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Contributions to the numerical modeling of the buildings, 2013_PhD

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    Programul Operaional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013 Proiect POSDRU/107/1.5/S/76813 Burse doctorale: investitii n cercetare-inovare-dezvoltare pentru viitor (DocInvest)

    UNIVERSITATEA 32/,7(+1,&$ DIN BUCURETI Facultatea de Energetic

    Departamentul de Producere i Utilizare a Energiei

    Nr. Decizie Senat 226 din 28.11.2013

    TEZ DE DOCTORATContribuii la modelarea numeric a cldirilor

    Contributions to the numerical modeling of the buildings

    Autor: Ing. Tudor BARACU Conductor de doctorat: Prof.dr.ing. Adrian BADEA

    COMISIA DE DOCTORAT Preedinte Prof. dr. ing. Ilie PRISECARU de la Univ. POLITEHNICA din Bucureti

    Conductor de doctorat Prof. dr. ing. Adrian BADEA de la Univ. POLITEHNICA din Bucureti Referent Conf. dr. ing. Horia NECULA de la Univ. POLITEHNICA din Bucureti Referent Conf. dr. ing. Ctlin TEODOSIU de la Univ. Tehnic de Construcii din BucuretiReferent Prof. dr. ing. Eden MAMUT de la Univ. OVIDIUS din Constana

    Bucureti, 2013

  • CUPRINS

    INTRODUCERE ........................................................................................................................ 8MULUMIRI ........................................................................................................................... 11CAPITOLUL 1. ENERGIA N CLDIRI. CASE EFICIENTE ENERGETIC ...................... 12

    1.1 STATISTICI ENERGETICE I DE EMISII ALE CLDIRILOR ............................... 121.2 ISTORIC AL CASELOR EFICIENTE ENERGETIC .................................................. 141.3 CONCEPTE MODERNE DE PROIECTARE ALE UNEI CASE EFICIENTE ENERGETIC ........................................................................................................................ 271.4 CASA PASIV POLITEHNICA ............................................................................... 29CONCLUZII ........................................................................................................................ 31

    CAPITOLUL 2. MODELE CLIMATICE ............................................................................... 322.1 TEMPERATURA EXTERIOAR ................................................................................ 322.2 PRESIUNEA EXTERIOAR ....................................................................................... 352.3 UMIDITATEA AERULUI ATMOSFERIC .................................................................. 382.4 VNTUL ....................................................................................................................... 392.5 RADIAIA SOLAR .................................................................................................... 40

    2.5.1. Unghiul de declinaie ............................................................................................. 412.5.2. Ecuaia timpului ..................................................................................................... 422.5.3 Unghi de zenit, de azimut, de altitudine solar. Momente orare de rsrit i de apus .......................................................................................................................................... 432.5.4 Radiaia solar pe suprafee nclinate ...................................................................... 432.5.5. Numrul de mas optic. Absorbia atmosferic a radiaiei solare .......................... 442.5.6 Radiaia de cer senin ............................................................................................... 44

    2.6 SIMULAREA RADIAIEI SOLARE N LOCAIA CASEI PASIVE POLITEHNICA ................................................................................................................ 472.7 METODE DE DETERMINARE A CONSUMURILOR ENERGETICE N CLDIRI PE BAZA DATELOR CLIMATICE ................................................................................... 51

    2.7.1 Metoda Grade-zile (Degree Day Method DD; DDM) ......................................... 512.7.2. Metoda cu baza variabil de grade zile (VBDDM Variable Base Degree-Day Method) ............................................................................................................................ 532.7.3. Metoda Bin (Bin Method - BM) ............................................................................ 532.7.4. Metoda Bin modificat (Modified Bin Method - MBM) ....................................... 54

    CONCLUZII ........................................................................................................................ 54CAPITOLUL 3. CONVECIA N CLDIRI ......................................................................... 56

  • Contribuii la modelarea numeric a cldirilor

    3.1 SIMILITUDINE ............................................................................................................. 563.2 CONVECIA PE PLCI VERTICALE ....................................................................... 573.3 CONVECIA PE PLCI ORIZONTALE .................................................................... 583.4 CONVECIA PE PLCI NCLINATE ........................................................................ 593.5 CONVECIA FORAT ............................................................................................. 603.6 CONVECIA MIXT ................................................................................................... 603.7 CONVECIA N SPAII NCHISE ............................................................................. 61CONCLUZII ........................................................................................................................ 62

    CAPITOLUL 4. MODELAREA TRANSFERULUI DE CLDUR NTRE CLDIRE I SOL .......................................................................................................................................... 63

    4.1 CARACTERISTICILE TERMICE ALE TERENULUI UNEI CLDIRII .................. 634.2 GRADIENTUL DE TEMPERATUR N SOL ........................................................... 66

    4.2.1. Gradientul de temperatur n sol n regim staionar ............................................... 664.2.2. Dinamica gradientului de temperatur n sol ......................................................... 67

    4.3 ANALIZA PIERDERII DE CLDUR PRIN FUNDAIA CASEI PASIVE POLITEHNICA ................................................................................................................ 71CONCLUZII ........................................................................................................................ 75

    CAPITOLUL 5. RADIAIA TERMIC N INCINTE. CUPLARE MULTIMODAL N TRANSFERUL DE CLDUR DIN CLDIRI .................................................................... 77

    5.1 RADIAIA TERMIC N INCINTE FORMULARE MATRICEAL ................... 775.1.1 Legea Kirkhoff pentru radiaie n incinte ................................................................ 775.1.2 Incinte delimitate de suprafee negre ...................................................................... 785.1.3 Incinte delimitate de suprafee gri ........................................................................... 815.1.4 Incinte delimitate de suprafee semitransparente (semiopace) ................................ 83

    5.2 CUPLARE MULTIMODAL A FENOMENELOR DE SCHIMB DE CLDUR N INCINTE .............................................................................................................................. 85

    5.2.1 Ecuaia general a transferului de energie radiativ ................................................. 855.2.2 Ecuaia energiei pentru transferul de cldur din cuplare multimodal .................. 85

    5.3 CUPLARE MULTIMODAL A TRANSFERULUI DE CLDUR PE BAZA TEORIEI GRAFURILOR I A CIRCUITELOR TERMICE ............................................. 86

    5.3.1 Principiul superpoziiei (al suprapunerii efectelor) ................................................. 875.3.2 Principiul superpoziiei i condiiile de margine Dirichlet ...................................... 875.3.3 Criterii de aplicare a condiiilor de margine Dirichlet i Neumann ........................ 875.3.4 Legea Kirchoff a curenilor/ fluxurilor (KCL- Kirchoff Current Law) .................. 885.3.5 Legea Kirchoff a tensiunilor/potenialelor (KVL- Kirchoff Voltage Law) ............ 885.3.6 Matricea de inciden (de conexiune) ..................................................................... 89

    5.4 APLICAIE MATRICEAL CUPRINZND CUPLAREA MULTIMODAL N TRANSFERUL DE CLDUR ......................................................................................... 90

    5.4.1 Relaionrile specifice circuitului de radiaie .......................................................... 915.4.2 Circuitul de radiaie CR1 ......................................................................................... 91

  • Contribuii la modelarea numeric a cldirilor

    5.4.3 Circuitul de radiaie CR2 ......................................................................................... 925.4.4 Matricea de inciden B18x16 .................................................................................... 935.4.5 Matricea conductanelor G18x18 i a capacitilor termice C16x16 ............................. 945.4.6 Matrice de adres ale submatricelor din matricele bloc .......................................... 955.4.7 Condiii Dirichlet. Condiii Neumann ..................................................................... 965.4.8 Obinerea ecuaiei matriceale finale a transferului de cldur prin cuplare multimodal ...................................................................................................................... 98

    CONCLUZII ........................................................................................................................ 99CAPITOLUL 6. ELEMENTE DE AERAUL

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