2 Energia electrica in cladiri 2.1 O privire generala asupra utilizarii energiei in cladiri

Introducere De ce proiectam si construim case?

pentru a ne proteja pe noi si bunurile noastre de conditiile climatice neprielnice

pentru a crea un mediu interior placut

pentru a folosi cu maxima eficienta materialele de constructie disponibile

pentru a face casele rentabile atat pentru locatari cat si pentru proprietari

In lucrarea Lights Labours Lost (IEA, 2006), Agentia Internationala pentru Energie (IEA) arata clar ca in procesul de constructie a unei cladiri trebuie urmarite simultan atat crearea conditiilor optime de locuit, cat si satisfacerea cerintelor de conservare a energiei si mediului. Consumul de energie in cladiri, reprezentand o parte importanta din consumul global de energie, are un impact semnificativ asupra mediului. O privire de ansamblu centrata pe sustenabilitate ne va ajuta sa protejem mediul. Nu este posibil sa luam o decizie corecta fara a luarea in considerare a tuturor factorilor. Trebuie avut in vedere fluxul de energie in cladire in diverse perioade de timp si modul de implicare al proprietarilor si chiriasilor.

Figure 2-1. Obiective generale pentru o cladire de inalta performanta. (WBDG, 2008)

Un punct foarte important in proiectarea unei cladiri il constituie alegerea tipului de fatada care poate fi considerata ca un filtru de energie. O fatada capabila sa se adapteaze dinamic in functie de schimbarile de anotimp specifice fiecarei tari va crea posibilitarea reducerii consumului de energie pentru incalzire, aer conditionat si iluminat. Daca se va preveni patrunderea caldurii produsa de radiatiile solare, consumul sistemului de aer conditionat se va reduce. Iluminatul natural se va folosi impreuna cu luminatul artificial pentru a asigura confortul vizual cu un cosum redus de energie. Sustenabilitaea unei cladiri de inalta performanta se va realiza prin minimizarea resurselor energetice utilizate atat in faza de constructie cat si in faza de exploatare. Materialele utilizate trebuie sa poata fi reciclate intro masura cat mai mare posibila. Mijloacele si caile de reducerea a consumului de energie trebuie sa fie avantajoase atat proprietarii cat si chiriasi pentru a-i motiva sa le aplice.

Probleme de proiectare.

In procesul de proiectare a cladirii trebuie avute in vedere urmatoarele aspecte:

analiza detaliata a protectiei contra expunerii directe la radiatiile solare, posibilitatlie de utilizare a iluminatului natural, cerintele de iluminat si confort vizual

conditii de proiecatre pentru fatada (de ex. izlorea termica , etansietatea, etc.)

modul de functionare a sistemului de ventilatie

masura in care pot fi reduse contributiile la incalzire ale echipamentelor de birou si corpurilor de iluminat si daca sunt necesare instalaltii climatizare

studiul simularilor climatului interior pentru detrminarea consumului de energie primara si secundara

calcului cheltuielilor pe intreaga durata de viata

Impactul asupra mediului

In afara analizei cheltuielilor pe intreaga durata de viata este necesar sa fi studiata si sustenabilitatea solutiei alese. Aceasta inseamna ca trebuie sa fie luate in calcul inca din stadiul de proiectare aspecte precum :

Consumul de energie si varful de sarcina

Materialele folosite in corpurile de iluminat, sursele de lumina, substante chimice periculoase (de ex. mercurul)

Poluarea luminoasa produsa asupra mediului si asupra vecinilor

Nivelul de zgomot

Analiza cheltuielilor pe intreaga durata de viata

Investitia initiala in constructia cladirii reprezinta doar aproximativ 20% din cheltuielile pe intreaga durata de viata a cladirii. Cheltuielile pe termen lung sunt legate de asigurarea functionalitatii si intretinerii cladirii. Costul energiei consumate reprezinta o mare parte din cheluielie de functionare. Un exemplu este prezentat in fig 2.2 in care se prezinta consumul de energie, emisiile de CO2 , deseurile solide rezultate si apa folosita in fazele de achizitie, constructie, exploatare si demolare (Janssen 1999). Se poate observa ca impactul cel mai mare este produs de consumul de energie pentru functionare si intretinere.

Figura 2-2. Analiza ciclului de viata . (Janssen, 1999)

Consumul de energie

Iluminatul artificial consuma aproximativ 19% din totalul energiei electrice generate (IEA 2006). Acest consum reprezinta 30-40% din consumul de energie pentru o cladire. Consumul anual de energie electrica cu iluminatul variaza intre 2050 kWh/m2, (SEA 2007, STIL 2007). Exista o tendinta a comunitatii internationale de a reduce consumul de energie electrice cu iluminatul prin utilizarea tehnologiilor noi la valori sub 10 kWh/m2 pe an. Caile posibile de a reduce energia consumata cu iluminatul includ: reducerea la minim posibil a nivelului de iluminare, utilizarea surselor de lumina cu eficacitate luminoasa ridicata, folosirea metodelor de control al iluminatului si utilizarea iluminatului natural. Reducerea puterii instalate pentru iluminatul artificial trebuie facuta fara a afecta negativ calitatea iluminatului.

In domeniul constructiilor potentialul de economisire a energiei si de imbunatatire a mediului interior este mare. Cladirile noi pot necesita consumuri de energie primara pentru incalzire mai reduse, dar un consum de energie electrica mai mare decat cladirile vechi. Acest fapt se datoreaza cresterii consumului de energie electrica pentru ventilatie, climatizare si echipamente de birotica (Blomsterberg , 2007).

Iluminatul natural si radiatiile solare au o influenta importanta asupra fluxului de energie in cladiri. Din acest motiv, fatadele si in special fatadele vitrate pot fi considerate ca filtre de energie. Pentru a reduce fluxul de caldura prin fatada si deci consumul pentru climatizare pot fi folosite mijloace de a bloca radiatiile solare. Iluminatul natural reduce cerintele pentru luminatul artificial. Aceste masuri nu trebuie sa produca discomfort pentru locatari (Poirazis 2008, LEED 2009). In Europa, consumul de energie in cladiri acopera aproximativ 40 % din consumul total de energie. In multe tari au fost demarate initiative pentru reducerea consumului de energie cu programe concrete de aplicare avand scopul de a reduce cu 20% emisiile de CO2 pana in anul 2020.

2.2 Aspecte ale utilizarii energiei luminoase

2.2.1 Generalitati

Energia este atribut essential al vietii oamenilor, iar utilizarea energiei creste pe masura cresterii nivelului de industrializare. Securitatea energetica si impactul energeticii asupra mediului sunt probleme majore cu care se confrunta omenirea. Emisiile masive de gaze cu efect de sera au determinat cresterea globala a temperaturii cu peste o jumatate de grad Celsius in secolul XX. In deceniile urmatoare este de asteptat o noua crestere, cel putin egala cu precedenta, (Stern 2006). Consumul de energie este principalul factor de schimbare a climei, contribuind cu o cota majora la emisia gazelor cu efect de sera (IPCC 2007). Tarile industrializate sunt pricipalele surse de producere a gazelor cu efect de sera, dar situatia se va schimba odata cu trecerea la industrializare a tarilor in curs de dezvoltare. Statele Unite impreuna cu Europa consuma aproximativ 40% si produc numai 23% din totalul energiei de pe glob. Europa depinde de importul a aproximativ a jumatate din necesarul de energie. Daca se va mentine tendinta actuala atunci este de asteptat ca Europa sa importe 65% din energia necesara, ceea ce va crea probleme critice de securitate energetica (Belkin 2007). Utilizarea eficienta a energiel reprezinta mijlocul cel mai eficace rezolva aceasta problema. Prin aceasta masura se obtin simultan economie de energie si reducere a emisiilor de gaze cu efect de sera. UE este lider in domeniul utilizarii eficiente a energiei si continua luarea de masuri pentru promovarea ei. Aceste masuri includ cerinte de randament minim pentru echipamentele care consuma energie, masuri stricte de utilizare eficienta a energiei in cladiri, in transporturi si in centralele electrice . Politica energetica a UE urmareaste cresterea eficientei energetice cu 20% pana in 2020 (COM 2007).

2.2.2 Consumul global de energie si evolutia iluminatului artificial

Consumul global de energie

Consumul global de energie continua sa creasca ande an. In anul 2006 consumul global de energie primara a fost de 138330 TWh (EIA 2006).

Figure 2-3. Resursele mondiale de energie primara in 2006 si repartizarea cotelor de consum pe continente (EIA 2006).

Rata anuala de cresterea a consumului de energie intre anii 1996 si 2006 a fost de 2.3%. In anul 2006 cele mai importante surse de energie au fost petrolul, carbunele si gazul natural avand respectiv ponderile de 35.9%, 27.4%, si 22.8% din totalul energiei primare produse pe glob (Figura 2-3).

Consumul de energie in cladiri

Cladirile, rezidentiale, comerciale si institutionale contribuie cu peste o treime din consumul global de energie primara si reprezinta cel mai important consumator dintre cele trei mari domenii consumatoare de energie: transporturi, industrie si cladiri. Consumul global de energie in sectorul cladirilor a crescut anual cu o rata medie de 3.5% incepand din anul 1970 (DOE 2006). Cladirile urbane au de regula un nivel mai ridicat al consumului de energie comparativ cu cele rurale. In conformitate cu previziunile ONU, procentul populatiei din zonele urbane ale globlui va creste de la 49% (in 2005) la 61% in 2030 (UN 2005). Astfel cresterea consumului de energie in cladiri este asteptat sa continue pe termen lung ca rezultat al cresterii populatie si de asemenea ca rezultat al urbanizarii Energia este consumata in cladiri pentru diverse scopuri: incalzirea incaperilor, climatizare, prepararea hranei, si alte cerinte. In cladirile rezidentiale si comerciale din UE incalzirea incaperilor si a apei menajere este principalul consumator de energie.

Figure 2-4. Energy consumption by end use in US commercial and residential buildings (DOE 2009).

Fif 2-5. Consumul global de energie electrica cladirile din domeniul comercial si residential (EC 2007).

Consumul global de energie electrica a crescut mai rapid comparativ cu consumul general de energie din cauza avantajelor pe care le ofera producerea si consumul de energie electrica (EIA 2006). Consumul mondial de energie electrica in anul 2006 a fost de 16378 TWh ceea ce a reprezentat 11.8% din totalul energiei primare consumate (EIA 2006). Datorita pierderilor produse in procesul de generare si in transport, cantitatea de energie consumata pentru producere este mult mai mare decat energia electrica la consumator. Pentru producerea de energie electrica este folosita 40% din productia mondiala de energie primara (Hore-Lacy 2003). Potrivit estimarilor International Energy Outlook 2009 (EIA 2009), productia totala neta de energie electrica in anul 2030 va creste cu 77% comparativ cu anul 2006, in timp ce cresterea consumului de energie primara pentru aceeasi perioada va fi de numai 44%.

Consumul de energie cu iluminatul electric

Iluminatul a fost primul serviciu oferit de companiile de electricitate si continua sa fie un consumator major de energie electrica (IEA 2006).

Figure 2-6. Consumul global de energie pentru iluminat (EIA 2006, IEA 2006).

Pe plan mondial, aproximativ o cincime din energia electrica generata este consumata cu iluminatuli electric. Energia electrica consumata cu iluminatul depaseste energia globala produsa de hidrocentralele si centralele nucleare si este apoape egale cu energia electrica obtinuta din gaz natural. Peste 50% din energia electrica consumata cu iluminatul apartine tarilor member IEA, dar sunt asteptate schimbari in anii viitori din cauza cresterii consumului de energie electrica in tarile care nu sunt membre IEA . Aproape jumatate de energia electrica consumata cu iluminatul (48%) este consumata in sectorul serviciilor. Restul este distribuit intre sectorul rezidential (28%), sectorul industrial (16%) si altele (8%). Proportia reprezentata de consumul de energie electrica pentru iluminat din totalul energiei consumate variaza intre 5% si 15% in tarile industrializate si poate atinge 86% in tarile subdezvoltate.

Iluminatul pe baza de combustibili si iluminatul vehiculelor

In ciuda preponderentei iluminatului electric, o cantitate semnificativa de energie se consuma pentru iluminatul vehiculelor si cu iluminatul pe baza de combustibili. Mai mult de un sfert din populatia globului nu are inca acces la energie electrica si este nevoita sa utilizeaze iluminatul pe baza de combustibili. IEA (IEA 2006) estimeaza ca energia consumata pentru iluminatul pe baza de combustibili este ehivalenta cu 65.6 milioane tone echivalent petrol (Mtoe) de energie la utilizator. Cantitatea estimata din totalul energiei primare folsita pentru iluminat este de 650 Mtoe. Sursele de iluminat pe baza de combustibili includ: lumanarile, lampile cu petrol, lampile cu kerosen, lampile cu kerosen presurizat, lampile cu biogaz, lampile cu propan, lampile pe baza de rasini naturale. In tarile in curs de dezvoltare cele mai utilizate surse de lumina sunt lampile cu kerosen. De exemplu in India aproape 80 de milioane de oameni isi ilumineaza locuintele folsind kerosen. In anul 2005 s-a estimat ca in intreaga lume erau utilizate 750 milioane vehiculele usoare (automobile si camionete), 50 milioane camioane, 14 milioane autobuze si microbuze si 230 milioane de vehicule cu doua si trei roti. Acestea consuma combustibili cu iluminatul pentru conducerea in siguranta. Desi cota de combustibil ce revine iluminatului este redusa (3.2%) in anul 2002 din energia totala utilizata de vehiculele rutiere de 55 miliarde litri de petrol pentru iluminatul auto a fost folosita o cantitate de energie de 47,1 Mtoe de energie la utilizator. Cerintele de putere pentru iluminatul auto sunt in continua crestere pentru imbunatatirea securitatii conducerii si a comfortului pasagerilor. De asemenea, un numar tot mai mare de tari promoveaza masuri de utilizare a iluminatului vehiculelor si pe timp de zi. Aceste masuri for duce la o crestere si mai mare a consumului global de energie pentru iluminatul vehiculelor (IEA 2006).

Consumul de lumina

Consumul de lumina in lume a crescut constant atat prin sporirea populatie cat si prin marirea consumului pe cap de locuitor. Conform estimarilor IEA consumul de lumina in 2005 s-a cifrat la 134,7 petalumen-ora (Plmh). Iluminatul electric a avut o cota de 99% din consumul total de lumina, iluminatul vehiculelor o cota de 0.9%, iar iluminatul pe baza de combustibili o cota de numai 0.1%. Consumul mediu anual pe cap de locuitor cu acces la iluminatul electric a fost de 27,6 Mlmh, in timp ce oamenii fara acces la iluminatul electric consuma numai 50 kilolumen-hours (klmh) de prsoana pe an. Astfel consumul oamenilor cu acces la energie electrica este de peste 500 de ori mai mare comparative cu oamenii fara acces la electricitate. Chiar in zonele electrificate exista mari variatii in consumul de lumina. Variatiile in consumul de lumina pe glob sunt prezentate in figura 2-7. In ciuda inegalitatii intre diferitele parti ale lumii, in secolul trecut, in consumul de lumina au avut loc cresteri remarcabile. Cresterea anuala a iluminatului artificial in tarile membere IEA a fost de 1,8% in ultima decada, care a fost mai mica decat in deceniile anterioare. Aceasta poate sa insemne ca s-a ajuns la o saturatie a cererii. Totusi, cresterea cererii de lunina in tarile in curs de dezvoltare se mareste datorita mariri nivelului de iluminare cat si constructiei de noi cladiri. Consumul de lumina va creste in viitor in tarile in curs de dezvoltare si prin electrificarea zonelor care in prezent nu au acces la electricitate.

Figure 2-7. Consumul estimat de lumina electric pe cap de locuitor in 2005 (IEA 2006).

2.2.3 Impactul consumului de energie pentru iluminat asupra mediului

Impactul iluminatului asupra mediului se datoreaza consumului de energie, materialelor folosite pentru producerea echipamentelor de iluminat si depozitarii materialor uzate. Emisiile care se produc in timpul generarii energiei electrice si de asemenea ca rezultat al arderii combustibililor in vehicule si iluminatul pe baza de combustibili sunt responsabile pentru cea mai mare parte din gazele cu efect de sera. Substantele periculoase (de ex. plumb, mercur, etc. ) folosite in lampi si balasturi, daca nu sunt depozitate corect au un impact negativ asupra mediului. Iluminatul afecteaza mediul si prin scaparile de lumina indreptate catre cerul instelat (poluarea luminoasa). Impactul iluminatului asupra mediului depinde de modul de producere a energiei electrice . Cel mai mare impact negative asupra mediului il au termocentralele din cauza ardeii combustibililor, emisiilor de gaze, producerea de deseuri, consumul de apa si poluarea termica. Energia electrica produsa din surse regenerabile are cel mai redus impact asupra mediului. Iluminatul este unul din marii producatori de gaze cu efect de sera. Totalul emisiilor de CO2 produse de iluminat a fost estimat la 1900 milioane tone (Mt) in 2005, ceea ce reprezinta aproximativ 7% din totalul cantitatii de CO2 emise prin arderea combustibililor (EIA 2007, IEA 2006). Iluminatul eficient reduce consumul de energie si implicit emisiile de CO2 . Iluminatul pe baza de combustibili folosit in tarile subdezvoltate este nu numai inefcient si scump, dar si responsabil de emisia a 244 milioane tone de CO2 in atmosfera, in fiecare an, ceea ce reprezinta 58% din totalul emisiilor de CO2 produse de intreg iluminatul electric rezidential (Mills 2002).

Inlocuirea iluminatului pe baza de combustibili cu iluminat electric eficient (de ex. bazat pe LED-uri) va conduce le reducerea emisiilor de gaze cu effect de sera.

Emisiile de CO2 produse de energia primara.

Energia primara este energia care nu sufera nici-un process de conversie sau transformare. Energia primara este transformata in urma proceselor de conversie in alte forme mai convenabile de energie ca de exemplu energia electrica. Energia electrica poate fi obtinuta prin conversie din carbune, petrol, gaz natural, vant etc. Factorul total al energiei primare este definit ca raportul dintre energia neregenerabila si regenerabila la energia livrata la consumator. In acest raport energia primara este cantitatea de energie consumata pentru producerea unei unitati de energie livrata, luind in considerare energia ceruta pentru extractie, procesare, stocare, generare, transformare,transmitere, distributie si orice alte operatii necesare in vederea livrarii energiei la locul de consum. Factorul total al energiei primare pentru producerea energiei electrice este in Europa de 2,5. Acest factor se traduce printr-un randament mediu de 40% in producerea energiei (Eurostat 2009). Nivelul emisiiilor de CO2 in diferite tari europene este prezentat in fig. 2-8.

Figura 2-8. Nivelul emisiilor de CO2 ( g CO2/kWh) pentru generarea energiei electrice in tarile europene in anul 2001. (Statistics Finland 2003)

In Figura 2-9 sun prezentate comparativ emisiile de CO2 pe durata de viata pentru becul incandescent, tubul fluorescent compact (CFL) si viitoarele surse de lumina cu LED. Un bec incandescent de 75W cu eficacitatea luminoasa de 12 lm/W, un bec florescent compact CFL de 15W cu eficacitatea luminoasa de 60 lm/W si un LED de 6W cu eficacitatea luminoasa de 150 lm/W produc aceeasi cantitate de lumina. Perioada de timp luata in calcul a fost de 25. 000 ore egla cu durata de viata a unui LED. Pentru aceasi durata sunt necesare 3 buc. tuburi CFL sau 21 buc. becuri incandescenta. Au fost luate in calcul emisiile de CO2 atat pentru producerea cat si pentru functionarea celor trei surse de lumina. Emisia de de CO2 luata in calcul a fost de 527 g/kWh. Cea mai mare parte din consum se produce in timpul cat lampa functioneaza.

Figure 2-9. Emisiile comparative de CO2 pe o durata de 25000 ore pentru trei surse de lumina: becuri incandescente(12lm/W), CFL(60 lm/W) si LED ( 150 lm/W).

Avantajele tehnologizrii

pentru economisirea

energiei electriceReducerea consumului de energie electric

1. Identificarea consumatorilorConsumatorii casnici, de energie electric pot fi clasificai n cinci categorii distincte:1. pentru iluminat - bec incandescent, bec fluorescent;2. electrocasnice mixer, uscator, ventilator, cafetiera, fier de calcat, cuptor cu microunde, frigider, aspirator, main de splat;

3. climatizare - aer conditionat, central termic;

4. sisteme de comunicaie - TV color, CD Player, Computer, Video Recorder, Video games, wireless, telefoane5. scule i dispozitive - main de tuns iarba, hidrofor, aparat de sudur, automatizare 6. poart, garaj.

Micorarea consumului neeficient de energie electricO parte dintre dispozitivele electrice nu sunt niciodat oprite in totalitate, chiar dac le-am scos temporar din funciune. Din acest motiv, trebuie s contientizm care sunt cele mai eficiente modaliti prin care putem s evitm consumulinutil de energie electric. Electrocasnicele i celelalte scule i dispozitive, utilizate corect, ar putea duce la economisirea unui sfert din energia electric pe care o consumm n gospodrie. De exemplu, n Germania, dac n toate locuinele s-ar folosi corect aparatura electrocasnic, s-ar evita un consum de 30 miliarde kW, aproape 5,2% din consumul total al ntregii ri. Pentru o familie acest procent reprezint o economie de aproximativ 200-250 euro pe an.

Cteva modaliti simple de economisire a energiei electrice:Aparate noiCea mai mare grij, din acest punct de vedere , trebuie s o avem la achiziionarea frigiderelor, mainilor de splat, a combinelor frigorifice sau congelatoarelor.

Modelele depite i uzate moral trebuie nlocuite cu altele dotate cu tehnologie modern. Aparatele din clasa energetic A sau A+ sunt cele mai eficiente chiar dac au un pre mai mare dect celelalte, echivalente lor.Modul stand byDup ce am apsat butonul Stop al telecomandei, aparatele rmn n mod de ateptare, timp n care se consum foarte mult curent electric.Becurile mici de la televizor, receiver sau monitor, pot risipi pn la 90 de euro pe an. Se pot utiliza prelungitoare electrice n care pot intra mai multe cabluri de alimentare.

Astfel, prin ntreruperea prelungitorului de la o singur surs suntem siguri ca i celelate aparate nu mai stau n modul "standby" De asemenea, putem activa funciile idle, sleep mode i hybernate mode ale computerului. Dup ce s-a terminat ncrcarea telefonului mobil, ncrctorul trebuie neaprat, scos din priz. Dispozitive wirelessn rndul risipitorilor de energie electric se afl i dispozitivele pentru cablu i conexiune la internet i telefonie. Se recomand utilizarea dispozitivelor wireless.

n ceea ce privete telefonul fix, acesta nu ar mai trebuie utilizat deloc.Utilizarea corect a frigiderului Unul dintre cei principalii consumatori de energie electric din cas este frigiderul. Acesta trebuie pstrat n loc aerist i curat, departe de orice surs de cldur. n spatele lui trebuie s existe destul spaiu pentru a permite aerului s circule.Un alt mod de a scdea consumul de curent,este reglarea frigiderului n funcie de anotimp. Dac temperatura de afar e sczut, se pot utiliza treptele mai mici de rcire. Folosind frigiderul la trepte mari de rcire, alimentele vor nghea.

De asemenea, nu se introduc alimente calde sau fierbini deoarece frigiderul consuma o energie suplimentar pentru a le rci. Congelatoarele care colecteaz ghea trebuiesc dezgheate. Un congelator cu ghea, consum cu 30% mai mult. Utilizarea corect a mainii de splatSe recomand ca, la fiecare utilizare, s folosim capacitatea maxim de ncrcare a mainii, pentru a-i crete randamentul. O alt modalitate de a economisi energie electric este de a o programa la temperatura cea mai joas pe care o permit rufele ncrcate.

La fel de important este i folosirea detergenilor de calitate care permit funcionarea mainii la un program economic i care consum mai puin energie dect cel normal.Becuri economiceUna dintre soluiile cele mai importante de economisire a energiei electrice, este renunarea la becurile cu incandescen i nlocuirea lor cu becuri cu fluorescen sau becuri economice. Pentru aceeai lumin emis, se pot economisi pn la 80%, consumndu-se de 5 ori mai puin. S nu uitm s stingem lumina cnd plecm din ncpere. Lumina din apartamente reprezint 30% din consumul de electricitate.

In figur este evidentiat evoluia cererii de energie, la nivel mondial.