj termic prin anvelopa clădirii
Ls - coeficientul de cuplaj termic prin sol, în [W/K];
Elementul de construcţie Rj Uj = 1/Rj Aj Uj * Aj Σψj * lj Ls [ - ] [ m²K/W] [ W/m²K ] [ m² ] [ W/K ] [ w/m²K ] [ W/K ]
Placă 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 spaţii neîncălzite, în [W/K];
Hu = 0
Influenţa punţilor termice este introdusă în expresia coeficientului L şi Ls. [14]
Element de constructie Detaliu
Tabel normativ C107/3
ψ l ψ*l
[-] [-] [-] [W/mK] [m] W/m2K
Intersectie pereti cu termoizolatie fara stalpisor σ=40 cm 2 -0.01 69.3 -0.69
Colt pereti cu termoizolatie fara stalpisor σ=40 cm 4 0.09 29.7 2.67
Perete exterior
(PE)
Tamplarie dublu (glaf lateral) σ=36,5 cm, a=10 cm 51 0.06 57.6 3.46
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
44
Solbanc-tamplarie dubla, σ = 40 cm,PE cu termoizolatie
53 (a=9cm) 0.15 36 5.40
Buiandrug-tamplarie dubla, σ = 40 cm,PE cu termoizolatie
54 (h=10cm) 0.09 36 3.24
Total 14.08 Intersectie terasa cu pereti interiori 46 0.1 85 8.50 Intersectie terasa cu pereti exteriori 35 0.07 37.75 2.64 Terasă
(TE) Total 11.14
Intersectie placa pe sol cu pereti interiori
3.1-C107/5 0.64 85 54.40
Intersectie placa pe sol cu pereti exteriori 4-C107/5 0.5 38.1 19.05
Placă pe sol
(pl-S) Total 73.45
Tabel 2.3.: Coeficienţi care intră în calculul punţilor termice
Valorile coeficienţilor de transfer HT sunt calculaţi în funcţie de tipul fiecărui element de
construcţie.
HPE – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru peretele exterior ;
HPE = 199,91 W/K
HFE – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru fereastră ;
HFE = 55,6 W/K
HTE – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru terasă ;
HTE = 72,76 W/K
Hpl-Sol – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru placă 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 căldură cedat prin transmisie este calculat pentru fiecare lună cu relaţia :
)]-(*H[ ke,in
1kk,TT
(2.6)
Energia disipată prin transmisie:
t*Q TT (2.7)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
45
HT,k – coeficientul de transfer de căldură prin transmisie a elementului k către zona de
temperatură θe,k ;
θi - temperatura interioară a clădirii sau a zonei considerate;
θe,k - temperatura spaţiului exterior elementului k ;
t – durata de calcul.
Sezonul de răcire HT [W/K] θi [°C] θe [°C] ФT [W] Martie 4.79 -8907 Aprilie 11.08 -6135
Mai 16.74 -3640 Iunie 19.98 -2212 Iulie 22.04 -1305
August 21.3 -1631 Septembrie 16.74 -3640 Octombrie 10.89 -6219 Noiembrie
440.727 25
5.13 -8757
Tabel 2.4.: Calculul fluxului disipat prin transmisie
Fluxul disipat prin transmisie, respectiv energia, rămân aceleaşi pentru fiecare caz
studiat, deoarece în calculul acestora nu se regăsesc nici temperatura de introducere, nici
numărul de ocupanţi, aceştia fiind parametrii care variază pe parcursul studiilor.
Prin ventilare
Calculul coeficienţilor de transfer prin ventilare
vaaV V*c*ρ=H (2.8)
unde:
ρa ca - capacitatea calorică a aerului refulat poate fi considerată cu valoarea de 1200 J/m3K
Vv – debitul de aer proaspăt
Debitul de aer proaspăt s-a calculat pentru categoria de ambianţă II - nivel normal
recomandat clădirilor 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
în capitolul 1.
Sistemul de ventilare al clădirii este de tipul numai aer, considerandu-se un debit de aer
proaspat de 25 m3/h/pers pentru fiecare ocupant, în mediu în care nu se fumează, si respectiv un
debit specific de aer proaspat de 2,52 m3/(h*m2) pentru clădirile puţin poluate (conform [89]).
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
46
Bppersv q*Aq*NV (2.9)
unde: Npers – numărul de persoane;
qp – debitul de aer proaspăt pentru o persoană, [l/s/pers sau m3/h/pers];
A – aria suprafeţei pardoselii [m2], A=675,21 m2 ;
qB – debitul de aer proaspăt, pentru 1 m2 de suprafaţă, [l/s/m2 sau m3/h/m2];
Calculul fluxului disipat prin ventilare
Fluxul pierdut-primit de către clădire prin ventilare este calculată cu relaţia :
)]-(*H[ kintr,in
1kk,vV
(2.10)
Energia disipată prin ventilare:
t*Q VV (2.11)
unde:
QV- energia totală transferată către zona z, prin ventilare;
HV,k - coeficientul de transfer prin ventilare datorat aerului refulat în zona z, prin elementul k;
θi - temperatura interioară a clădirii sau a zonei considerate;
θintr,k - temperatura spaţiului exterior elementului k,;
t - durata de calcul.
În cazul în care debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară, diferenţa
de temperaturi este nulă şi astfel şi energia disipată prin ventilare este nulă.
II.1.2. Aporturile interioare de căldură
Aporturile solare
Calculul aporturilor solare rămâne acelaşi pentru toate cazurile studiate, deoarece acestea
nu sunt influenţate nici de temperatura de introducere a aerului, nici de gradul de ocupare al
clădirii.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
47
Aria de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente vitrate
Aceasta arie se calculează cu relaţia:
FtuF,S A*F1**FA (2.12)
Orientare AF τn Fτ Fu Ft τ 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 efectivă a radiaţiei solare pentru elemente vitrate
Aria de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente opace
Aria de captare efectivă a unui element opac de anvelopa (perete, terasă) se calculează cu formula:
ppse,ppp,s A*U*R*A (2.13)
Valorile numerice ale acestor coeficienţi sunt:
p = 0,7 pentru perete exterior (tencuială ciment) şi 0,91 pentru terasă (pietriş);
Rp,se = 0,083 m2K/W (pentru situaţia de vară hre=12) ;
Up = 0,59 W/m2K pentru perete exterior şi Up = 0,32 W/m2K pentru terasă.
Orientare Element AP U’ αP Rp,se AS,P [-] [-] [m2] [w/m2k] [-] [m2K/W] [m2] S Perete exterior 270.63 0.59 0.70 0.083 9.26 E Perete exterior 70.29 0.59 0.70 0.083 2.40
Oriz Terasă 225.07 0.32 0.91 0.083 5.52
Tabel 2.6.: Calculul ariei de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente opace
Radiatia termică înspre cer
Fluxul de căldura unitar transferat prin radiaţie către bolta cerească se scrie sub forma:
ceree,rpppcer *h*A*U*R (2.14)
hr,e – coeficient de transfer de căldură prin radiaţie la exterior, [W/m2K] ;
cere - diferenţa medie de temperatură dintre aerul exterior şi temperatura aparentă a bolţii
cereşti, [ºC];
Coeficientul de transfer de căldură prin radiaţie la exterior hr,e se aproximează cu relaţia : 5h re W/m².K
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
48
S-a considerat emisivitatea =1, şi astfel a rezultat hre=5 W/m².K
Pentru România, când temperatura boltei cereşti nu este disponibila în datele climatice,
se ia o valoare a diferenţei medii de temperatura, cere , de 11 ºC.
Orientare Element Rp,se AP U hre Δθe-cer Фcer [-] [-] [m2K/W] [m2] [w/m2k] [w/m2k] [K] [W] S PE 0.083 270.63 0.59 5.00 11.00 727.343 S FE 0.083 43.20 1.29 5.00 11.00 254.851 E 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 căldură prin radiaţie către bolta cerească
Calculul efectiv al aporturilor solare
Orie
ntar
e
Elem
ent
cons
truct
ie
lung
ime
(m)
inal
time/
la
time
(m)
Nr.
elem
ente
Supr
afat
a (m
²)
Supr
afat
a co
rect
ata
(m²)
Rez
iste
nta
(m2 K
/W)
As,p (m²)
As,fe (m²)
Фcer (W) Fu Fsu Ff
Perete exterior 31.7 9.9 1 313.83 270.63 1.705 9.26 727.34 1 1 0.5 Sud
Fereastra 1.5 1.2 24 43.2 - 0.777 23.33 254.85 1 1 0.5
Est Perete exterior 7.1 9.9 1 70.29 - 1.705 2.40 188.91 1 1 0.5
Oriz Terasa 31.7 7.1 1 225.07 - 3.093 5.52 333.52 1 1 1
martie aprilie mai iunie iulie
Is (W/m²) Фs (W) Is
(W/m²) Фs (W) Is (W/m²) Фs (W) Is
(W/m²) Фs (W) Is (W/m²) Фs (W)
110.06 655.16 122.23 767.82 114.4 695.247 114.72 698.302 120.67 753.382 110.06 2440.05 122.23 2723.96 114.4 2541.064 114.72 2548.762 120.67 2687.564 71.84 78.27 114.33 180.43 132.6 224.333 152.3 271.722 76.0 88.273 119.0 323.10 184.9 686.70 225.0 907.813 266.8 1138.863 262.8 1116.900
Σ 3496.59 Σ 4358.9 Σ 4368.457 Σ 4657.649 Σ 4646.118
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
49
august septembrie octombrie noiembrie
Is (W/m²) Фs (W) Is
(W/m²) Фs (W) Is (W/m²) Фs (W) Is
(W/m²) Фs (W)
140.3 935.098 150.76 1031.927 139.73 929.822 84.7 420.404 140.3 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 -4.774 235.9 968.128 169.8 603.646 112.8 289.105 57.9 -14.014
Σ 5290.820 Σ 5188.557 Σ 4438.890 Σ 2250.072
Tabel 2.8.: Calculul fluxul de căldură datorat aporturilor solare pentru fiecare lună
Aporturile interne
Fluxul de căldură datorat surselor interne:
ile,apocint (2.15)
Fiecare flux de căldură s-a calculat ţinând seama de programul de funcţionare, şi anume 8
ore/zi pentru persoane şi aparatură electronică şi 4 ore/zi ăentru iluminat, 5 zile/săptămână.
Căldura degajată de ocupanti s-a calculat considerând o degajare de 75 W/persoană,
(deoarece metodologia MC001 utilizează doar căldura sensibilă):
75
248
75 **pers/W*N=Φ persoc (2.16)
Căldura degajată de aparatura electronică s-a calculat considerând o degajare de 100
W/aparat:
75
248
100 **pers/W*N=Φ e,ape,ap (2.17)
Căldura degajată de iluminat s-a calculat considerând o degajare de 10 W/mp, aria totală
a clădirii Atotală =6755 m2:
W.=**m/W*A=Φ totalail 8280375
244
10 2 (2.18)
Aceste valori ale căldurilor degajate de către oameni, electronice şi iluminat sunt valori
reglementare, date de stansardul [37].
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
50
II.1.3. Perioada de racire
Durata sezonului de răcire se determină considerând momentul de început şi de sfârşit al
perioadei de răcire atunci când necesarul de frig depăşeşte 1 W/m2. Această durată va fi luată în
considerare şi pentru calculul energiei auziliare consumată în sisteme. [70]
O metodă simplă pentru stabilirea perioadei de răcire este metoda grafică: se reprezintă
grafic variaţia temperaturii medii lunare (pe ordonată), pentru diferite luni ale perioadei calde şi
de tranziţie (pe abscisă). Pe baza bilanţului energetic la nivelul clădirii se calculează
„temperatura de echilibru” θem care reprezintă valoarea temperaturii exterioare la care aporturile
de căldură de la sursele interioare şi exterioare (soare) sunt egale cu pierderile prin transfer (prin
transmisie QT şi aer de ventilare QV), calculate pentru temperatura interioară de calcul pentru
climatizare. Apoi se intersectează curba temperaturii exterioare cu curba temperaturilor de
echilibru θem şi se determină perioada de răcire care corespunde unei temperaturi θe > θem. Se
citeşte pe abscisă numărul de zile din lunile în care se începe şi se termină răcirea.
Reprezentarea se face la scară, considerând că temperatura medie a fiecărei luni corespunde datei
de 15 a lunii.
Fig.2.1. Determinarea perioadei de răcire prin metoda grafică
Temperatura exterioară medie zilnică θem se calculează cu relaţia:
VT
sintiem HH
)(*
(2.19)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
51
unde:
η factor de utilizare a pierderilor de caldura, calculat pentru λ = 1
Pentru metoda de calcul lunară, durata sezonului de răcire se determină prin numărarea
zilelor pentru care energia necesară pentru răcire este mai mare ca zero.
II.1.4. Situaţia răcirii intermitente
Energia necesară pentru răcire în cazul răcirii intermitente se calculează cu relaţia:
Rermintermint Qa=Q (2.20)
unde:
Qinterm – energia necesară pentru răcire ţinând cont de efectul intermitenţei, [MJ];
QR – energia necesară pentru răcire, presupunând că pentru toate zilele lunii controlul şi setarea
termostatului de ambianţă corespunde unei situaţii de răcire în regim continuu, [MJ];
ainterm – factor adimensional de corecţie pentru răcirea intermitentă, determinat cu relaţia:
NRR
R0ermintermint f1λτ
τb1a
(2.21)
Unde:
Nf - factor reprezentând raportul dintre numărul de zile din săptămână cu răcire
normală şi numărul de zile dintr-o săptămână (ex. 5/7) ;
binterm - factor de corelaţie empiric cu valoare constantă bR,interm=3 ;
R - constanta de timp pentru răcire, [ore];
R0 - constanta de timp de referinţă pentru răcire, [ore];
λR - raportul dintre aporturile şi pierderile de căldură ale clădirii (zonei) în modul de
răcire.
Pentru calculul termenului ‘a,interm’ se considera valoarea lui λR pentru regim continuu
deoarece, în general, este posibil ca valoarea lui Q,tot,interm să fie nulă.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
52
Calculul factorului de utilizare a pierderilor de căldură
Efectul inerţiei termice a clădirii în cazul răcirii intermitente sau a opririi sistemului de
răcire va fi luat în calcul prin introducerea unei ajustări a temperaturii interioare sau a unei
corecţii aplicate necesarului de frig calculat pentru cazul răcirii continue a clădirii.
Folosirea unui “factor de utilizare a căldurii” transferate prin transmisie şi prin ventilare
permite luarea în considerare a faptului că numai o parte din această căldură diminuează
necesarul de frig.
Factorul de utilizare al pierderilor de căldură η este funcţie de raportul dintre pierderile şi
aporturile de căldură λR şi de un parametru numeric R ce depinde de inerţia termică a clădirii,
conform următoarelor relaţii:
- dacă λR>0 şi λR ≠ 1 deci )1α(
R
αR
R
R
λ1λ1
η
; (2.22)
- dacă λR =1 deci 1α
αηR
R
; (2.23)
- dacă λR < 0 deci 1η . (2.24)
unde:
η - factorul de utilizare al pierderilor de căldură;
λR - raportul intre pierderi şi aporturi de căldura ;
Tr
surseR Q
Qλ (2.25)
Qsurse, aporturile de căldura totale în cazul răcirii;
QTr, energia totală transferată intre clădire şi exterior ;
R - parametru numeric adimensional care depinde de constanta de timp a clădirii în cazul
răcirii, τR, calculat cu relaţia:
R0
RR0R
(2.26)
Unde:
R0 - parametru numeric de referinţă ;
R - constanta de timp pentru răcirea clădirii ;
R0 - constanta de timp de referinţă pentru răcire;
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
53
II.2. Ipoteze de calcul
II.2.1. Ipoteze legate de clădire
Calculului energetic se aplică pentru o zonă dintr-o clădire de birouri din Bucureşti, cu
trei nivele (P+2), suprafaţa construită 225 m2, având lungimea de 31,7 m, lăţimea de 7,1 m şi
înălţimea de nivel de 3,3 m. Conturul clădirii este delimitat de doi pereţi exteriori (unul orientat
spre sud, cu lungimea de 31,7 m şi unul orientat spre est, cu lungimea de 7,1 m) şi doi pereţi
interiori. Peretele exterior dinspre sud are câte 8 ferestre pe fiecare nivel, acestea având lungimea
de 1,5 m şi înălţimea de 1,2 m.
Zona de clădire considerată are 8 birouri pe fiecare nivel, având 66 de ocupanţi pe etaj.
31.7
7.1
N
S
EV
Fig.2.2.: Clădirea de birouri considerată
Materialele componente pentru fiecare tip de element de construcţie utilizat sunt redate
mai jos :
Perete exterior - tencuială ipsos cu grosimea δ =0,02 m;
- cărămidă cu grosimea δ =0,29 m;
- polistiren cu grosimea δ =0,05 m;
- tencuială ciment cu grosimea δ =0,02 m;
Rezistenţa R= 1,83 m2K/W
Perete interior - tencuială interioară din ciment cu grosimea δ =0,01 m;
- BCA cu grosimea δ =0,3 m;
- tencuială exterioară din ciment cu grosimea δ =0,01 m;
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
54
Rezistenţa R= 1,38 m2K/W
Planşeu intermediar - parchet cu grosimea δ =0,04 m;
- beton cu grosimea δ =0,24 m;
- tencuială ciment cu grosimea δ =0,01 m;
Rezistenţa R= 0,64 m2K/W
Terasă - pietriş cu grosimea δ =0,04 m;
- izolaţie hidrofugă cu grosimea δ =0,01 m;
- şapă cu grosimea δ =0,025 m;
- polistiren cu grosimea δ =0,14 m;
- beton de pantă cu grosimea δ =0,1 m;
- placă beton armat cu grosimea δ =0,1 m;
Rezistenţa R= 3,65 m2K/W
Placă pe sol : - parchet cu grosimea δ =0,04 m;
- beton cu grosimea δ =0,2 m;
- izolaţie termică cu grosimea δ =0,2 m;
- şapă cu grosimea δ =0,035 m;
- izolaţie hidrofugă cu grosimea δ =0,01 m;
- pietris cu grosimea δ =0,04 m;
- strat pământ cu grosimea δ =5 m;
Rezistenţa R= 5,77 m2K/W
Fereastră: - sticlă cu grosimea δ =0,05 m;
- strat de aer cu grosimea δ =0,02 m;
- sticlă cu grosimea δ =0,05 m;
Rezistenţa R= 0,78 m2K/W
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
55
II.2.2. Programul de funcţionare
Programul de lucru al angajaţilor este de la ora 9.00 pana la ora 17.00 în timpul
săptămânii, de luni pâna vineri.
S-a considerat acelaşi program de funcţionare şi pentru aparatura electronică din birouri
(PC, laptop, imprimanta, copiator).
Scenariu pentru iluminat este diferit faţă de cel pentru activitatea persoanelor, iluminatul
fiind disponibil de la ora 8.00 la ora 10.00 şi de la 16.00 la 18.00. S-a considerat că programul de
funcţionare pentru iluminat trebuie să înceapă înaintea programului de lucru al angajaţilor,
deoarece personalul de serviciu care asigură curăţenia trebuie să vină cu o ora mai devreme decât
angajaţii şi să plece mai tarziu. De asemenea s-au luat în calcul situaţiile când unii angajaţi pot să
rămână peste program la birou.
II.3. Studii de caz
S-au analizat 4 studii de caz, în care au fost modificate pe rând temperatura de
introducere a aerului proaspăt şi densitatea de ocupare a clădirii. Ipotezele de calcul au rămas
aceleaşi pentru toate cazurile studiate.
II.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu
temperatura interioară de calcul
Calculul energiei disipate prin transmisie şi cel al aporturilor solare rămân cele calculate
anterior.
Transferul de căldură prin ventilaţie
Pentru 66 de persoane, debitul de aer proaspăt, calculat conform formulei (2.9), are
valoarea Vv = 3351 m3/h, rezultând 1,5 schimburi de aer pe oră.
Datorită faptului că aerul proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul,
coeficientul de transfer Hv şi energia disipată prin ventilare Qv sunt nule.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
56
Aporturile de căldură ale surselor interioare
W.=**pers/W*N=Φ persoc 57117875
248
75 (2.27)
W43.157175*
248*pers/W100*N e,ape,ap (2.28)
W.=**m/W*A=Φ totalail 8280375
244
10 2 (2.29)
Aporturile interioare totale sunt Фint = 3553,82 W.
Determinarea sezonului de răcire
Pentru fiecare lună cu o posibilă climatizare se calculează temperatura medie exterioară
de echilibru:
VT
sintiem HH
)(*
(2.30)
mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov. θe= 4,79 11,08 16,74 19,98 22,04 21,3 16,74 10,89 5,13 θi= 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Фint= 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 Фs= 3496,59 4358,90 4368,46 4657,65 4646,12 5290,82 5188,56 4438,89 2250,07 tR = 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 t0R= 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 α0R= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 αR= 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 λR = -0,79 -1,29 -2,18 -3,71 -6,29 -5,42 -2,40 -1,29 -0,66 η= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 θem= 9,00 7,05 7,02 6,37 6,39 4,93 5,16 6,86 11,83
Tabel 2.9.: Calculul temperaturii medii de echilibru
τR constanta de timp pentru racirea cladirii = (Cm/3,6)/(HT+Hv)
τ0R constanta de timp de referinta pentru racire =15 ore pt birouri
0R parametru numeric de referinta = 1 pt birouri
R parametru numeric = α0R+(τR/τ0R)
λR raportul dintre aporturile si pierderile de caldura = (Qs+Qint)/(QT+QV)
η factor de utilizare a pierderilor de caldura, pentru λR<1, η = 1
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
57
Sezonul de răcire se determină prin metoda grafică, intersectând curba de temperaturi
medii lunare exterioare cu temperatura minimă medie exterioară de echilibru. Astfel a rezultat că
perioada necesară răcirii este 1 aprilie – 22 octombrie – 205 zile.
0
5
10
15
20
25
mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.
temp.exterioara
temp.echilibru
Fig.2.3.: Determinarea sezonului de răcire
Determinarea necesarului de răcire
Considerând paşii de calcul prezentaţi anterior, se calculează fluxurile necesară pentru
răcire, presupunând că pentru toate zilele lunii, controlul şi setarea termostatului de ambianţă
corespunde unei situaţii de răcire în regim continuu
Luni cu o posibilă
climatizare zile ore
(h) QT
(kWh) Qv
(kWh) Qint
(kWh) Qs
(kWh) QTR
(kWh) Qsurse
(kWh) η QR,cont (kWh)
Martie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Aprilie 30 720 -4417 0 2559 3138 -4417 5697 1 1280
Mai 31 744 -2708 0 2644 3250 -2708 5894 1 3186 Iunie 30 720 -1593 0 2559 3354 -1593 5912 1 4319 Iulie 31 744 -971 0 2644 3457 -971 6101 1 5130
August 31 744 -1213 0 2644 3936 -1213 6580 1 5367 Septembrie 30 720 -2621 0 2559 3736 -2621 6295 1 3673 Octombrie 22 528 -3283 0 1876 2344 -3283 4220 1 937 Noiembrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
Tabel 2.10.: Calculul necesarului de energie pentru răcire în regim continuu
Energia totală necesară răcirii pe perioada sezonului de răcire este QR=23893 kWh.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
58
Variaţia lunară a fluxurilor de căldură
ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW)
Martie -8.9 0.0 3.6 3.5 Aprilie -6.1 0.0 3.6 4.4
Mai -3.6 0.0 3.6 4.4 Iunie -2.2 0.0 3.6 4.7 Iulie -1.3 0.0 3.6 4.6
August -1.6 0.0 3.6 5.3 Septembrie -3.6 0.0 3.6 5.2 Octombrie -6.2 0.0 3.6 4.4 Noiembrie -8.8 0.0 3.6 2.3
Tabel 2.11.: Aporturile de căldură
Având în vedere că aportul de căldură datorat ventilării este nul, acesta nu mai este
necesar sa fie reprezentat grafic.
Variatia lunara a fluxurilor de caldura
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie
[kW]
Φ s
Φ T
Фint
Fig.2.4.: Variaţia aporturilor de căldură
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
59
Variatia lunara a consumului de energie
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie
[kWh]Q racire
Fig.2.5.: Variaţia consumului de energie pentru răcirea clădirii
II.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară
În acest caz, singura componentă care se modifică faţă de cazul precerdent este necesarul
de răcire pentru ventilare, restul datelor de intrare rămân aceleaşi.
Transferul de căldură prin ventilaţie
Sezon de racire Hv (W/°C) θi (°C) θintr (°C) ФV (W) Martie 4.79 -22578 Aprilie 11.08 -15551
Mai 16.74 -9228 Iunie 19.98 -5608 Iulie 22.04 -3307
August 21.3 -4134 Septembrie 16.74 -9228 Octombrie 10.89 -15763 Noiembrie
1117 25
5.13 -22198
Tabel 2.12.: Calculul fluxului disipat prin ventilare
1280
3186
4319 5130
5367
3673
937
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
60
Determinarea sezonului de răcire
Pentru a calcula sezonul de răcire este necesar să se calculeze temperatura medie
exterioară de echilibru θem, conform formulei (2.19):
mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov. θe= 4,79 11,08 16,74 19,98 22,04 21,3 16,74 10,89 5,13 θi= 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Фint= 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 Фs= 3496,59 4358,90 4368,46 4657,65 4646,12 5290,82 5188,56 4438,89 2250,07 τR = 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 τ0R= 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 α0R= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 αR= 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 λR = -0,91 -0,36 -0,62 -1,05 -1,78 -1,53 -0,68 -0,36 -0,19 η= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 θem= 20,47 19,92 19,91 19,73 19,74 19,32 19,39 19,87 21,27
Tabel 2.13.: Calculul temperaturii medii de echilibru
0
5
10
15
20
25
mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.
temp.exterioara
temp.echilibru
Fig.2.6.: Determinarea sezonului de răcire
Sezonul de răcire rezultat pe cale grafică este 15 iunie – 30 august – 77 zile.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
61
Determinarea necesarului de răcire
Luni cu o posibilă
climatizare zile ore
(h) QT
(kWh) Qv
(kWh) Qint
(kWh) Qs
(kWh) QTR
(kWh) Qsurse
(kWh) η QR,cont (kWh)
Martie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Aprilie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
Mai 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Iunie 16 384 -850 -2154 1365 1789 -3003 3153 1 150 Iulie 31 744 -971 -2460 2644 3457 -3431 6101 1 2670
August 30 720 -1174 -2976 2559 3809 -4150 6368 1 2218 Septembrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Octombrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Noiembrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
Tabel 2.14.: Calculul necesarului de energie pentru răcire în regim continuu
Energia totală necesară răcirii pe perioada sezonului de răcire este QR=5038 kWh.
Variaţia lunară a fluxurilor de căldură
ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW) Martie -8.9 -22.6 3.6 3.5 Aprilie -6.1 -15.6 3.6 4.4
Mai -3.6 -9.2 3.6 4.4 Iunie -2.2 -5.6 3.6 4.7 Iulie -1.3 -3.3 3.6 4.6
August -1.6 -4.1 3.6 5.3 Septembrie -3.6 -9.2 3.6 5.2 Octombrie -6.2 -15.8 3.6 4.4 Noiembrie -8.8 -22.2 3.6 2.3
Tabel 2.15.: Aporturile de căldură
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
62
Variatia lunara a fluxurilor de caldura
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie
[kW]
Φ sΦ TФV Фint
Fig.2.7.: Variaţia aporturilor de căldură
Variatia lunara a consumului de energie
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Iunie Iulie August
[kWh]Qracire
Fig.2.8.: Variaţia consumului de energie pentru răcirea clădirii
II.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi
3a. Numarul ocupanţilor creşte
Dacă se consideră 5 m2/persoană în loc de 10 m2/persoană ca în cazurile precedente,
numărul ocupanţilor creşte la 135 ocupanţi/clădire, aproape dublu decât în cazurile precedente
(66 de persoane).
150
2670 2218
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
63
Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară, deci energia disipată prin
ventilare este nulă. În acest caz, creşterea numărului de persoane influenţează doar energia
provenită de la sursele interne, restul datelor rămân aceleaşi ca în cazul 1 de referinţă.
Aporturile de căldură de la sursele interne se calculează însumând efectiv aporturile
provenite de la ocupanţi, aparatura electronică şi iluminat, fiecare dintre aceste componente fiind
calculată în funcţie de gradul de ocupare al clădirii, ca în cazurile precedente.
Căldura degajată de ocupanti s-a calculat considerând o degajare de 75 W/persoană şi un
număr de ocupanţi Npers=135:
W.=**pers/W*N=Φ persoc 71241075
248
75 (2.31)
Căldura degajată de aparatura electronică s-a calculat considerând o degajare de 100
W/aparat şi un număr de aparate Nap,e=135:
W.=**pers/W*N=Φ e,ape,ap 29321475
248
100 (2.32)
Căldura degajată de iluminat rămâne aceeaşi:
W.=**m/W*A=Φ totalail 8280375
244
10 2 (2.33)
Fluxul de căldură total datorat surselor interne:
W.=Φ+Φ+Φ=Φ ile,apocint 826428 (2.34)
Sezonul de răcire, determinat grafic cu ajutorul temperaturii medii de echilibru, este
7 martie – 15 noiembrie – 254 zile.
Necesarul de răcire aferent este QR=39625 kWh.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
64
-5
0
5
10
15
20
25
feb. mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.
temp.exterioara
temp.echilibru
Fig.2.9.: Determinarea sezonului de răcire
Variaţia lunară a fluxurilor de căldură
ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW)
Martie -8,9 0,0 6,4 3,5 Aprilie -6,1 0,0 6,4 4,4
Mai -3,6 0,0 6,4 4,4 Iunie -2,2 0,0 6,4 4,7 Iulie -1,3 0,0 6,4 4,6
August -1,6 0,0 6,4 5,3 Septembrie -3,6 0,0 6,4 5,2 Octombrie -6,2 0,0 6,4 4,4 Noiembrie -8,8 0,0 6,4 2,3
Tabel 2.16.: Aporturile de căldură
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
65
Variatia lunara a fluxurilor de caldura
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie
[kW]
Φ sΦ TΦ int
Fig.2.10.: Variaţia aporturilor de căldură
Variatia lunara a consumului de energie
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie
[kWh]
Q racire
Fig.2.11.: Variaţia consumului de energie pentru răcirea clădirii
3b. Numarul ocupanţilor scade
Dacă se consideră 15 m2/persoană în loc de 10 m2/persoană ca în cazurile precedente,
numărul ocupanţilor scade la 66 ocupanţi/clădire la 45.
Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară, deci diferenţa de
temperaturi este nulă şi astfel şi energia disipată prin ventilare este nulă. În acest caz, creşterea
611
3350
5325 6389
7269 7506
5743
3459
-28
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
66
numărului de persoane influenţează doar energia provenită de la sursele interne, restul datelor
rămân aceleaşi ca în cazul 1 de referinţă.
Căldura degajată de ocupanti s-a calculat considerând o degajare de 75 W/persoană şi un
număr de ocupanţi Npers=45:
W.=**pers/W*N=Φ persoc 57180375
248
75 (2.35)
Căldura degajată de aparatura electronică s-a calculat considerând o degajare de 100
W/aparat şi un număr de aparate Nap,e=135:
W.=**pers/W*N=Φ e,ape,ap 43107175
248
100 (2.36)
Căldura degajată de iluminat rămâne aceeaşi:
W.=**m/W*A=Φ totalail 8280375
244
10 2 (2.37)
Fluxul de căldură total datorat surselor interne:
W.=Φ+Φ+Φ=Φ ile,apocint 822678 (2.38)
Sezonul de răcire, determinat grafic cu ajutorul temperaturii medii de echilibru, este
7 aprilie – 22 octombrie – 199 zile.
Necesarul de răcire aferent este QR=19458 kWh.
0
5
10
15
20
25
mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.
temp.exterioara
temp.echilibru
Fig.2.12.: Determinarea sezonului de răcire
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
67
Variaţia lunară a fluxurilor de căldură
ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW)
Martie -8,9 0,0 2,7 3,5 Aprilie -6,1 0,0 2,7 4,4
Mai -3,6 0,0 2,7 4,4 Iunie -2,2 0,0 2,7 4,7 Iulie -1,3 0,0 2,7 4,6
August -1,6 0,0 2,7 5,3 Septembrie -3,6 0,0 2,7 5,2 Octombrie -6,2 0,0 2,7 4,4 Noiembrie -8,8 0,0 2,7 2,3
Tabel 2.17.: Aporturile de căldură
Variatia lunara a fluxurilor de caldura
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie
[kW]
Φ sΦ TΦ int
Fig.2.13.: Variaţia aporturilor de căldură
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
68
Variatia lunara a consumului de energie
0
1000
2000
3000
4000
5000
Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie
[kWh]
Q racire
Fig.2.14.: Variaţia consumului de energie pentru răcirea clădirii
II.3.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură variabilă
Această variaţie a temperaturii de refulare a fost posibilă prin impărţirea perioadei de
timp t în două intervale (t=t1+t2), în care:
t1- perioada de timp in care debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioră
(netratat), cand aceasta este mai mică de 25°C;
t2- perioada de timp in care debitul de aer proaspăt este răcit până la valoarea temperaturii
interioare de calcul, când temperatura exterioară este mai mare de 25°C;
Intervalele de timp t1 si t2 au fost stabilite folosind ca ipoteza de calcul perioada de răcire
rezultată în urma simularii Trnsys.
O alternativă pentru această modalitate de stabilire a intervalelor de timp t1 si t2 ar fi cea a
încercarilor repetate dar acest lucru ar anula simplicitatea metodei.
În afara perioadei de răcire rezultate în Trnsys, acest cazul 4 este identic cu cazul 2. Pe
parcursul acestei perioade însă, cazul 4 devine asemănător cu cazul 1, în care temperatura de
introducere este temperatura interioară.
520
2535
3689 4479
4716
3043
475
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
69
Calculul fluxului disipat prin ventilare
Fluxul pierdut-primit de către clădire prin ventilare este calculată cu relaţia :
)]-(*H[ kintr,in
1kk,vV
(2.39)
Energia disipată prin ventilare:
t*Q VV (2.40)
θi - temperatura interioară a clădirii sau a zonei considerate;
θintr,k - temperatura de introducere (refulare);
ek,rint - în afara perioadei de racire rezultate din simularea Trnsys ;
ik,rint - în timpul perioadei de racire rezultata din simularea Trnsys (24mai – 18
septembrie) ;
Coeficientului de transfer prin ventilare datorat aerului refulat HV,k W
K
;
vaaV V*c*ρ=H - în perioada de timp t1, in care debitul de aer proaspăt este introdus cu
temperatura exterioră (în afara perioadei de răcire rezultate din simularea Trnsys) ;
HV = 1117 WK
H =V 0 - în perioada de timp t2 (perioada 24mai – 18 septembrie, rezultată din simularea
Trnsys);
Sezon de racire Hv (W/°C) θi (°C) θintr (°C) ФV (W) Martie 1117 4.79 -22578 Aprilie 1117 11.08 -15551
1-23 Mai 1117 16.74 -9228 24-31 Mai 0 25 0
Iunie 0 25 0 Iulie 0 25 0
August 0 25 0 1-18 Septembrie 0 25 0
19-30 Septembrie 1117 16.74 0 Octombrie 1117 10.89 -15763 Noiembrie 1117
25
5.13 -22198
Tabel 2.18.: Calculul fluxului disipat prin ventilare
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
70
Determinarea sezonului de răcire
Pentru a calcula sezonul de răcire este necesar să se calculeze temperatura medie
exterioară de echilibru θem, pentru lunile de tranzit, şi anume mai şi septembrie.
Componenta HV intra în calcul doar pentru perioada în care ek,rint
3123*HH
)(*
VT
sintiem
, (1 mai-23 mai); (2.41)
3018*HH
)(*
VT
sintiem
(19 sept- 30 sept); (2.42)
0
5
10
15
20
25
mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.
temp.exterioara
temp. echilibru mediata
Fig.2.15.: Determinarea sezonului de răcire
Sezonul de răcire rezultă 1 iunie - 28 septembrie – 120 zile.
Necesarul de răcire aferent este QR=12044 kWh.
Variaţia lunară a fluxurilor de căldură
ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW)
Martie -8.9 -22.6 3.6 3.5 Aprilie -6.1 -15.6 3.6 4.4
Mai -3.6 -9.2 3.6 4.4 Iunie -2.2 0.0 3.6 4.7 Iulie -1.3 0.0 3.6 4.6
August -1.6 0.0 3.6 5.3 Septembrie -3.6 -9.2 3.6 5.2 Octombrie -6.2 -15.8 3.6 4.4 Noiembrie -8.8 -22.2 3.6 2.3
Tabel 2.19.: Aporturile de căldură
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
71
Variatia lunara a fluxurilor de caldura
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie
[kW]
Φ sΦ TФint Φ v
Fig.2.16.: Variaţia aporturilor de căldură
Variatia lunara a consumului de energie
-4000-3000-2000-1000
0100020003000400050006000
Iunie Iulie August Septembrie
[kWh] Q racire
Fig.2.17.: Variaţia consumului de energie pentru răcirea clădirii
4319 5130 5367
-2773
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
72
II.3.5. Comparaţie între cazuri şi concluzii
Cazul studiat Date de intrare Perioada de
racire
Numărul
de zile
Necesarul de
racire pentru
cladire (kWh)
θintr=θi Cazul 1 de referintă
Npers=66
1 aprilie –
22 octombrie 205 23893
θintr=θe Cazul 2
Npers=66
15 iunie –
30 august 77 5038
θintr=θi Cazul 3a
Npers=135
7 martie –
15 noiembrie 254 39625
θintr=θi Cazul 3b
Npers=45
7 aprilie –
22 octombrie 199 19458
θintr=var. Cazul 4
Npers=66
1 iunie –
28 septembrie 120 12044
Tabel 2.20.: Tabel centralizator cu diferitele cazuri studiate
Necesarul de racire pentru diferite situatii
05000
1000015000200002500030000350004000045000
1
[kWh]
cazul 1 referinta
cazul 2
cazul 3acazul 3b
cazul 4
Fig.2.18.: Energia consumată necesară răcirii pentru diferitele cazuri studiate
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
73
Din punct de vedere al temperaturii de introducere, dacă aceasta este egală cu
temperatura exterioară, se remarcă o scădere substanţială a sezonului de răcire şi implicit şi a
consumului de energie pentru răcire faţă de cazul de referinţă în care temperatura de introducere
este temperatura interioară de calcul de 25oC. Acest lucru se datorează faptului că în primul caz
de referinţă pierderile de căldură prin ventilare sunt nule şi astfel aporturile interne de căldură
sunt amplificate faţă de cazul al doilea. În cazul introducerii aerului cu temperatura interioară
aporturile sunt mai mari decât pierderile de căldură, ceea ce conduce la un sezon de răcire mai
mare.
În cazul al doilea, când aerul proaspăt este introdus cu temperatura exterioară, se remarcă
o perioadă de răcire scurtă şi o valoarea redusă a consumului de energie pentru răcirea clădirii.
Acest lucru se datorează faptului că metoda lunară operează cu temperaturi medii exterioare
lunare care uneori sunt mai mici decât cele interioare.
Prin urmare pe perioada verii este posibil să avem pierderile de căldură prin transfer, ceea
ce nu corespunde cu realitatea.
Pierderile de căldură prin ventilare amplifică de fapt urmarea ipotezei asupra rezultatului
metodei lunare prin faptul că introduce pierderi de căldură foarte importante, în timp ce în
realitate aerul proaspăt trebuie răcit în perioada de utilizare.
Ponderea cu care energia disipată prin ventilare influentează rezultatul este direct
proportională cu cantitatea debitului de aer proaspăt introdus.
Din cauza acestei presupuneri, calculele realizate prin metoda lunară scapă din vedere
consumurile sistemului de ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se
consideră că acesta este introdus cu temperatura exterioară mai mică decât temperatura interioară
de calcul tot timpul, ceea ce nu corespunde cu realitatea.
Cazul 4 în care temperatura de introducere este variabilă în funcţie de valoarea
temperaturii exterioare este cel mai economic. Se remarcă o scădere aproape la jumătate a
perioadei de răcire şi a consumului de energie faţă de primul caz. Rezultatele obtinute in acest
studiu de caz se apropie mult mai mult de realitate decât cele din studiul de caz 2 deoarece nu
mai sunt introduse pierderi de caldura prin transfer în lunile de vârf şi datorită faptului că se ia în
considerare răcirea debitului de aer proaspăt în anumite perioade.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
74
Din punct de vedere al variaţiei numărului de ocupanţi, dacă aporturile interne se
calculează în funcţie de numărul de ocupanţi şi aparatură electronică, perioadele de răcire variază
direct proporţional cu acest număr.
Pentru cazul în care numărul de persoane creşte (135 persoane), sezonul de răcire creşte
cu două luni, proporţional cu numărul de persoane dublat. La fel creşte şi necesarul de energie.
Pentru cazul în care numărul de persoane scade (45 persoane), sezonul de răcire rămâne
aproximativ acelaşi, cu o uşoară scădere a numărului de zile. Consumul de energie scade şi el.
O altă variantă pentru a calcula aporturile interne este cu ajutorul unui coeficient mediu în
funcţie de aria totală a clădirii, coeficient prevăzut în anexa metodologiei MC001 ca fiind 7,4
W/m2 ce reprezintă densitatea fluxului de căldură degajat de ocupanţi şi aparatură electronică,
pentru spaţii de birouri. În acest caz, aporturile interne sunt constante, ele nu ţin seama de
variaţia numărul de ocupanţi:
Фint = 7,4*Atotală = 4996,55 W
Astfel, dacă numărul de ocupanţi variază, singura componentă care se modifică în
calculul necesarului de răcire este energia necesară ventilării, prin coeficientul de transfer prin
ventilare Hv care ţine cont de debitul de aer proaspăt introdus Vv. Pierderile de căldură variază
proporţional cu numărul de persoane, dar aporturile interioare rămân constante, ajungându-se la
situaţii neverosimile în care modificarea numărului de ocupanţi variaza in sens invers cu energia
necesară pentru răcire.
De aceea, pentru o concordanţă cu realitatea, calculul aporturile interne trebuie să se
facă pe componente, ţinând cont de ocupanţi, aparatura electronică şi iluminat.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
75
Capitolul 3
CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA
CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE SIMPLIFICATE
III.1. Metoda orară bazată pe analogia termo-electrică
Calculul consumului de energie pentru o clădire poate fi determinat prin calcul lunar sau
calcul orar, simplificat sau detaliat. Metodele orare sunt metode dinamice, cu pas de timp de o
oră sau chiar mai mic. În comparaţie cu metoda lunară, cele orare permit introducerea unor
scenarii de funcţionare orare referitoare la temperaturile prescrise, modul de ventilare, sursele
interioare de căldură, utilizarea dispozitivelor de umbrire etc.
În consecinţă, modelarea realizată este mai apropiată de fenomenele fizice şi de regimul
de utilizare, de aceea rezultatele obţinute sunt mai apropiate de realitate.
Metodele orare sunt în mod special de preferat celei lunare în cazul clădirilor cu inerţie
termică mare, cu intermitenţă mare de funcţionare sau în alte situaţii speciale.
Metoda orară care se prezintă în continuare are la bază un model analogic termo - electric
şi utilizează o schemă de tip R-C (Rezistenţe - Capacităţi). Este o metodă dinamică ce modelează
rezistenţele şi capacităţile termice precum şi fluxurile de căldură emise de sursele interioare.
Metoda este simplificată deoarece combină rezistenţa la transfer termic şi capacitatea termică a
unui strat, într-o singura pereche “rezistenţă-capacitate”.
Analogia termo-electrică se caracterizează prin faptul că legile care guvernează cele două
fenomene sunt identice. Se poate realiza o corespondenţă între marimile termice şi cele electrice:
Mărimi termice Mărimi electrice
Temperatură Potenţial
Flux de căldură Intensitate curent electric
Conductanţă termică Conductanţă electrică
Capacitate termică Capacitate electrică
Tabel 3.1. Corespondenţa între mărimile termice şi cele electrice pentru analogia termo-electrică
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
76
Analogia electrică are ca scop crearea unei reţele electrice pe baza ecuaţiilor ce definesc
fenomenul termic. Pentru a putea aplica analogia electrică, este nevoie mai întâi de o discretizare
spaţială a problemei (metoda nodală), prin metoda diferenţelor finite. Această discretizare
permite transformarea ecuaţilor cu derivate parţiale aferente problemei într-un sistem de ecuaţii
algebro-diferenţiale.
III.1.1. Rezolvarea ecuaţiei căldurii prin metoda diferenţelor finite. Aplicarea
analogiei electrice pentru un perete omogen.
Se consideră un perete compus din mai multe straturi omogene, pentru care schema
analogica este prezentată mai jos:
Fig. 3.1. Schema analogica aunui perete multistrat
Unde Ci – capacitatea calorifică aferentă nodului i, mi c*x*C
Ri-1, i - rezistenţa termică între nodurile i-1 şi i,
xR
cm – căldura masică a materialului (J/kgK)
ρ – densitatea materialului(kg/m3)
λ – conductivitatea termică a materialului (W/mK)
Δx – pasul de discretizare spaţial (grosimea stratului peretelui) (m)
Dacă aplicăm legea lui Kirchoff în fiecare nod, la un moment de timp k+θ dat, vom
ajunge la ecuaţia:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
77
)TT(U)TT(UTTC k
ik
1i1i,iki
k1ii,1i
k
ii
(3.1)
Unde U=1/R - conductanţa termică
În cazul unui perete simplu, cu un singur strat, domeniile în care a fost discretizat peretele
ar avea conductanţe termice egale, şi deci
)TT2T(RC1
TT k
1iki
k1i
k
i
(3.2)
Considerăm că trecerea căldurii se va face unidirecţional, corespunzător axei Ox, şi că nu
avem surse interioare de căldură (φv= 0), astfel ecuaţia căldurii se scrie :
tT
xTa 2
2
(ecuaţia Fourier pentru transmiterea unidirecţională a căldurii) (3.3)
Se alege un pas de timp Δt şi un pas de spaţiu Δx, şi ne poziţionăm la un moment
intermediar k+θ.
Fig.3.2. Reţea unidimensională cu diferenţe finite
Folosind dezvoltarea în serie Taylor, discretizarea în spaţiu la momentul k+θ pentru
planul i [44]
ki2
22ki
ki
k1i )
xT(
2x)
xT(*xTT (3.4)
ki2
22ki
ki
k1i )
xT(
2x)
xT(*xTT (3.5)
Adunând cele două relaţii, rezultă expresia derivatei de ordin doi a temperaturii :
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
78
2
k1i
ki
k1i
k
i2
2
x
TT2T
xT
(3.6)
Introducem acaestă expresie în ecuaţia căldurii :
2
k1i
ki
k1i
k
i2
2
x
TT2Ta
xTa
(3.7)
Înlocuim difuzivitatea termică cu acm
[m3/s] Aceasta reprezintă aptitudinea unui
corp solid de a lăsa să treacă căldura prin conducţie sau de a difuza temperatura în interiorul lui,
fiind o măsură a inerţiei termice a corpului. Ecuaţia devine:
(3.8)
Expresia este echivalentă cu
(3.9)
Ţinând cont de formula pentru rezistenţa R şi capacitatea C, ajungem la aceeaţi expresie
ca în cazul aplicării legii lui Kirchoff pentru fiecare nod, şi anume:
)TT2T(RC1
tT k
1ik
ik
1i
k
i
(3.10)
Drept urmare, aplicarea metodei nodale este echivalentă cu discretizarea spaţială prin
metoda diferenţelor finite, şi conduce la o aproximare de ordinul doi a ecuaţiei căldurii.
Discretizarea în timp la momentul k+θ pentru planul i se face pe acelaşi principiu ca şi
discretizarea în spaţiu:
ki
ki
1ki )
tT(*)1(tTT (3.11)
ki
ki
ki )
tT(**tTT (3.12)
Derivata temperaturii în funcţie de timp este:
)TT2T(xc
)x
T(a k1i
ki
k1i2
m
ki2
2
)TT2T(xc
)tT( k
1iki
k1i2
m
ki
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
79
tTT
)tT(
ki
1kik
i
(3.13)
Introducând cele două derivate în funcţie de spaţiu şi timp, ecuaţia căldurii devine :
tTT
x
TT2Ta
ki
1ki
2
k1i
ki
k1i
(3.14)
Vom exprima toate temperaturile în funcţie de cele de la momentele de timp k şi k+1 :
ki
1ki
ki
1ki
ki
ki
ki
ki T)1(T*)TT(T)
tT(**tTT
(3.15)
Generalizând rezultatul şi pentru planurile i+1 şi i-1, avem :
k1i
1k1i
k1i T)1(T*T
(3.16)
k1i
1k1i
k1i T)1(T*T
(3.17)
Introducând noile relaţii în ecuaţia căldurii stabilită mai sus, avem:
tTT
x
T)1(TT)1(2T2T)1(Ta
ki
1ki
2
k1i
1k1i
ki
1ki
k1i
1k1i
(3.18)
tTT
)TT2T(x
)1(a)TT2T(xa k
i1k
ik1i
ki
k1i2
1k1i
1ki
1k1i2
(3.19)
Introducând numărul lui Fourier 2xtaFo
, rezultă :
ki
1ki
k1i
ki
k1i
1k1i
1ki
1k1i TT)TT2T(*Fo*)1()TT2T(*Fo*
(3.20)
Există mai multe tipuri de scheme de diferenţe finite în funcţie de valoarea lui θ :
1) Schema explicită, pentru θ =0
ki
1ki
k1i
ki
k1i TTFoTFoT2FoT
, deci (3.21)
)TT(FoT)Fo21(T k1i
k1i
ki
1ki (3.22)
În această schemă, temperatura într-un punct la un moment de timp k+Δt (Tk+1) se
calculează în funcţie de temperatura la momentul de timp precedent (Tk). Se presupune că la
momentul iniţial t=0 de la care se porneşte calculul, distribuţia de temperatură este dată. Astfel se
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
80
obţine temperatura locală pentru diverse noduri (puncte) i=1,2,...n în ipoteza că la fiecare
moment de timp t, distribuţia de temperatură în intervalul dintre două puncte vecine este lineară.
Convergenţa soluţiei este dată de alegerea corectă a lui Δt şi Δx, deci a numărului
Fourier. Aceste două valori trebuiesc alese astfel încât 1-2Fo≥0 pentru ca metoda să fie
convergentă, deci Fo≤1/2.
Pentru cazul particular în care Fo=1/2, rezultă:
2TT
Tk
1ik
1i1ki
(3.23)
În acest caz, valoarea maximă admisibilă a perioadei de timp Δt este dată de condiţia
21
xtaFo2
, deci
ax
21t
2adm
2) Schema implicită, pentru θ =1
ki
1ki
1k1i
1ki
1k1i TT)TT2T(*Fo
(3.24)
)TT(FoT)Fo21(T 1k1i
1k1i
1ki
ki
sau (3.25)
Fo21)TT(FoT
T1k
1i1k
1iki1k
i
(3.26)
În această schemă, temperatura într-un punct la un moment de timp k+Δt (Tk+1) nu se
mai poate calcula explicit în funcţie de temperatura la momentul de timp precedent (Tk).
Avantajul acestei scheme este că este mereu convergentă.
Rezlovarea setului de ecuaţii pentru i=1,2,...n este mai complicat deoarece în fiecare
ecuaţie există trei temperaturi necunoscute: Tik+1, Ti+1
k+1, Ti-1k+1. Toate aceste n ecuaţii pot fi
rezolvate împreună, dar pentru un număr mare n, rezolvarea prin sisteme clasice este foarte
dificilă şi necesită un volum mare de lucru. De aceea ecuaţia aferentă schemei implicite se poate
rescrie în funcţie doar de aceste trei temperaturi necunoscute, restul coeficienţilor fiind notaţi
pentru simplificare cu A, B, C şi respectiv D:
ki
1k1-i
1ki
1k1i TT*Fo-T)1Fo2(T*Fo-
, adică (3.27)
i1k
1-ii1k
ii1k
1ii DT*C-T*BT*A- (3.28)
Ţinând cont de dependinţa liniară a temperaturilor necunoscute:
i1+k
1+ii1+k
i F+TE=T (3.29)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
81
1i1k
i1-i1k
1-i FTET (3.30)
unde E şi F sunt nişte coeficienţi.
Introducând temperaturile scrise astfel în ecuaţia aferentă schemei implicite, se poate
exprima Tik+1 în funcţie de Ti+1
k+1 şi de coeficienţii A, B, C, D, E, F:
1iii
1iii1k1i
1iii
i1ki ECB
F*CDT
ECBA
T
(3.31)
Cele două ecuaţii care definesc temperatura Tik+1 au formă asemănătoare, de unde se poate scrie
prin comparaţie:
1-iii
ii EC-B
AE (3.32)
1-iii
1-iiii EC-B
F*CDF
(3.33)
Această metodă de rezolvare a ecuaţilor aferente schemei implicite constă în a calcula succesiv
Ei şi Fi, de la i=1 până la i=n.
3) Schema Crank-Nicolson, pentru θ =1/2
)TT2T(*Fo*21)TT2T(*Fo*
21TT k
1iki
k1i
1k1i
1ki
1k1i
ki
1ki
(3.34)
Această schemă este tot implicită, însă are avantajul că nu mai prezintă condiţii de
convergenţă.
III.1.2. Comentarii privind metoda de calcul analogic
Demonstraţia prezentată reprezintă model pentru transferul de căldură conductiv,
introdus în anii 1980. Se constată că de fapt, prin aplicarea metodei, se realizează discretizarea
spaţială a ecuaţiei căldurii prin metoda diferenţelor finite. Aceasta se va integra în continuare
numai în raport cu timpul şi astfel se obţine în final un model relativ simplu care constă într-un
sistem de ecuaţii diferenţiale de ordinul I care, cu condiţii iniţiale cunoscute, se poate rezolva
folosind solvere uşor de aplicat, bazate de exemplu pe metoda Runge-Kutta.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
82
Includerea în studiul de faţă a acestei probleme este justificată de următoarele
considrente:
- metoda de calcul orară simplificată este inclusă în standardul EPBD [38] şi a fost
preluată în metodologia română MC001 de calcul a eficienţei energetice a clădirilor;
- demonstraţia urmăreşte credibilizarea acestei metode faţă de specialiştii români care
lucrează în domeniul transferului de căldură şi care s-au arătat reticenţi faţă de
aplicarea acestui model;
- metoda analogică a stat la baza concepţiei programului CoDyBa realizat de un grup
de cercetători de la INSA (Institut National des Sciences Appliquées) Lyon Franţa şi
care va fi utilizat în continuare în teză. [22]
III.2. Programul CoDyBa
III.2.1. Descrierea generală a programului de simulare
CoDyBa (Comportement Dynamique des Bâtiments – Comportamentul Dinamic al
Clădirilor ) este un software de simulare dinamică a performanţelor termice şi energetice ale
clădirilor.
Acesta poate analiza performanţele dinamice hidrotermice ale elementelor de construcţie
atunci când este supus la orice fel de condiţii climatice. Instrumentul poate fi folosit pentru mai
multe scopuri: să realizeze studii şi strategii de încălzire şi de răcire, sa analizeze opţiuni de
climatizare sau de ventilare, să compare materiale izolatoare pentru a fi montate. Obiectivul
principal al CoDyBa este de a estima consumului de energie, şi variaţia intervalului de
temperatură şi umiditate.
Programul permite să se estimeze necesarul de încălzire sau de răcire pentru a menţine o
anumită temperatură setată, sau pentru a calcula temperatura interioară atunci când sistemul de
încălzire sau de răcire este insuficientă. Acelaşi lucru se poate calcula şi pe parte de umiditate.
CoDyBa poate fi utilizat pentru a investiga performanţa energetică a clădirilor de aproape
orice tip şi dimensiune. În plus faţă de efectuarea calculelor de vârf necesare pentru proiectarea
echipamentelor mecanice, CoDyBa estimează, de asemenea, performanţa energetică anuală a
clădirii.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
83
Programul CoDyBa are la bază modelarea unui sistem termic format dintr-o clădire
amplasată în mediul exterior. Acest sistem este compus din module elementare (pereţi, ferestre,
volume de aer etc) pentru care se realizează o modelare. Conexiunea dintre aceste module
reprezintă modelul global al clădirii. Acestui model ii sunt aplicate solicitări externe (climatul
exterior, sarcini interne etc), care pot fi şi ele la rândul lor modelate. Comportamentul dinamic al
al clădirii rezultă din faptul că programul ţine cont de caracterul variabil în timp al acestor
solicitări; datele de ieşire sunt calculate în funcţie de pasul de timp ales, care de obicei este de o
oră. [74]
III.2.2. Aplicarea analogiei electrice pentru programul CoDyBa
Schema analogică a programului CoDyBa, care include şi repartiţia fluxurilor pe diferite
noduri, este dată în figura de mai jos. [12] Modulele componente ale acestei scheme sunt:
Pereţii exteriori, cu cele două noduri capacitive (nodul 3 la exterior şi nodul 4 la interior)
Planseul, care are aceeaşi structură ca şi peretele exterior, cu două noduri capacitive
(nodul 5 la exterior şi nodul 6 la interior)
Ferestrele, care nu au noduri capacitive pentru că nu au inerţie termică (nodul 1 la
exterior şi nodul 2 la interior)
Ventilarea, care leagă nodul corespunzător aerului exterior cu cel al aerului interior
Pereţii interiori, care au un nod interior capacitiv (nodul 8) iar celălalt fiind nod de
suprafaţă (nodul 7)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
84
Fig. 3.3. Schema de repartiţie a fluxurilor pt programului CoDyBa ([12])
Căldura provenită de la sarcina internă sensibilă se transferă radiativ - pe lungime de
undă scurtă (CICLO) sau lungime mare de undă (CIGLO)- şi convectiv (CICONV).
Fiecare nod este supus unor aporturi de căldură provenite ori de la soare ori de la sarcina
internă, descompusă în cele trei părţi amintite mai sus.
Φ1 – fluxul solar direct şi difuz absorbit de fereastră (W)
Φ2 – fluxul solar direct şi difuz absorbit de peretele exterior (W)
Φ3 – fluxul solar direct şi CICLO difuz absorbit de planşeu (W)
Φ4 – fluxul solar direct şi difuz şi CICLO absorbit de peretele interior (W)
Φ5 – fluxul solar şi CICLO absorbit de fereastră după reflexie (W)
Φ6 – fluxul solar şi CICLO absorbit de peretele exterior după reflexie (W)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
85
Sistemul de ecuaţii care rezultă din bilanţul termic în fiecare nod ([12], [86]) se bazează
pe expresia ecuaţiei căldurii arătată in subcapitolul anterior:
TU)TT(U)TT(UTTC i1i1i,ii1ii,1i
ii (3.35)
Fig. 3.3. Schema analogica a programului CoDyBa ([86])
Nodul 1: 1egrv2v1vgrv TUTUT)UU(0 (3.36)
Nodul 2: 110irv9icv2icvirvv1v TUTUT)UUU(TU0 (3.37)
Nodul 3: 21egm4m3megm3
em TeUTUT)UU(dt
dTC (3.38)
Nodul 4: 610irm9icm4icmirmm3m4
im TUTUT)UUU(TUdT
dTC (3.39)
Nodul 5: egpb6pb5pbgpb5
epb TUTUT)UU(dt
dTC (3.40)
Nodul 6: 310rpb9cpb6rpbcpbpb5pb6
ipb TUTUT)UUU(TUdTdT
C (3.41)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
86
Nodul 7: 410rpi9cpi8pi7picpirpi TUTUTUT)UUU(0 (3.42)
Nodul 8: 8pi7pi8
pi TUTUdt
dTC (3.43)
Nodul 9: CICONVPTUT)UUUUU(
TUTUTUTUdTdT
C
era9cpicpbicmicvra
7cpi6cpb4icm2icv9
ai
(3.44)
Nodul 10:
CIGLOT)UUUU(TUTUTUTU0 10rpirpbirmirv7rpi6rpb4irm2irv (3.45)
Rezolvarea acestui sistem de ecuaţii algebro-diferenţiale se face prin metoda diferenţelor
finite, utilitând o schemă implicită.
În funcţie de modul de funcţionare, se pot scrie două sisteme diferite:
puterea interioară disipată este cunoscută, necunoscuta fiind temperatura aerului interior.
În acest caz sistemul este de forma [A]*{Tit+1}=[B]
temperatura aerului interior este cunoscută, necunoscuta fiind puterea interioară disipată.
În acest caz sistemul este de forma [A’]*{Tit+1}=[B’]
Rezolvarea acestor sisteme în CoDyBa se face prim metoda matricei inverse, astfel că
temperatura Tit+1 se calculează ca un produs matricial:
{Tit+1}=[A]-1 [B] şi
{Tit+1}=[A’]-1 [B’]
III.2.3. Introducerea datelor de intrare în program
CoDyBa are o interfaţă grafică uşor de folosit, cu o structiră tip arbore cu patru ramuri
principale: biblioteca de materiale, fisierul meteo, clădirea şi tabele. Prin interfaţa grafică,
utilizatorul construieşte un model de geometrie a clădirii, folosind elemente de bază (volume de
aer, pereţi, ferestre). Apoi se adăugă sarcini interne şi sisteme HVAC în modelul de clădire creat
şi se efectuează calcule termice.
Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea simulărilor sunt:
- caracteristicile elementelor de anvelopă, care se definesc în Biblioteca de Materiale;
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
87
- scenariile de funcţionare ale echipamentelor şi programul de lucru al angajaţilor, care se
definesc în ramura Tabel/ Profile ;
- climatul exterior, se inserează fişierul meteo;
- descrierea clădirii şi a elementelor sale (pereţi, ferestre, terasă), introduse în ramura Clădire;
- sursele interne de căldură repartizate pe cele trei componente (oameni, echipamente, iluminat),
introduse în ramură Clădire/Interior;
- date privind sistemele de răcire şi ventilare, definite în în ramură Clădire/Interior;
- debitul de aer şi temperatura aerului interior, introduse prin regulator de debit şi regulator de
temperatură în ramură Clădire/Interior.
Introducerea datelor privind elementele de construcţie masive (pereţi, terase, pardoseli):
Se introduc dimensiunile, orientarea (prin alegerea azimutului solar), straturile
componente de la interior la exterior. Programul calculează rezistenţa termică.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
88
Terasa se introduce tot ca un perete, doar ca se alege azimutul 0 grade, înclinare 0 grade
şi tipul plafon.
Pentru placa pe sol se alege azimutul 0 grade, înclinare 180 grade şi tipul planşeu.
Pe ramura Clădire/Interior se definesc pereţii interiori, planşeul intermediar şi toate
aporturile interioare de căldură. Pentru elementele de construcţie din această categorie nu mai
trebuie definită orientarea, ci doar tipul.
Introducerea planşeului:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
89
Introducerea ferestrelor:
Degajările de la oameni:
La fel se definesc şi degajările de la echipamente, iluminat. Pentru scenariul de activitate
se selectează un scenariu definit anterior în ramura Tabele/Profil.
Programul de lucru al angajaţilor este de la ora 9.00 pana la ora 17.00 în timpul
săptămânii, de luni pâna vineri.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
90
S-a considerat acelaşi program de funcţionare şi pentru aparatura electronică din birouri
(PC, laptop, imprimanta, copiator).
Scenariu pentru iluminat este diferit faţă de cel pentru activitatea persoanelor, iluminatul
fiind disponibil de la ora 8.00 la ora 10.00 şi de la 16.00 la 18.00. S-a considerat că programul de
funcţionare pentru iluminat trebuie să înceapă înaintea programului de lucru al angajaţilor,
deoarece personalul de serviciu care asigură curăţenia trebuie să vină cu o ora mai devreme decât
angajaţii şi să plece mai tarziu. De asemenea s-au luat în calcul situaţiile când unii angajaţi pot să
rămână peste program la birou.
Introducerea temperaturii interioare:
În funcţie de tipul ales, instalaţia se utilizează pentru încălzire (type addition) sau răcire
(type extraction). În cazul în care se doreşte să se afle necesarul pentru răcire, se defineşte un
scenariu de temperatură (25 0C constant pe perioada programului de funcţionare al ocupanţilor).
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
91
III.3. Studii de caz
III.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu
temperatura interioară de calcul
Ipotezele de calul legat de clădire şi de programul de funcţionare rămân aceleaşi ca şi în
cazul calculului lunar.
Transferul de căldură prin ventilaţie
Dacă debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul, se
consideră că debitul de ventilare este nul. Totuşi rămâne un debit de aer proaspăt de 0,1 h-1
schimburi pe oră, datorat infiltraţiilor.
Aporturile de căldură ale surselor interioare
Ca şi în cazul calculului lunar, degajările de la sursele interioare provin de la ocupanţi,
aparatură electronică şi iluminat.
Se consideră 66 de ocupanţi, cu o degajare de 75W/persoană în timpul programului de
lucru (se consideră doar caldura sensibilă, la fel ca şi în cazul lunar).
În cazul echipamentelor electronice, se iau în calcul 66 aparate cu o putere de 100W
fiecare, pe perioada de funcţionare.
Pentru degajările de căldură care provin din iluminat, se introduce valoarea calculată cu
metoda lunară, de 803,82W, pe perioada de funcţionare, şi anume 8.00-10.00 şi 16.00-18.00.
W.=**m/W*A=Φ totalail 8280375
244
10 2 (3.46)
Determinarea sezonului de răcire
Pentru a determina perioada de răcire, în simulare se lasă clădirea să evolueze liber, fără
sistem de răcire şi se centralizează temperaturile interioare obţinute. Sezonul de răcire se
consideră că începe atunci când trei zile consecutiv temperatura interioară depăşeşte 25 oC (adică
temperatura interioară de calcul) cel puţin 3 ore/zi. Evoluţia temperaturii interioare în regim liber
este reprezentată în acest caz în figura 3.5.
Rezultatele obţinute sunt importate într-un fişier Excel, cu ajutorul caruia se poate
reprezenta grafic variaţia temperaturilor interioare comparativ cu temperatura interioară de
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
92
calcul, care trebuie menţinută constant 25 oC. Sezonul de răcire se poate citi grafic pe abscisă,
corespunzător curbei care depăşeşte dreapta de temperatură constantă de 25 oC.
Fig. 3.5. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 1
Perioada de răcire: 22 mai – 1 noiembrie – 164 zile, iar consumul de energie pentru răcire
este QR= 12567 kWh.
III.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura
exterioară
În acest caz, singura componentă care se modifică faţă de cazul precerdent este necesarul
de răcire pentru ventilare, restul datelor de intrare rămân aceleaşi.
Faptul că debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară este reprezentat
în program prin punerea în funcţiune a ventilării. Debitul este exprimat în schimburi de aer pe
oră.
Bppersv q*Aq*NV (3.47)
Pentru 66 de persoane, Vv = 3351 m3/h. Raportat la volumul clădirii de 2230 m3, rezultă 1,5
schimburi de aer pe oră. Ventilarea funcţionează pe perioada de lucru al angajaţilor. În rest se
consideră un debit de aer proaspăt de 0,1 h-1 schimburi pe oră, datorat infiltraţiilor.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
93
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
94
Evoluţia temperaturii interioare în regim liber este reprezentată în acest caz în figura 3.6.
Fig. 3.6. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 2
Perioada de răcire: 22 mai – 31 octombrie – 163 zile, iar consumul de energie pentru
răcire este QR= 12644 kWh.
III.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi
3a. Numarul ocupanţilor creşte
Ca şi în cazul calcului lunar, dacă se consideră 5 m2/persoană în loc de 10 m2/persoană ca
în cazurile precedente, numărul ocupanţilor creşte la 135 ocupanţi/clădire, aproape dublu decât
în cazurile precedente (66 de persoane).
În acest caz, creşterea numărului de persoane influenţează doar energia provenită de la
sursele interne, restul datelor rămân aceleaşi ca în cazul 1 de referinţă.
Programul calculează căldura degajată de ocupanti, considerând o degajare de 75
W/persoană şi un număr de ocupanţi Npers=135.
Pentru aparatura electronică s-a considerat o degajare de 100 W/aparat şi un număr de
135 aparate.
Căldura degajată de iluminat rămâne aceeaşi, de 803,82W.
Evoluţia temperaturii interioare în regim liber este reprezentată în acest caz în figura 3.7.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
95
Fig. 3.7. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 3a
Sezonul de răcire, determinat grafic cu ajutorul temperaturii medii de echilibru, este
30 aprilie – 30 noiembrie –215 zile.
Necesarul de răcire aferent este QR=21778 kWh.
3b. Numarul ocupanţilor scade
Dacă se consideră 15 m2/persoană în loc de 10 m2/persoană ca în cazurile precedente,
numărul ocupanţilor scade la 66 ocupanţi/clădire la 45.
Variaţia numărului de persoane se reflectă în simularea ocupanţilor şi a echipamentelor
electronice. Restul datelor de intrare se păstrează ca în cazul 1.
Evoluţia temperaturii interioare în regim liber este reprezentată în acest caz în figura 3.8.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
96
Fig. 3.8. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 3b
Sezonul de răcire, determinat grafic, este 28 mai – 26 octombrie – 152 zile.
Necesarul de răcire aferent este QR=9019 kWh.
III.4. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar
Calcul lunar Calcul orar - Codyba
Cazul
studiat
Date de
intrare Perioada de
racire
Nr.
de
zile
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
Perioada de
racire
Nr.
de
zile
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
θintr=θi Cazul 1
de
referintă Npers=66
1 aprilie –
22 octombrie 205 23893
22 mai –
1 noiembrie 164 12567
θintr=θe Cazul 2
Npers=66
15 iunie –
30 august 77 5038
22 mai –
31 octombrie 163 12644
θintr=θi Cazul 3a
Npers=135
7 martie –
15 noiembrie 254 39625
30 aprilie –
30 noiembrie 215 21778
θintr=θi Cazul 3b
Npers=45
7 aprilie –
22 octombrie 199 19458
28 mai –
26 octombrie 152 9019
Tabel 3.1.: Tabel centralizator cu diferitele cazuri studiate
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
97
Din punct de vedere al temperaturii de introducere, se constată că dacă temperatura
de refulare este temperaura interioară de 25 °C tot timpul (cazul 1) duce la perioade de racire
foarte mari (aproape tot anul) şi implicit la consumuri foarte mari de energie, mai ales în cazul
metodei orare. Acest lucru se datorează faptului că în primul caz de referinţă pierderile de
căldură prin ventilare sunt nule şi astfel aporturile interne de căldură sunt amplificate faţă de
cazul al doilea. În cazul introducerii aerului cu temperatura interioară aporturile sunt mai mari
decât pierderile de căldură, ceea ce conduce la un sezon de răcire mai mare.
Dacă temperatura de introducere este egală cu temperatura exterioară (cazul 2), se
remarcă o scădere a sezonului de răcire şi implicit şi a consumului de energie pentru răcire, în
cazul calcului lunar, faţă de cazul de referinţă în care temperatura de introducere este
temperatura interioară de calcul de 25oC.
Perioada de răcire este considerabil mai mică în cazul metodei lunare, deoarece această
metodă operează cu temperaturi medii exterioare lunare care sunt mai mici decât cele interioare.
Prin urmare pe perioada verii este posibil să avem pierderile de căldură prin transfer, ceea ce nu
corespunde cu realitatea.
Consumurile de energie obţinute prin metoda CoDyBa pentru cazul 2 sunt mai apropiate
de realitate decât cele obţinute prin metoda lunară datorită faptului că programul ia în
considerare răcirea debitului de aer proaspăt. Calculele realizate prin metoda lunară scapă din
vedere consumurile sistemului de ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se
consideră că acesta este introdus cu temperatura exterioară mai mică decât temperatura interioară
de calcul tot timpul, ceea ce nu corespunde cu realitatea.
Din punct de vedere al variaţiei numărului de ocupanţi, aporturile interne şi debitele de
aer de ventilare ţin cont de variaţia gradului de ocupare, deci necesarul de răcire variază direct
proporţional cu acest număr în ambele metode.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
98
Capitolul 4
CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA
CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE AVANSATE
IV.1. Programul Trnsys
IV.1.1. Descrierea generală a programului de simulare
Trnsys (TRaNsient System Simulation - Program de Simulare a Sistemelor Tranzitorii)
este un program de simulare dezvoltat de Universitatea Wisconsin – Madison, cu varianta
comercială disponibilă din 1975. Pachetul cuprinde o interfaţă grafică (Trnsys Simulation
Studio), cu ajutorul căreia se creează simularea, o interfaţă pentru clădiri simple sau compuse din
mai multe zone (TRNBuild/ Type 56), sistemul de simulare (TRNDLL.dll), executabilul
(TRNEXE.exe) şi un program pentru editarea manuală a datelor de intrare şi realizarea de
aplicaţii personalizate (TRNEdit).
Trnsys abordează modular problema simulării, lucru care îl face un program flexibil în
modelarea unei varietăţi de sisteme energetice cu diferite grade de complexitate, deoarece o
problemă foarte mare poate fi redusă într-o serie de probleme mai mici, fiecare putând fi mai
usor rezolvată. În plus se observă faptul că multe dintre componente se pot regăsi şi în alte
sisteme, deaceea ele sunt descrise sub formă generală, lucru ce determină că pot fi utilizate cu
mici modificari sau direct.
Aplicaţiile principale ale programului se regăsesc în domeniile:
Sisteme solare ( panouri solare şi celule photovoltaice)
Clădiri ecologice şi sisteme HVAC cu consum redus de energie (ventilare naturală,
încălzirea/răcirea plăcilor, faţade)
Energie regenerabilă (pompe de căldură,turbine eoliene)
Cogenerare şi biocombustibil
Orice sistem ce necesită simulare dinamică.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
99
Fiecare componentă a unui sistem creeat are la baza un model matematic.Componentele
sistemului sunt denumite în program ca şi tipuri numerotate de elemente( exemplu: Type56a)
Caracteristicile clădirilor se modifică şi se realizează cu ajutorul TRNBuild.exe. Astfel se
poate vedea/edita structura clădirii, comportamentul termic al clădirii (în functie de suprafeţele
vitrate, regimul de încălzire/răcire).
Simularea are ca rezultat realizarea unor grafice între parametrii studiaţi. Citirea datelor
se poate face prin oprirea simulării într-un anumit moment şi repornirea ulterioară a acesteia.
Subrutinele Trnsys
Programul conţine mai multe subrutine pentru controlul simulării şi calculul modelelor de
componente. Subrutinele de modele de componente (TYPE) sunt calculate separat într-o anumită
secvenţă. Un Type este reprezentat de o componentă Trnsys ce simulează caracteristicile şi
evoluţia unui element real (colector solar, pompa etc.) şi/sau poate rezolva o serie de operaţii
matematice (ecuaţii, funcţii).
Fiecare componentă (Type) are asociat un număr de indentificare propriu ce corespunde
subrutinei Fortran utilizată pentru componenta respectivă. Când utilizăm acelaşi type, de mai
multe ori în cadrul unei aplicaţii, fiecărei componente i se atribuie un număr de ordine pentru a
putea stabili cu uşurinţă succesiunea operaţiilor.
Componentele cu un impact major asupra sistemului sunt Type 56- clădirea multizonă şi
Type 109-TMY2 care conţine datele meteo.
Având în vedere complexitatea unei clădiri multizone, parametrii type-ului 56, nu sunt
definiţi direct în fişierul de intrare Trnsys. În schimb sunt atribuite două fişiere ce conţin
informaţiile necesare pentru descrierea construcţiei (*. bld) şi funcţia de transfer ASHRAE
pentru pereţi (*.trn).
TRNBuild este un program utilizat pentru a introduce date de intrare pentru clădirile
multizone. Acesta permite specificiarea detaliată a elementelor de anvelopă ale cladirii, şi tot
ceea ce este necesar pentru a simula comportamentul termic al clădirii, cum ar fi proprietătile
optice ale ferestrei, programul de funcţionare al echipamentelor, tipul de ventilare etc.
Scopul editării separate a compomentei Type56 este de a defini în detaliu caracteristicile
şi comportamentul termic al fiecărei zone din care este alcătuit acest tip.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
100
TRNBuild creaza fişiere cu extensia (*.bui) ce includ toate informatiile necesare
simulării clădirii.
Type 109-TMY2 are scopul principal de a citi date meteorologice, la intervale de timp
regulate dintr-un fişier de date, convertindu-le într-un sistem unităţi dorite, generând valori ale
radiaţiei solare directe si difuze pentru un număr arbitrar de suprafeţe cu orientare şi înclinare
arbitrară.
Typical Meteorological Year (TMY) a fost realizat pentru a funiza date climatice orare
sub forma de fisiere usor de gestionat. Este precursorul lui TMY2.
Modelul clădirilor ([91])
Realizarea modelului clădirilor se poate face şi cu ajutorul unui automat de modificare a
caracteristicilor clădirii din TRNBuild.exe. Pentru definirea caracteristicilor clădirii trebuie
urmăriţi următorii paşi:
Definirea zonelor şi adiacentelor între ele
Caracteristicile zonelor (nume,înălţime,lungime,lăţime, şi implicit volum ocupat)
Orientarea clădirii şi suprafeţele vitrate
Infiltraţii prin neetanşeităţi şi tipul de climatizare
Încălzire şi răcire (procentul de încălzire radiativă, temperaturile pe timp de zi şi pe timp
de noapte, puterea specifică de încălzire)
Aporturi (aporturi specifice de la persoane, iluminat, alte surse)
Umbrire (fixă sau mobilă-în funcţie de tipul parasolarelor şi dimensiunile ferestrelor şi de
radiaţia totală ce pătrunde prin spaţiile vitrate)
Finalizarea definirii clădirii şi concretizarea proiectului.
O cladire poate fi definită cu ajutorul lui TRNBuild care defineşte caracteristicile şi
comportamentul termic al clădirii multizonale. Conceptul de „multizone building” poate fi
văzut/modificat ca o clădire alcătuită din maxim 25 de zone care pot influenţa comportamentul
termic al clădirii.
În programul de simulare, TRNStudio, clădirea multizonală este definită sub forma unui
singur parametru, având denumirea de TYPE56.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
101
Începerea unui proiect nou de cladire se face cu definirea:
informaţiilor generale
orientării geografice a pereţilor
intrărilor adiţionale
ieşirilor dorite în final
Definirea orientărilor se face din lista de orientari posibile : Nord, Sud, Est, Vest, Nord-
Est, Nord-Vest, Sud-Est, Sud-Vest, Orizontal sau altele introduse de utilizator.
Pentru fiecare orientare selectată se va atribui o radiaţie incidentă în funcţie de zona în care se
află locuinţa.
Calculul coeficienţilor de transfer de căldură se calculează cu ajutorul unor parametri care se
definesc în funcţie de diferenţele de temperaturi între suprafeţe şi aerul interior.
Astfel se determină
hconv = const (Tsuprafata–Taer)exp (4.1)
Valorile coeficienţilor const si exp se găsesc în literatura de specialitate.
Definirea intrărilor se poate face din fereastra “INPUTS” . Aici se pot defini intrările
din cadrul descrierii clădirii (exemplu aporturi suplimentare, program de funcţionare etc.)
Definirea ieşirilor se referă la anumite date de ieşire ce vor să fie vizualizate şi
comparate de utilizator. Predefinite sunt valorile temperaturii aerului şi necesarului de energie
sensibilă. Aceste valori se pot vizualiza pentru o singură zonă sau pentru un grup de zone, în
funcţie de preferinţe.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
102
Zonele termice
Modelul multi-zonă utilizat Type 56 este un model non-geometric de echilibru cu un
singur nod de temperatură, ce reprezintă întreaga capacitate termică a zonei.
Fig.4.1 Bilanţul termic al unui nod de temperatură corespunzator unei zone
Fluxul de căldură convectiv în punctul respectiv :
i,rsupinvsurseinfventi (4.2)
Фvent - fluxul provenit de la debitul de aer introdus de un sistem de ventilare
)TT(*c**V ivpvvent (4.3)
Фinf - fluxul provenit din infiltraţii de aer din exterior
)TT(*c**V iepvinf (4.4)
Фsurse - aporturi de căldură de la oameni,echipamente,iluminat etc.
Фinv - fluxul de căldură provenit de la încăperi/zone vecine
)TT(*c**V izonaxpvinv (4.5)
Фsupr,i - fluxul convectiv provenit de la suprafeţele interioare
)TT(*S*U ipppi,rsup (4.6)
Qsurse
Qinv
Qsupr,i Qinf
Qvent
Qi
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
103
Legături şi schimburi de aer interzonale
Legăturile dintre zone sunt reprezentate de debitele masice de aer pe care o zona le poate
primi de la altă (poate fi considerat ca debit provenit de la/la un nod de aer). Acest fenomen se
poate întâmpla şi invers, astfel aerul transferat să revină în zona din care a plecat. Pentru a se lua
în considerare acest debit de aer, trebuie ca legătura cu zona adiacentă să fie definită în aşa fel
încât un debit egal de aer să fie returnat.
Scopul acestei convenţii este de a defini ventilarea în cruce sau o ventilare circulară cu
trei sau mai multe zone.(ex. fenomenul de termosifon între gradină de vară şi camera adiacentă)
Fig. 4.2 Schimburi de aer interzonale
Fluxuri de căldură radiative către pereţi şi ferestre
Fiecare corp emite radiaţii, influenţând distribuţia de temperatură a zonei în care se află,
conducţia şi convecţia liberă sau forţată.
Domeniul radiaţiilor termice caracterizează o radiaţie electromagnetică cu o lungime de
undă cuprinsă între 0.1 µm şi 100 µm.
Fluxul radiant incident pe o suprafaţă a unui corp (exemplu perete) este absorbit, reflectat
şi transmis prin corpul respectiv.
Schimb interzonal Ventilare “în cruce”
Ventilare circulara
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
104
Aporturile provenite de la radiaţiile solare sunt o problemă importantă în domeniul
construcţiilor şi instalaţiilor. Luând în considerare radiaţiile solare, fluxul de căldură radiativ
într-un anumit punct din interiorul unei încăperi este calculat în funcţie de următorii factori:
Qr,w - aporturi prin radiaţie în nodul(punctul) de pe perete [kJ/h]
Qg,r,i,w - aporturi prin radiaţie primite de perete [kJ/h]
Qsol,w - aporturi solare prin radiaţie prin ferestre [kJ/h]
Qlong,w - schimburi de căldură radiative între pereţi şi ferestre [kJ/h]
Qwall-gain - fluxul de căldură prestabilit pe perete sau fereastră [kJ/h]
Qr,w= Qg,r,i,w+ Qsol,w+ Qlong,w+ Qwall-gain (4.7)
Fig. 4.3 Fluxuri de căldură radiative considerând temperatura unui nod de pe un perete([91])
Transferul global de căldură
Caracateristica cantitativă a procesului general de schimb de căldură îl constituie
coeficientul global de transmisie a căldurii U sau rezistenţa termică globală R.
În regim staţionar, schimbul de căldură se exprimă sub forma:
Q=U*S*Δt [W] (4.8)
Q= (S*Δt)/R [W] (4.9)
Δt= diferenţa de temperatură dintre cele două fluide;
S= suprafaţa de schimb de căldură.
Expresia coeficientului global de transmisie a căldurii printr-un perete plan, compus din
mai multe straturi are forma:
Aporturile solare prin ferestre sunt distribuite pe toţi pereţii
sau
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
105
n
1i ei
i
i h1
h1
1U [W/m2K] (4.10)
exprimând rezistenţa termică cu:
2
n
1i i
i
1 h1
h1R
[m2K/ W] (4.11)
unde:
hi – coeficient de schimb superficial global la interior
he – coeficient de schimb superficial global la exterior δ – grosimea stratului de perete
λ – conductivitatea termică a materialului
Fluxurile de caldură corespunzatoare pereţilor
În figura 4.4, se detaliază fluxurile de căldură şi comportamentul termic corespunzător
oricăror pereţi.
Fig.4.4 Fluxuri de căldură şi temperaturi corespunzătoare suprafeţelor interioare şi
exterioare([91])
Ss,i – Fluxul de căldură radiativ absorbit la suprafeţele interioare; Ss,o – Fluxul de căldură radiativ absorbit la suprafeţele exterioare; qr,s,i – Transferul de căldură net radiativ cu toate suprafeţele interioare unei zone;
qr,s,o – Transferul de căldură net radiativ cu toate suprafeţele exterioare; qs,i – Fluxul de căldură conductiv de la interiorul peretelui la suprafaţa interioară;
qs,o – Fluxul de căldură conductiv de la suprafata exterioara la interiorul peretelui; qc,s,i – Fluxul de căldură convectiv de la suprafaţa interioară la aerul interior;
qc,s,o – Fluxul de căldură convectiv de la mediul exterior la suprafaţa exterioară;
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
106
Ts,i – Temperatura suprafeţei interioare;
Ts,o – Temperatura suprafeţei exterioare;
Ti – Temperatura in zona interioara (nodul de aer)
Ta,s – Temperatura aerului exterior
Modelele matematice din spatele ecuaţiilor fluxurilor de căldură prin pereţi se bazează pe
funcţia de transfer concepută de Mitalas şi Arseneault, definiţa de la suprafaţă la suprafaţă.
În concluzie, pentru orice perete, fluxul de căldură prin conducţie pe suprafeţele
interioare şi exterioare este:
ki,s
sdn
1k
ks
ki,s
scn
0k
ks
k0,s
sbn
0k
ksi,s qdTcTbq
(4.12)
k0,s
sdn
1k
ks
ki,s
sbn
0k
ks
k0,s
san
0k
ks0,s qdTbTaq
(4.13)
unde:
k - coeficient care se referă la timpul în care se realizează măsurătoarea.
as,bs,cs,ds - coeficienţi care depind şi ei de timp şi care sunt determinaţi folosind funcţia de
transfer -z-.
Din punct de vedere termic o fereastră este considerată ca un perete extern fără
masivitate termică, parţial transparent la aporturi solare dar opacă la aporturile interne de
lungime mare de undă. Se consideră că absorbţia radiaţiilor de lungime mare de undă apare
numai la suprafeţe interioare. În calcului bilanţului de energie pentru tipul 56, fereastra este
definită ca un model alcătuit de 2 noduri (figura 4.5)
Fig.4.5 Model de fereastră în 2 noduri folosită în componenta Type 56 pentru calculul bilanţului
de căldură
unde: Ug,s= coeficientul total de pierdere de căldură prin suprafaţa vitrată,de la interior la exterior
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
107
Aporturi totale de la suprafeţele unei zone
Aporturile totale la zona „i” de la toate suprafeţele este suma fluxurilor de căldură:
Qsurf,i = ∑Asqcomb,i = ∑ zonele adiacente ∑suprafata i la jAsBsTcentru,j + ∑suprafetele extAsBsTa +
+∑peretii interioriAsBsTcentru+∑marginea cunoscutaAsBsTb,s - ∑suprafata in zona iAs(CsTcentru,i – Ds – Ss,i) (4.14)
Unde:
As = suprafata interioara a suprafetei s
Obs. Ambele suprafeţe ale unui perete interior sunt considerate suprafeţe interioare şi trebuie
incluse de două ori în ecuaţie.
Bilantul de energie in nodul central:
Q surf,i = 1/Rcentru,i*(Tcentru,i – Ti) (4.15)
Infiltraţii,ventilare şi schimburi de aer convective
Valorile infiltraţiilor prin neetanşeităţi şi a ventilării unei clădiri sunt date în schimburi de aer pe oră. Debitul masic este rezultatul volumului aerului dintr-o zonă, a densităţii aerului şi a schimburilor de aer. Infiltraţiile apar întotdeauna din exterior, pe când ventilarea apare de la o posibilă variaţie de temperatură. Se presupune că valori egale de aer părăsesc o anumită zonă la temperatura zonei respective. Astfel câstigurile de energie ale unei zone datorate infiltraţiilor si ventilării sunt:
Qinf,i=minf,iCp(Ta-Ti) (4.16)
Qv,i=∑ventmv,iCp(Tv-Ti) (4.17)
unde:
minf,i= debitul masic de aer infiltrat;
mv,i= debitul masic de aer ventilat;
Cp= căldură specifică a aerului;
Tv= temperatura aerului ventilat;
Ta= temperatura ambientului sau exterioară.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
108
Pentru fiecare perete sau fereastră care separă zone de temperaturi de transport sau
pentru fiecare perete ce se află în contact cu exteriorul, se poate defini un schimb de căldură
convectiv. Acest schimb este dat de debitul masic de aer care intră în zonă prin suprafaţa
respectivă. O cantitate egală de aer este presupusă a părăsi zona la temperatura zonei respective.
Aporturile totale de energie datorate schimbului convectiv între suprafaţă şi aer este suma tuturor
aporturilor pentru toţi pereţii şi toate ferestrele din zonă:
Qcplg,i=∑zone adiacente ∑suprafete i la jmcplg,sCp(Tj-Ti)+ ... + ∑marginimcplg,sCp(Tm-Ti) (4.18)
mcplg,s= debitul masic de aer care intră în zona „i” prin pereţi sau ferestre.
IV.1.2. Avantajele programului
Datorită noutăţilor pe care Trnsys le aduce faţă de metodele de calcul clasice de consum
de energie, se vor putea calcula consumuri de energie mult mai apropiate de realitate şi mai
exacte.
Sistemul este definit printr-un set de componente interconectate în aşa fel incât să
rezolve o anumită sarcină. Se obeservă şi aici caracteristica modulară a programului, lucru ce
face posibilă simularea performanţei sistemului prin simularea colectivă a performanţei şi a
interacţiunii dintre componente.
Performanţa unei componente din sistem depinde în mod normal de caracteristicile fixate
ale parametrilor, performanţele (output) altor componente şi a funcţiilor dependente de timp.
Pentru a putea rula programul, componentele trebuie conectate între ele, realizânduse
astfel un flux informaţional al diagramei. Acesta este o reprezentare schematică a transferului de
informaţie ce se realizează între componente sistemului. Fiecare informaţie ce este primită sau
transmisă de o componentă este reprezentată grafic printr-o săgeată (de la output-ul componentei
anterioare la inputul componentei următoare).
Informaţia transmisă este reprezentată de Output şi poate fi transmisă utilizatorului prin
intermediul unei componente finale (Printer, Online Plotter) sub formă de diagramă, tabel.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
109
Avantajele acestui program sunt:
- structura modulară a simulării care reduce cu mult complexitatea sistemului simulat
deoarece o problemă foarte mare poate fi redusă la o serie de probleme mai mici
- interconectarea componentelor sistemului în aproape orice formă
- rezolvarea diferitelor ecuaţii
- facilitarea transmiterii de informaţii de la o componentă la alta
Din aceste cauze problema simularii sistemului se reduce la indentificarea tuturor
componentelor şi descrierea matematică a acestora.
IV.1.3. Introducerea datelor de intrare în program
Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea simulărilor sunt:
- definirea datelor climatice;
- stabilirea elementelor de construcţie care delimitează încaperea(pereţi, ferestre, terasă);
- caracteristicile elementelor de anvelopă;
- scenariile de funcţionare ale echipamentelor şi programul de lucru al angajaţilor;
- sursele interne de căldură repartizate pe cele trei componente (oameni, echipamente, iluminat);
- date privind sistemele de răcire şi ventilare;
- debitul de aer şi temperatura aerului interior.
Datele clădirii şi ale sistemului de ventilare şi climatizare au fost transpuse prin
intermediul pre-procesorului TRNBuild astfel:
Ddefinirea elementelor de anvelopa s-a făcut pe orientari pentru fiecare element de
anvelopă în parte, folosind materialele din libraria existentă astfel încât structurile definite şi
valorile transmitanţelor rezultate să fie comparabile cu cele din metoda lunară.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
110
Introducerea pereţilor:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
111
Introducerea plăcii de pe sol:
Programul de funcţionare se introduce din meniul Schedule, care permite definirea unor
profile exacte de ocupare a clădirii, profile ce pot fi folosite atât pentru determinarea degajărilor
interioare de căldură cât şi pentru stabilirea regimului de funcţionare a sistemului de ventilare şi
climatizare.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
112
Pentru angajaţi şi aparatura electonică se defineşte acelaşi program de funcţionare ca şi în
cazurile din capitolele anterioare, adică de luni până vineri, de la ora 9.00 la 17.00
Scenariu pentru iluminat este diferit faţă de cel pentru activitatea persoanelor, iluminatul
fiind disponibil de luni până vineri, de la ora 8.00 la ora 10.00 şi de la 16.00 la 18.00.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
113
Functionarea sistemului climatizare se poate face conform unui program de lucru a
sistemul de climatizare astfel incat temperatura interioara prescrisa (25°C) sa fie mentinuta doar
in perioada de ocupare a cladirii. Sarcina de racire a cladirii va fi acoperita de sistemul de
climatizare care poate fi de tipul numai aer sau aer-apa.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
114
IV.2. Studii de caz
IV.2.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu
temperatura interioară de calcul
Faptul că debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul,
reprezintă introducerea unei ventilări mecanice în programul de simulare, cu o temperatură de
refulare constantă de 25 oC, egală cu cea a temperaturii interioare. Debitul de ventilare este
introdus în schimburi pe oră. Ventilarea este pornită doar pe perioada de lucru a angajaţilor.
Debit de aer proaspăt datorat infiltraţiilor este considerat de 0,1 h-1 schimburi pe oră, la
fel ca şi în cazul folosirii programului CoDyBa.
Aporturile de căldură ale surselor interioare
Ca şi în cazul calculului lunar, degajările de la sursele interioare provin de la ocupanţi,
aparatură electronică şi iluminat.
Se consideră 66 de ocupanţi, cu o degajare de 75W/persoană în timpul programului de
lucru, conform ISO 7730 (se consideră doar caldura sensibilă, la fel ca şi în cazul lunar).
În cazul echipamentelor electronice, se iau în calcul 66 aparate cu o putere de 100W
fiecare, pe perioada de funcţionare. Datorită faptului că nu există predefinită în program puterea
dorită de 100W/echipament, s-a ales puterea cea mai apropiată de 80 W/aparat şi s-a modificat
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
115
numărul de aparate electronice pentru a rezulta o putere totală egală cu cea calculată cu metoda
lunară.
Pentru degajările de căldură care provin din iluminat, se consideră 10 W/m2.
Interfaţa grafică reprezentată în Trnsys Simulation Studio pentru cazul 1 este:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
116
Determinarea sezonului de răcire
După rularea aplicaţiei, programul permite atât afişarea grafică a parametrilor doriţi cât şi
editarea valorilor acestor parametrii sub forma unor fişiere text prin intermediul subrutinei Type
65b (Online Plotter with File).
Fig. 4.6. Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
25 0C
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
117
Pentru a determina perioada de răcire, se cladirea a fost lasata sa evolueze liber, fără
sistem de răcire. Sezonul de răcire este determinat prin prelucrarea valorilor orare ale
temperaturii interioare conşinute de fişiereul text generat de Type 65b. Acesta începe atunci când
trei zile consecutiv temperatura interioară depăşeşte 25 oC (adică temperatura interioară de
calcul) cel puţin 3 ore/zi.
Perioada de răcire determinată este 12 aprilie – 30 octombrie. – 202 zile
Determinarea consumului de energie pentru răcirea clădirii s-a făcut prin însumarea
consumurilor orare rezultate pentru menţinerea temperaturii interioare de 25 °C în perioada de
ocupare a clădirii.
În această situaţie sistemul de climatizare este pornit pe perioada de ocupare a clădirii.
Simulare s-a realizat cu pasul de timp de o oră.
Variaţia consumurilor de energie orare pentru menţinerea temperaturii interioare de 25 °C
în perioada de ocupare fiind următoarea:
Fig. 4.7 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire
determinat anterior este Qr=12536 kWh.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
118
IV.2.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura
exterioară
Datele de intrare rămân la fel ca şi în cazul precedent. Singura componentă care se
schimbă este că temperatura de introducere a aerului proaspăt necesat ventilării nu mai este
constantă, ci este temperatura exterioară.
Variaţia temperaturilor interioare şi exterioare orare în această situaţie fiind următoarea:
Fig. 4.8 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
25 0C
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
119
Perioada de răcire este 24 mai – 15 octombrie -145 zile.
Pentru a determina consumul de energie, se porneşte sistemul de climatizare pe perioada
de ocupare a clădirii. Simulare s-a realizat cu pasul de timp de o oră.
Variaţia consumurilor de energie orare pentru menţinerea temperaturii interioare de 25 °C
în perioada de ocupare fiind următoarea:
Fig. 4.9 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire
determinat anterior este Qr=10051 kWh.
IV.2.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi
3a. Numarul ocupanţilor creşte
Dacă numărul de persoane creşte la 135, aporturile interne se modifică. Restul datelor de
intrare, inclusiv temperatura de refulare a aerului proaspăt, de 25 oC. Rămân la fel ca în cazul 1
de referinţă.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
120
Modificarea numărului de ocupanţi influenţează şi debitul de aer pentru ventilare, care va creşte
de la 1,5 schimburi pe oră la 2,28 h-1.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
121
Când clădirea evoluează liber, cu sistemul de climatizare oprit:
Fig. 4.10 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
Perioada de răcire este 24 februarie – 4 decembrie -284 zile. Necesarului de energie
pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire este Qr=29225 kWh.
Fig. 4.11 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
25 0C
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
122
3b. Numarul ocupanţilor scade
Modificarea numărului de ocupanţi de la 66 la 45, influenţează atât aporturile interne cât
şi debitul de aer pentru ventilare, care va scădea de la 1,5 schimburi pe oră la 1,27 h-1.
Variaţia liberă, fără sistem de climatizare, a temperaturilor:
Fig. 4.12 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
Perioada de răcire este 10 mai – 23 octombrie – 167 zile.
25 0C
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
123
Fig. 4.13 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire
determinat anterior este Qr=8466 kWh.
IV.2.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură
variabilă
În acest caz temperatura de refulare este variabilă prin intermediul unui sistem de
automatizare care atunci când temperatura exterioară este mai mică de 25 °C comandă ca aerul
proaspat să fie introdus în clădire cu temperatura exterioara iar cand această condiţie nu este
satisfacută, sistemul de automatizare comandă răcirea aerului proaspăt până la temperatura
interioară prescrisă (25 °C).
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
124
Datele de intrare rămân cele de la cazul 1 de referinţă (66 persoane), de aceea şi debitul
de ventilare rămâne acelaşi (1,5 h-1). Însă în acest studiu de caz s-a definit un sistem de ventilare
în care aerul proaspăt este introdus cu temperatura exterioară în perioada în care aceasta este mai
mică decât temperatura interioară de calcul. Acest lucru a fost posibil prin implementarea unui
sistem de automatizare care să dicteze temperatura de refulare a aerului proaspat în funcţie de
valoarea temperaturii exterioare.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
125
Variaţia temperaturilor interioare şi exterioare orare în această situaţie fiind următoarea:
Fig. 4.14 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
Perioada de răcire este 24 mai – 18 septembrie - 118 zile. Valoarea totală a necesarului de
energie pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire este Qr=6119 kWh.
Variaţia consumurilor orare:
Fig. 4.15 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
25 0C
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
126
IV.3. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar
Calcul lunar Calcul orar - Trnsys
Cazul
studiat
Date de
intrare Perioada de
racire
Nr.
de
zile
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
Perioada de
racire
Nr.
de
zile
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
θintr=θi Cazul 1
de
referintă Npers=66
1 aprilie –
22 octombrie 205 23893
12 aprilie –
30 octombrie 202 12536
θintr=θe Cazul 2
Npers=66
15 iunie –
30 august 77 5038
24 mai –
15 octombrie 145 10051
θintr=θi Cazul 3a
Npers=135
7 martie –
15 noiembrie 254 39625
24 februarie–
4 decembrie 284 29225
θintr=θi Cazul 3b
Npers=45
7 aprilie –
22 octombrie 199 19458
10 mai –
23 octombrie 167 8466
θintr=var. Cazul 4
Npers=66
1 iunie –
28septembrie 120 12044
24 mai – 18
septembrie 118 6119
Tabel 4.1.: Tabel centralizator cu diferitele cazuri studiate
Din punct de vedere al temperaturii de introducere, se constată că adoptarea unei
temperaturi de refulare de 25 °C tot timpul (cazul 1) duce la perioade de racire foarte mari
(aproape tot anul) şi implicit la consumuri foarte mari de energie.
Aceasta soluţie în care debitul de aer proaspat să fie introdus cu o temperatură constantă
de 25 °C ar fi complet neeconomică din punct de vedere al consumului de energie deoarece
clădirea ar avea nevoie de răcire şi în lunile de tranziţie în care degăjarile interioare ar putea fi
acoperite prin introducerea debitului de aer proaspăt cu temperatura exterioară, realizându-se
astfel o răcire pasivă.
Dacă temperaturii de introducere este egală cu temperatura exterioară (cazul 2), se
remarcă o scădere a sezonului de răcire şi implicit şi a consumului de energie pentru răcire, mai
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
127
ales în cazul calcului lunar, faţă de cazul de referinţă în care temperatura de introducere este
temperatura interioară de calcul de 25oC.
În cazul metodei lunare, acest lucru se datorează faptului că în primul caz de referinţă
pierderile de căldură prin ventilare sunt nule şi astfel aporturile interne de căldură sunt
amplificate faţă de cazul al doilea. În cazul introducerii aerului cu temperatura interioară
aporturile sunt mai mari decât pierderile de căldură, ceea ce conduce la un sezon de răcire mai
mare.
În cazul utilizării programului Trnsys, necesarul mai mic de răcire în cazul introducerii
aerului proaspăt cu temperatura exterioară a rezultat din efectul de răcire al aerului proaspăt de
ventilare pus în evidenţă în special la debite mari de ventilare şi în perioadele de tranziţie.
Calculele realizate prin metoda lunară scapă din vedere consumurile sistemului de
ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se consideră că acesta este introdus cu
temperatura exterioară mai mică decât temperatura interioară de calcul tot timpul, ceea ce nu
corespunde cu realitatea.
Cazul 4 în care temperatura de introducere este variabilă în funcţie de valoarea
temperaturii exterioare este cel mai economic. Se remarcă o scădere aproape la jumătate a
perioadei de răcire şi a consumului de energie faţă de primul caz. Rezultatele obtinute in acest
studiu de caz se apropie mult mai mult de realitate decât cele din studiul de caz 2 deoarece nu
mai sunt introduse pierderi de caldura prin transfer in lunile de vârf si datorită faptului că se ia în
considerare răcirea debitului de aer proaspăt în anumite perioade.
Pentru a înlătura efectul importanţei perioadele de tranziţie, s-au efectuat simulările
aferente primelor două cazuri doar pentru luna iulie, lună în care se ştie că trebuie pus în
funcţiune sistemul de răcire:
a. Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul – luna iulie Ca şi în cazurile anterioare, clădirea este lăsată să evolueze liber pentru a remarca variaţia
temperaturilor interioare şi exterioare când nu este pus în funcţiune sistemul de climatizare (fig.
4.16)
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
128
Fig. 4.16 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
Dacă temperatura interioară este limitată la 25 oC, prin pornirea sistemului de climatizare, se
remarcă variaţiile din fig. 4.17.
Fig. 4.17. Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii este QR=1557 kWh.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
129
b. Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară – luna iulie
Fig. 4.18 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber
Fig. 4.19 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru
răcirea clădirii
Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii este QR=2163 kWh.
Interpretarea rezultatele a pus în evidenţă un necesar mai mare pentru cazul al doilea,
deoarece în acest caz aerul proaspăt trebuie tratat înainte de a fi introdus. De aici se remarcă
influenţa perioadei de tranziţie, care pentru tot sezonul de răcire duce la scăderea necesarului
pentru cazul al doilea, când de fapt această valoare ar trebui să fie mai mare faţă de primul caz.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
130
Capitolul 5:
CONCLUZII, CONTRIBUŢII PERSONALE, DIRECŢII DE
CERCETARE
În cadrul tezei s-a realizat o analiză a fundamentelor teoretice ale metodelor de calcul
posibil de utilizat pentru evaluarea consumului de energie în clădiri. Astfel, s-a analizat modul de
realizare a bazei de date climatice, punându-se în evidenţă caracterul statistic al acestora şi
necesitatea ca datele utilizate să fie preluate din acelaşi calup de date, ceea ce corespunde unei
simultaneităti a parametrilor meteorologici utilizaţi în anul climatic tip.
De asemenea a fost analizată metoda analogiei termo-electrice frecvent utilizată în state
din Europa şi indicată ca metodă de calcul orară simplificată. S-a demonstrat că această metodă
reprezintă discretizarea spaţială a ecuaţiei căldurii, care trebuie să fie integrată ulterior în
calculele dinamice numai în raport cu timpul. Aceasta dovedeşte că este o metodă fiabilă şi de
interes.
În cadrul tezei s-a realizat un studiul care a urmărit influenţa asupra consumului de
energie şi implicit a necesarului de energie a unor factori mai puţini analizaţi, dar cu efect
important asupra sarcinii termice de climatizare, densitate de ocupare şi strategia de ventilare.
Astfel, s-au făcut studii comparative între trei metode de evaluare a consumurilor de energie în
clădirile climatizate pentru diferite situatii, variindu-se pe rând anumiţi parametrii reprezentativi,
şi anume temperatura de introducere a aerului proaspăt de ventilare şi gradul de ocupanţi ai
clădirii.
În ceea ce priveşte densitatea de ocupare, în cazul clădirilor de birouri, aceasta înseamnă
nu numai numărul de persoane ci şi echipamentele electronice. În acelaşi timp, în funcţie de
numărul de persoane se modifică şi necesarul de energie pentru tratarea aerului de ventilare,
deoarece debitul de aer proaspăt este dependent de acest număr.
Compararea studiilor de caz cu cele trei metode folosite se regăseşte în tabelul 5.1:
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
131
Calcul lunar Calcul orar - Codyba Calcul orar - Trnsys
Cazul
studiat
Date de
intrare
Perioada
de racire
(zile)
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
Perioada
de racire
(zile)
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
Perioada
de racire
(zile)
Necesarul
de racire
pentru
cladire
(kWh)
θintr=θi Cazul 1
de
referintă Npers=66
205 23893 164 12567 202 12536
θintr=θe Cazul 2
Npers=66 77 5038 163 12644 145 10051
θintr=θi Cazul 3a
Npers=135 254 39625 215 21778 284 29225
θintr=θi Cazul 3b
Npers=45 199 19458 152 9019 167 8466
θintr=var. Cazul 4
Npers=66 120 12044
- - 118 6119
Tabel 5.1.: Tabel centralizator cu diferitele cazuri studiate
Pe baza acestor studii se pot desprinde mai multe concluzii.
Aşa cum este cunoscut, o mărire a aporturilor de la sursele interioare înseamnă o mărire a
sarcinii termice şi deci a consumului de energie pentru răcire. În acelaşi timp mărirea debitului
de aer de ventilare, care rezultă din creşterea numărului de persoane, are efect diferit în funcţie
de strategia de ventilare (cu aer proaspăt sau cu aer tratat).
Se observă că folosirea aerului proaspăt direct din exterior modifică substanţial necesarul
de energie pentru răcire, în special în capetele de sezon (perioada de tranziţie). În această situaţie
ventilarea cu aer exterior are un efect de micşorare a consumului de energie datorită faptului că
temperatura este mai mică decât cea a aerului exterior. Acest efect se va resimţi diferit în clădiri
cu inerţie termică mică sau mare.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
132
Se remarcă necesitatea schimbării strategiei de ventilare (prin automatizare) în perioada
de tranziţie, care trebuie să se definească pe baza unei analize punctuale în funcţie de datele
climatice, de inerţia clădirii, de durata perioadei de răcire.
Influenţa scenariilor de ventilare se reflectă atât direct asupra necesarului de frig cât şi
indirect prin modificarea perioadei de răcire
Studiile făcute pun în evidenţă efectul benefic al ventilarării nocturne pentru răcirea
pasivă, efect pus în evidenţă în perioada de tranziţie, prin scăderea necesarului de răcire în
această situaţie.
Analizarea fiecărui caz în parte, atrage după sine concluzii care au fost evidenţiate pe
parcursul fiecărui capitol.
Dacă temperaturii de refulare a debitului de aer proaspăt este fixată la o valoare
constantă, cea a temperaturii interioare, pierderile de căldură sunt nule iar degajările de căldură
interioare sunt amplificate, rezultând astfel o perioadă de răcire foarte mare (aproape tot anul)
ceea ce atrage dupa sine un consum foarte mare de energie. Acest lucru este evidenţiat prin toate
metodele folosite în prezenta lucrare, însă diferenţa majoră apare la calculul lunar.
De aceea aceasta soluţie în care debitul de aer proaspăt este introdus cu o temperatură
interioară constantă nu este rentabilă din punct de vedere al consumului de energie, deoarece
clădirea ar avea nevoie de răcire şi în lunile de tranzitie în care degajarile interioare ar putea fi
acoperite prin introducerea debitului de aer proaspăt cu temperatură exterioară, realizându-se
astfel o răcire pasivă.
Dacă debitului de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară, în cazul metodei
lunare, faptul că temperatura exterioară medie lunară este mai mică decât cea interioară, duce la
introducerea unor pierderi de căldură prin transfer importante şi vara, ceea ce nu corespunde cu
realitatea. Aceste pierderi sunt introduse prin energia disipată prin ventilare. Ponderea cu care
acest termen influentează rezultatul este direct proportională cu cantitatea debitului de aer
proaspăt introdus.
Calculele realizate prin metoda lunară scapă din vedere consumurile sistemului de
ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se consideră că acesta este introdus cu
temperatura exterioară, mai mică decât temperatura interioară de calcul tot timpul, ceea nu
corespunde cu realitatea.
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
133
În momentul de faţă, metoda lunară nu permite evaluarea corectă a eficientei introducerii
unor măsuri inteligente de economisire a energiei.
Pentru a elimina aceste inconveniente ale metodei lunare şi pentru a putea face o evaluare
mai corectă a necesarului de energie, temperatura de introducere a aerului proaspăt ar trebui să
fie variabilă, în funcţie de temperatura exterioară. Astfel, în metoda lunară calculul pentru lunile
de capăt nu s-ar face pe intreaga lună ci prin impărtirea perioadei de timp în două intervale, şi
anume:
- perioada de timp în care debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioră
(netratat), când aceasta este mai mică decât temperatura interioară de calcul;
- perioada de timp în care debitul de aer proaspăt este răcit şi introdus cu temperatura
interioară de calcul, când temperatura exterioară este mai mare decât temperatura interioară
Aceste intervale de timp s-ar putea determina prin încercări repetate dar în acest caz
metoda lunară ar deveni mai complicată şi mai greu de utilizat.
De aceea programele de simulare de tipul Trnsys se dovedesc a fi mult mai eficiente
datorită complexităţii lor prin faptului că permite introducerea diferitelor scenarii de calcul şi
folosirea mai multor subrutine (type-uri) pentru un calcul mult mai detaliat. Aceasta conduce la
obţinerea unor rezultate mai apropiate de realitate în comparaţie cu cele obtinute prin metoda
lunară.
Totuşi şi acest program are inconvenientul că utilizatorul trebuie să deţină informaţii
detaliate despre clădire şi sistem şi să introducă aceste informaţii în interfaţa Trnsys, care poate fi
greu de utilizat datorită numărului mare de componente ce trebuiesc definite şi a legăturilor care
trebuiesc făcute între componente.
Complexitatea problemei şi influenţa unor parametrii atât de diverşi conduce la ideea că
cea mai bună soluţie pentru obţinerea unor rezultate corecte ar fi folosirea unui program de
calcul detaliat, care să ruleze în regim dinamic, dar care să aibă o interfaţă foarte simplă. Astfel,
utilizatorul ar putea să introducă doar datele referitoare la clădire, regimul de ocupare şi sistemul
de încălzire sau răcire folosit, iar programul de simulare ar calcula direct consumul de energie,
fără ca utilizatorul să fie nevoit să mai definească legăturile între module (type-uri) aşa cum este
în Trnsys.
Studiul de faţă s-a axat pe partea de necesar de energie, pentru care se poate folosi şi un
program de simulare mai simplificat, cum este CoDyBa. Deşi acesta din urmă este un program
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
134
cu o interfaţă mai uşor de folosit, el are anumite limite de utilizare, şi anume nu poate calcula
consumul pentru diferite tipuri de instalaţii, mai ales în cazul utilizării unor surse regenerabile,
cum ar fi pompele de căldură. Deci nici acest program nu corespunde dorinţelor utilizatorilor de
a găsi un program cu o interfaţă simplificată, dar totodată de a putea face calcule complexe.
Concluziile obţinute în urma analizelor de necesar de energie se consideră că sunt posibil
de extrapolat asupra consumului de energie, prin introducerea unui coeficient de performanţă
global al instalaţiilor frigorifice clasice care nu includ şi surse de energie regenerabile.
Contribuţii personale
- a fost analizat modul de construcţie al anului climatic mediu; s-a pus în evidenţă
necesitatea construirii unei baze de date climatice coerente şi complete, fără de care nici o
evaluare energetică nu este viabilă;
- pornind de la studiile de caz efectuate, s-au evidenţiat limitele metodei de calcul lunar
pentru evaluarea consumului de energie în clădiri, în raport cu metoda orară de calcul; s-a
demonstrat importanţa utilizării metodei orare în vederea calcului necesarului de energie
pentru răcirea clădirilor;
- s-au pus în evidenţă factorii de influenţă cei mai importanţi din punct de vedere al
calcului necesarului de energie; aceşti factori au fost special aleşi în urma unei analize
aprofundate, astfel încât să se reflecte probleme mai puţin cunoscute şi studiate care
influenţează consumul de energie, cum ar fi densitatea de ocupare a spaţiilor, debitele de
aer proaspăt şi stragia de ventilare;
- s-a construit o bază de date climatice, pe baza datelor meteo furnizate de programul
Trnsys, care a fost utilizată în toate metodele analizate, pentru a reduce la minim
influenţa unor factori exteriori care ar putea perturba rezultatele.
Direcţii de cercetare
- este absolut necesar construirea unei baze de date climatice pe baza metodei anului tipic
meteorologic, care să fie cât mai apropiat de media climatică a anilor meteorologici şi să
fie obţinut din date simultane pe un anumit interval de timp (recomandat o lună), bază de
date completă
- realizarea unei interfeţe prietenoase şi uşor de folosit care să utilizeze un program de
calcul dinamic complet şi complex pentru calculul consumului de energie, care să includă
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
135
sistemul de încălzire/ răcire, prin intermediul căruia utilizatorul să poată obţine rezultate
fiabile;
- analiza unor strategii de utilizare a sistemului, ca de exemplu: corelarea programului de
răcire în raport cu orarul de funcţionare al clădirii, ventilarea nocturnă, automatizare
variabilă pentru introducerea debitului de aer proaspăt în funcţie de temperatura
exterioară; această analiză trebuie făcută în corelare cu sarcina nominală a sistemului de
răcire;
- studierea în continuare a unei posibile influenţe a programului de utilizare al clădirii
asupra sarcinii termice, deci şi asupra consumului de energie; acest fapt ar putea conduce
la recomandări referitoare la perioada cea mai favorabilă de utiluzare a clădirii pentru
minimizarea consumului de energie; această idee poate să meargă până la schimbarea
orelor legale în raport cu orele solare (ora de vară/iarnă) ştiut fiind că această schcimbare
s-a făcut în urmă cu mulţi ani, având justificări energetice de reducere a consumului de
energie
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
136
BIBLIOGRAFIE
[1] Alexandre, J. L., Silva, M., Freire, A., Rouboa, A. - General Overview of Potential Energy
Savings in the Tertiary Sector in Some European Countries, 10th REHVA World Congress
« Sustainable Energy Use in Buildins », Clima 2010
[2] André, Ph., Fabry, B., Bertagnolio, S., Franck, P.Y. - Development of an Evidence-Based
Calibration Methodology Dedicated to Energy Audit of Office Buildings. Part 2: Application to
a typical office building in Belgium, 10th REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in
Buildins », Clima 2010
[3] Annabi, M., Mokhtari, A. et Hafrad, T.A. - Estimation des performances énergétiques du
bâtiment dans le contexte maghrébin, Revue des Energies Renouvelables Vol. 9 No.2, 2006
[4] Anisimova, N. - The capability to reduce primary energy demand in EU housing, Energy and
Buildings, Vol. 43, 2011
[5] Aynur, T.N., Hwan, Y., Radermacher, R. - Simulation of a VAV air conditioning system in
an existing building for the cooling mode, Energy and Buildings, Vol. 41, 2009
[6] Baker, N., Adnot, J., Allard, F. – Designing for summer confort heat gain control and passive
cooling of building, London, 1995
[7] Badescu, V., Zamfir, E. - Degree days, degree hours and ambient temperature bin data from
monthly-average temperatures (Romania), Energy Conversion and Management, Vol. 40, 1999
[8] Badescu, V., Staicovici, M. D.- Renewable energy for passive house heating. Model of the
active solar heating system, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006
[9] Bellara, S. - Impact de l'orientation sur le confort thèrmique intérieur dans l'habitation
collective. Cas de la nouvelle ville Ali Mendjeli Constantine, Universite Mentouri Constantine,
Republique Algerienne Democratique et Populaire, Faculte des Sciences de la Terre, de la
Geographie et de l’ Amenagement du Territoire, Departement d’Architecture et d’Urbanisme,
2005
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
137
[10] Bertagnolio, S., André, P. - Development of an Evidence-Based Calibration Methodology
Dedicated to Energy Audit of Office Buildings. Part 1: Methodology and Modeling, 10th
REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in Buildins », Clima 2010
[11] Bourgeois, D. - Adding detailed occupancy prediction and advanced behavioural modelling
in energy simulation, PhD, Faculté des études supérieures, Université Laval, 2005
[12] Brau, J., Krauss, G., Roux, J.,J.– CoDyBa, Cahier des algorithmes, Centre de Thermique de
l’INSA de Lyon (CETHIL), 1992
[13] Brohus, H. – Influence of occupants’ behaviour on the energy consumption of domestic
buildings, 10th REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in Buildins », Workshop 9a,
Clima 2010
[14] C 107/3 : 2005– Normativ privind calculul performanţelor termoenergetice ale elementelor
de construcţie ale clădirilor
[15] Casals, X. G. - Analysis of building energy regulation and certification in Europe: Their
role, limitations and differences, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006
[16] Catalina, T. – Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Estimation of residential buildings
energy consumptions and analysis of renewable energy systems using a multi-criteria decision
methodology, INSA de Lyon, Ecole doctorale : Mecanique, Energetique, Génie Civil,
Acoustique (MEGA), 2009
[17] Catalina, T., Virgone, J., Roux, J.J., Blanco, E. - Effet de l’inertie thermique, de la surface
vitrée et du coefficient de forme sur les besoins en chauffage d’une habitation, Congrès IBPSA,
Lyon France, 2008
[18] Catalina T., Virgone J., Blanco E. - Development and validation of regressionmodels to
predict monthly heating demand for residential buildings, Energy and Buildings, Vol. 40, 2008
[19] Chen, T.-H., Yang, N.-C. - Simplified annual energy loss evaluation method for branch
circuits of a home or building, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
138
[20] Chiriac, F., Mihăilă, C., Cartas, V., Bianchi, A.,M. – Termotehnică, Transfer de căldură,
Institutul de Construcţii Bucureşti, 1988
[21] Chow, T.T., Chan, A.L.S., Fong, K.F., Lin, Z. - Some perceptions on typical weather year—
from the observations of Hong Kong and Macau, Solar Energy, Vol. 80, 2006
[22] CoDyBa software – INSA Lyon, versiunea 6.4
[23] Colda, I. – Curs “Calculul eficienţei energetice a instalaţiilor de ventilare şi climatizare”,
2010
[24] Colda, I., Ardelean, F., Meteorologie şi climatologie, Ed. Conspress, Bucureşti, 2004
[25] Colda, I., Ardelean, F., Petrehuş, V., Niculiţă, L. - Annual energetic behavior of buildings
and the typical meteorological year, Malta Conference
[26] Colda, I.,. Damian, A,. Croitoru, C - Summer electrical energy consumptions for different
cooling systems, 8th International Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems,
Lille – France, July 1 – 3, 2009
[27] Colda, I., Vartires A., Mares, O. - O analiză a modului de aplicare a Metodologiei Mc001 la
clădirile ventilate şi climatizate, Conferinţa Performanţa Energetică, 2011
[28] Conseil Mondial de l’Energie - Objectif : développement durable Evaluation 2010 des
politiques énergétiques et climatiques nationales, 2010
[29] Constantinescu, D. - Tratat de inginerie termică, Termotehnica în construcţii, vol.1, Editura
AGIR, Bucureşti, 2008
[30] CSTB – Manual Trnsys
[31] Davidescu, Al., Mucica, H. – Schimbul de căldură în instalaţiile industriale, Editura
Tehnică, Bucureşti, 1964
[32] Diez-Webster, U., Randle, S. - Projet de Fin d’Etudes : Modélisation d’une maison à
énergie positive, INSA Lyon, Département Génie Energétique et Environnement, 2006
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
139
[33] Directiva 2002/91/CE a Parlamentului European şi a Consiliului privind performanţa
energetică a clădirilor
[34] Directiva 2010/31/UE a Parlamentului European şi a Consiliului privind performanţa
energetică a clădirilor
[35] Dragotă, I., Petrehuş, V. - Metode numerice pentru ecuaţii diferenţiale, Editura Orizonturi
Universale, Timişoara, 2002
[36] Eicker, U., Huber, M., Seeberger, P., Vorschulze, C. - Limits and potentials of office
building climatisation with ambient air, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006
[37] EN ISO 13779:2005 – Ventilation for non residential buildings – Performance requirements
for ventilation and room conditioning systems
[38] EN ISO 13790:2007 - Energy performance of buildings — Calculation of energy use for
space heating and cooling
[39] Euvrard, D. - Résolution numérique des équations aux dérivées partielles de la physique, de
la mécanique et des sciences de l’ingénieur. Différences finies, éléments finis, problèmes en
domaine non borné, Masson, Paris, 1994
[40] Feraru, A. – Managementul energetic al instalaţiilor de ventilare – climatizare, UTCB,
Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor, 2002
[41] Fezzioui, N., Droui, B., Benyamine, M. et Larbi, S. - Influence des caractéristiques
dynamiques de l’enveloppe d’un bâtiment sur le confort thermique au sud Algérien, Revue des
Energies Renouvelables Vol. 11 No.1, 2008
[42] Filfli, S. - Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Optimisation Batiment/Systeme pour
Minimiser Les Consommations Dues a la Climatisation, Ecole des Mines de Paris, Spécialité
“Energétique”, 2006
[43] Fumo, N., Mago, P., Luck, R. - Methodology to estimate building energy consumption
using EnergyPlus Benchmark Models, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
140
[44] Gery, M.- Équipement technique du bâtiment, Transferts de chaleur, INSA de Lyon,
Département Génie Civil et Urbanisme
[45] Ghiauş, A., G.– Transferul de căldură, note de curs, Conspress Bucureşti, 2003
[46] Gugliermetti, F., Passerini, G., Bisegna, F. - Climate models for the assessment of office
buildings energy performance, Building and Environment, Vol. 39, 2004
[47] Guerra Santin O., Itard L., Visscher H. - The Effect of Occupancy and Building
Characteristics on Energy Use for Space and Water Heating in Dutch Residential Stock, Energy
and Buildings, Vol. 41, 2009
[48] Hart, M., de Dear, R. - Weather sensitivity in household appliance energy end-use, Energy
and Buildings, Vol. 36, 2004
[49] Herkel, S., Knapp, U., Pfafferott, J. -Towards a model of user behaviour regarding the
manual control of windows in office buildings, Building and Environment, Vol. 43, 2008
[50] Hihara, Eiji, Wang, Jianfeng - Research on annual energy consumption of packaged air-
conditioning units, Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo, 2004
[51] International Energy Agency – World Energy Outlook 2010
[52] Ionescu, A.M. - Metode de calcul referitoare la schimburi de căldură între clădiri şi mediul
înconjurator, raport 1 de cercetare, 2010
[53] Ionescu, A.M. - Simularea funcţionaării sistemelor de climatizare, raport 2 de cercetare,
2010
[54] Ionescu, A.M. - Simulări ale consumului de energie pentru situaţii de clădiri reprezentative,
raport 3 de cercetare, 2011
[55] Iordache, F. – Termotehnica construcţiilor, ediţia a 3-a, Editura Matrix Rom, Bucureşti,
2010
[56] ISO 15927:2005 - Perfomanţele higrotermice ale clădirilor – Calculul şi prezentarea datelor
climatice
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
141
[57] ISO 15927-4:2005 - Date orare pentru evaluarea necesităţilor energetice anuale de încălzire
şi răcire
[58] Itard, L., Guerra Santin, O., Visscherâ, H. - Evaluation of the effects of Energy Performance
Regulations on the actual energy used in Dutch dwellings, 10th REHVA World Congress
« Sustainable Energy Use in Buildings », Clima 2010
[59] Knight, I., Adnot, J., Alexandre, J-L, Andre, P., Assimakopoulos, M-N, Butala, V., Hitchin,
R., Masoero, M., Spitzbart, C., Wright, D. – Final Project Report: HARMONAC (Harmonizing
Air Conditioning Inspection and Audit) Procedures in the Tertiary Building Sector - Energy
Consumption in European Air Conditioning Systems and the Air. Conditioning System
Inspection Process, 2010
[60] Legea 372 : 2005 privind performanţa energetică a clădirilor (publicată in Monitorul Oficial
nr. 1 Partea I din 19.12.2005)
[61] Leonăchescu, N. – Termotehnică, Editura Didactică şi Pedagogică, 1981
[62] Lungu, C.I. - Optimizarea energo-economică a unui sistem de condiţionare a aerului
utilizând o maşină frigorifică cu absorbţie utilizând gaze naturale, Universitatea Tehnică de
Construcţii Bucureşti, Facultatea de Instalaţii, Bucureşti, 2004
[63] Manualul de instalaţii – Volumul Instalaţii de ventilare si climatizare, Editura Artecno
[64] Mare, C.O. –Studiu comparativ între metodele de evaluare a consumurilor de energie în
clădiri climatizate, UTCB, Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor, 2011
[65] Marion, W., Urban, K., User’s Manual for TMY2s Typical Meteorological Years, National
Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado, 1995
[66] Macias, M., Gaona, J.A., Luxan, J.M., Gomez, G. - Low cost passive cooling system for
social housing in dry hot climate, Energy and Buildings, Vol. 41, 2009
[67] Masy, G., André, Ph., Lebrun, J. - For a better understanding of actual consumption in
residential buildings, 10th REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in Buildins »,
Workshop 9e, Clima 2010
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
142
[68] MC 001/1:2006- Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor,
Partea I "Anvelopa clădirii"
[69] MC 001/2:2006 - Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor, Partea II
"Performanţa energetică a instalaţiilor din clădiri"
[70] MC 001/4:2009 - Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor, Partea IV
„Breviar de calcul al performanţei energetice a clădirilor şi apartamentelor”
[71] Mendonça, K.C., Inard, C., Wurtz, E., Winkelmann, F.C. and Allard, F. - A Zonal Model
For Predicting Simultaneous Heat And Moisture Transfer In Buildings, INDOOR AIR 2002 -
The 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, June 30 - July 5, 2002
[72] Mladin, E.,C., Berbecaru, D., Georgescu, M. – Managementul energiei în clădiri,
Managementul energiei - Principii, concepte, politici, instrumente-, Editura AGIR, Bucureşti,
2008
[73] Moujalled, B. – Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Modélisation dynamique du
confort thermique dans les batiments naturellement ventilés, INSA de Lyon, Ecole doctorale :
Mecanique, Energetique, Génie Civil, Acoustique (MEGA), 2007
[74] Noel, J., Roux, J.,J. - CoDyBa Manuel Utilisateur, 2004
[75] Păltineanu, G., Matei, P., Trandafir, R. - Bazele analizei numerice, Editura Printech, 2001
[76] Panayiotou, G., P., Kalogirou, S., A., Florides, G., A., Maxoulis, C., N., Papadopoulos,
A.,M., Neophytou, M., Fokaides, P., Georgiou, G., Symeou, A., Georgakis, G. - The
characteristics and the energy behaviour of the residential building stock of Cyprus in view of
Directive 2002/91/EC, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010
[77] Papadopoulos, A.M. - Energy cost and its impact on regulating the buildings’ energy
behaviour, Adv. Build. Energy Res. 1, 2007
[78] Papadopoulos, A.M., Theodosiou, T., Karatzas, K. - Feasibility of energy saving renovation
measures in urban buildings: the impact of energy prices and the acceptable pay back time
criterion, Energy and Buildings, Vol.34, 2002
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
143
[79] Paris, B. - Thèse professionnelle : Gestion optimale des échanges énergétiques dans un
habitat individuel, Mastère spécialisé Energies Renouvelables et leurs Systèmes de Production,
Laboratoire ELIAUS, Université Via-Domitia de Perpignan, 2006
[80] Pérez-Lombard, L., Ortiz, J., Pout, C. - A review on buildings energy consumption
information. Energy and Buildings, Vol. 40, 2008
[81] Petcu, C. – Teză de doctorat : Contribuţii la analiza energetică multiparametrică a anvelopei
şi a sistemelor de management al microclimatului din clădiri, UTCB, Facultatea de Inginerie a
Instalaţiilor, 2009
[82] Pfafferott , J., Herkel, S. - Statistical simulation of user behaviour in low-energy office
buildings, Solar Energy, Vol. 81, 2007
[83] Pfafferott , J - .Evaluation of earth-to-air heat exchangers with a standardised method to
calculate energy efficiency, Energy and Buildings, Vol. 35, 2003
[84] Precup, M. - Teză de doctorat : Contributii privind auditarea energetica a clădirilor noi şi
existente, UTCB, Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor, 2011
[85] Rijal, H.B.,. Tuohy , P., Humphreys , M.A., Nicol, J.F., Samuel , A., Clarke, J. - Using
results from field surveys to predict the effect of open windows on thermal comfort and energy
use in buildings, Energy and Buildings, Vol.39, 2007
[86] Roux, J.J. – Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Proposition de modeles simplifies pour
l’étude du comportement thermique des bâtiments, INSA de Lyon, Département Génie Civil et
Urbanisme, 1984
[87] Sateikis, I., Lynikiene, S., Kavolelis, B. - Analysis of feasibility on heating single family
houses in rural areas by using sun and wind energy, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006
[88] Spagnolo, J., de Dear, R. - A eld study of thermal comfort in outdoor and semi-outdoor
environments in subtropical Sydney Australia, Building and Environment, Vol. 38, 2003
[89] Standard I5:2010 – Normativ pentru proiectarea, executarea şi exploatarea instalaţiilor de
ventilare şi climatizare
Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor
144
[90] SR EN 15251:2007- Parametri de calcul ai ambianţei interioare pentru proiectarea şi
evaluarea performanţei energetice a clădirilor, care se referă la calitatea aerului interior, confort
termic, iluminat şi acustică
[91] TRNSYS 16 - a TRaNsient SYstem Simulation program, Volume 6 - Multizone Building
modeling with Type 56 and TRNBuild
[92] Trnsys software – CSTB, versiunea 16
[93] Trocmé, M. - Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Aide aux choix de conception de
bâtiments économes en énergie, Ecole des Mines de Paris, Spécialité “Energétique”, 2009
[94] Voss, K., Herkel, S., Pfafferott, J., Lo¨hnert, G., Wagner, A. - Energy efficient office
buildings with passive cooling – Results and experiences from a research and demonstration
programme, Solar Energy, Vol.81, 2007
[95] World Energy Council – Energy Efficiency: A Recipe for Success, 2010
[96] World Energy Council – Deciding the Future: Energy Policy Scenarios to 2050, 2007
[97] Wong, N.H., Feriadi, H., Lim, P.Y., Thom, K.W., Sekhar, C., Cheong, K.W. - Thermal
comfort evaluation of naturally ventilated public housing in Singapore, Building and
Environment, Vol. 37, 2002
[98] Yu, Z., Haghighat, F., Fung, B., C., M., Yoshino, H. - A decision tree method for building
energy demand modeling, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010
[99] Zhou, L., Haghighat, F. - Optimization of ventilation systems in office environment. Part I.
methodology, Building and Environment, Vol. 44, 2008
[100] http://org.ntnu.no/
[101]http://data.gov.uk/blog/central-government-hq-buildings-real-time-energyconsumption
since-august-2010
[102] http://www.cleanairalliance.org/choices/airconditioning.html
[103] http://www.ovirainvest.ro/html/sticla/radiatia.html
Top Related