Indicii ecometrici, instrumente moderne folosite pentru monitorizarea evoluiei ecosistemelor, conservarea biodiversitii i optimizarea conceptului de cas ecologic

Dr.Ing. Nicolae MRUNELU

office@ecologicplus.roDr.Ing. Sorin GHEORGHIAN

soringheorghian@gmail.comDr.Ing. Lucian ISTODE

istodelucian@yahoo.comDr.Ing. Adrian COMAN

office@comfrac.roPrezentul articol a fost realizat in baza studiului finanat de ctre Autoritatea Naional Pentru Cercetare tiinific (ANCS) i Unitatea Executiv pentru Finanarea nvmntului Superior, Cercetrii, Dezvoltrii i Inovrii (UEFISCDI) in cadrul Programului 5 INOVARE subprogramul Cecuri pentru inovare nr. PN II IN-CI-2012-1-0043 cu titlul Soluii de construcii rezideniale eficiente energetic utiliznd cofraje termoizolante nglobate MARC, acronim SOLMARC

Beneficiarul proiectului este SC PASSIVHAUS SRL, iar furnizorul de servicii SC COMFRAC R&D PROJECT EXPERT SRL

INTRODUCERE

Schimbrile climatice reprezint una dintre cele mai mari ameninri care se exercit in prezent asupra vieii sociale i economice i asupra mediului nconjurtor.

nclzirea global se produce fr echivoc i observaiile indic creteri ale temperaturii medii ale aerului i oceanului, topirea zpezii i a gheii pe suprafee mari i creterea nivelului mediu global al mrii. Este foarte probabil ca n mare parte, nclzirea s poat fi pus pe seama emisiilor de gaze cu efect de ser provenite din activitile umane.

In paralel cu discuiile referitoare la nclzirea global se discut despre energie i preul acesteia. Nimeni nu i-a nchipuit c purttorii fosili de energie vor deveni aa de rapid prea scumpi, c echilibrul valutar va depinde de importurile de petrol i de gaze, c arderea acestora contribuie hotrtor la modificrile climatice i c, nlocuirea lor cu surse regenerabile curate ar putea fi att de urgent necesar, dar i att de anevoioas din punct de vedere tehnologic i economic.

ncepnd cu prima criz petrolier din 1972, care a modificat sensibil mediul in care evolua societatea, producia de bunuri materiale, transporturile i in general viziunea privind folosirea resurselor energetice, a aprut i s-a impus cu o deosebita acuitate implementarea in toate fazele proiectrii din toate domeniile a elementelor de economisire a energiei.

Astfel a aprut i n construcii ideea conservrii energiei, att in faza de proiectare ct i in tehnologia de executare a locuinelor rezideniale i in general a cldirilor cu un consum redus de energie, dar care s asigure confortul i standardele de sntate a beneficiarilor spatiilor respective. Iniial ea s-a impus ca o condiie preliminar pentru utilizarea economic a energiei electrice i termice la nclzirea spaiilor i curnd pentru folosirea avantajoas a tuturor surselor de energie neconvenional: solar, eolian, fotovoltaic, cu biogaz i geotermal.

Economia de energie a devenit o necesitate impus treptat de costurile foarte mari ale energiei din sursele convenionale, dar i ca urmare a faptului c cele noi (panouri fotovoltaice, pompe de cldur sau celule de combustie) sunt chiar i mai scumpe, datorit investiiilor, trebuind s fie subvenionate.

Reabilitarea termic a cldirilor a stat in atenia specialitilor din vestul Europei (in special a celor din Germania, Austria, Elveia i rile scandinave) dar i din Canada i SUA, nc din a doua jumtate a secolului trecut, cnd studiile privind materialele i metodele de izolare termic erau deja puse la punct, iar aplicarea lor in practic a nceput prin anii 60.

Conceptul casei confortabile sub aspect termic, implicnd ns i un cost ct mai sczut al realizrii acestui beneficiu, a preocupat i preocup att comunitile tiinifice ct i pe cele de afaceri.

Sub aspect conceptual i constructiv, in Germania, realizarea unei locuine care s consume sub o anumit cantitate de energie (120 kWh/m2/an) a devenit modelul de cas pasiv care a fost definit de ctre Passivhaus Institut Darmstadt, prin impunerea unor cerine foarte stricte de consum energetic.

Soluiile constructive i funcionale adoptate de specialitii germani s-au bazat pe o larg palet de studii i cercetri, care au avut in vedere proprietile de termoizolare ale noilor materiale inventate, dar i studiile de climatologie, meteorologice i de orientare a construciilor, de arhitectur i de dispunere a elementelor componente, pentru ca acestea s ndeplineasc mai multe deziderate, ca de exemplu:

s valorifice la maximum cldura oferita de razele solare;

s ofere vanturilor predominante suprafee cat mai puin vitrate;

s recupereze ct mai multa cldur din aerul ventilat i s izoleze termic i fonic spaiul locuit.

O analiza complet a acestor parametri se poate face avand la baz metodele ecometrice, care sunt metode matematice bazate pe calculul numeric.Indicatorii ecometrici sunt instrumente statistice, reprezentative i credibile din punct de vedere tiinific, care ajut la intuirea dinamicii unui ecosistem prin operaii de cuantificare i a unor msuri concret exprimate ndeosebi prin intermediul parametrilor climatici.

Indicii ecometrici climatici

Indicii ecometrici climatici reprezint o metoda simpl de analiz a calitii mediului, care utilizeaz ca date de intrare parametrii climatici (temperatura i precipitaiile medii anuale sau lunare, umiditatea aerului, evapotranspiraia real i potenial) considerai a avea proiecie direct n funcionalitatea i productivitatea ecosistemelor naturale, a agrosistemelor ori in confortul comunitilor umane, in aceasta categorie fiind inclus i efortul general de a realiza locuine confortabile, cu consum redus de energie cerute de climatizarea i ventilaia proprie.

Indicii ecometrici climatici pot exprima deficitul i excedentul de umiditate ori disconfortul termic. Mai jos se face o sumar trecere in revist a acestora.Indicele pluviometric Lang (1925)

Pentru a ilustra succesiunea lunilor ploioase, respectiv aride, indicele Lang tine cont de raportul precipitaii /temperatura, ca expresie a intrrilor i ieirilor de apa din sistem, temperatura fiind unul din factorii principali ai evapotranspiratiei.

(1)In tabelul 1 este prezentat corelaia numeric dintre indicele Lang i climatul caracteristic al zonei pentru care se face aprecierea.

Tabel 1

Corelaia numeric a indicelui Lang cu climatul caracteristic

RClimat

>160Umed

160-100Temperat umed

100-60Temperat cald

60-40Semiarid

40-20Stepic

0-20Deertic

Indicele de ariditate de Martonne (1926)Ariditatea este o notiune spatio-temporala, care exprima un dezechilibru hidric in geosistem. Conceptul de zona arida este expresia spatiala a iesirilor de apa din sistem ce depasesc constant intrarile de apa. In prezent peste o treime din uscatul Terrei este afectat de ariditate.

(2)

(3)unde: P exprima precipitatiile anuale, sau p precipitatii lunare,

T temperatura medie anuala, sau t- temperatura medie lunaraAcest indice permite determinarea gradului de ariditate al unei regiuni pentru perioade caracteristice (un an sau o lun), fiind o expresie a caracterului restrictiv pe care condiiile climatice l impun anumitor formaiuni vegetale. In tabelul 2 este prezentat corelaia numeric dintre indicele de Martonne i climatul caracteristic al zonei pentru care se face aprecierea.

Tabel 2

Corelarea numerica a indicelui de Martonne cu climatul caracteristic

IaClimatSubtipuri

>60Super-Umed

30-35

35-40

40-45

45-50

50-60UmedPduri de stejar

Pduri de fag

Pduri de conifere

Subalpin

Alpin

20-25

25-30Sumi-umedStepa cu ierburi nalte

Silvostepa

10-15

15-20Stepic

Climat semiarid mediteranean)Stepa uscata

Stepa cu graminee

5-10Arid (regiuni deertice)

0-5Extrem arid (deserturi absolute)

In tabelul 3 folosindu-se valorile medii lunare ale indicelui de ariditate de Martonne se fac aprecieri pentru zona metropolitan a Bucuretiului, incluzndu-se localitile Bneasa, Afumai, Filaret, Fundulea i Giurgiu. Din valorile prezentate se trage concluzia c in aceast zon avem un climat umed in lunile Noiembrie, Decembrie, Ianuarie i Februarie, restul lunilor, Martie, Aprilie, Mai, Iunie, Iulie, August , Septembrie, Octombrie, fiind caracterizate ca avnd un climat semi-umed.

Tabel 3

Dinamica valorilor medii lunare ale indicelui de ariditate de Martonne in aria metropolitan Bucureti (prelucrare dup datele INMH 1961-2000)

Staia meteo/LunaBneasaAfumaiFilaretFunduleaGiurgiu

Ianuarie55.55256.183.382.4

Februarie39.835.241.757.946.9

Martie31.529.731.733.933.3

Aprilie 28.128.227.327.727.4

Mai31.433.730.728.528

Iunie3131.530.628.325.9

Iulie25.326.522.22522.3

August21.619.520.518.617.5

Septembrie20.620.920.420.620.1

Octombrie21.923.521.72220.1

Noiembrie37.835.338.536.439.8

Decembrie51.547.752.155.752.2

Coeficientul pluviometric Emberger (1930)

(4)unde:

M - media maxima anuala de precipitatii;

m media minima anuala de precipitatii;

P media anuala de precipitatii

In tabelul 4 sunt date referitoare la tipurile de climate, prin indicele pluviometric Emberger, iar in tabelul 5, aceeai caracterizare conform indicelui Dantin-Revenga.

Tabel 4

Definirea tipurilor climaterice conform Coeficientul pluviometric Emberger

QClimat

>90Umed

90-50Sub-Umed

50-30Semiarid

30-0Arid

Indicele termo-pluviometric Dantin-Revenga (1940)

(5)unde:

T este temperatura medie anual P precipitatiile medii anualeTabel 5

Definirea tipurilor climaterice conform Coeficientul Dantin-Revenga

DRClimat

0-2Umed

2-3Semiarid

3-6Arid

>6Extrem arid (desert)

Indicele de umiditate Thornthwaite(1931)Este indicele de eficacitate al precipitaiilor i foloseste indicii de eficacitate pluviometric i cel de eficacitate termic. Impreuna acesti doi indici exprim gradul de ariditate al climei. In stiina agricol indicele de umiditate exprima acel segment din cantitatea total de precipitaii care este utilizat de o plant pentru ai satisface nevoile de hidratare.

(6)unde:

P- este cantitatea de precipitaii

PE- este evapotranspiratia potenial real;

PEc este evapotaranspiraia potenial climaticAceasta clasificare s-a realizat funcie de indicele de continentalitate (Ic) i indicele ombrotermic (Io).

Utiliznd indicele de continentalitate s-au delimitat diferitele zone din Europa, astfel:

hiperoceanic (Ic=0-11)

hiperoceanic extrem (0-3);

euhyperoceanic (3-7);

Clasificarea Rivas Martinez

Metodologia Rivas Martinez este o metoda general de clasificare a celor 5 tipuri de climate, general recunoscute in lumea ntreag:

tropical;

mediteranean;

temperat;

boreal;

polar

Funcie de aceast clasificare in Figura 1 sunt prezentate cele 5 climate care definesc clasificarea climateric a zonelor in care se afl Romania.

Figura 1 Clasificarea climateric a zonei continentului European in care se gsete Romania

Indicele de continentalitate

Continentalitatea este una din caracteristicile de baz ale climatului. Ea reflect modul in care climatul este influenat de ctre ocean, prin urmare depinde de deprtarea punctului fa de acesta, fiind rezultatul impactului diferitelor elemente meteorolologice, ca de exemplu temperatura, precipitaiile, radiaia solar, nebulozitatea, etc.

Exist civa factori care controleaz distribuia elementelor climaterice i aceasta distribuie influeneaz continentalitatea. Printre acetia, cei mai importani sunt: latitudinea, distana fa de mri i oceane, altitudinea i circulaia atmosferic. innd seama de aceste caracteristici se poate defini climatul continental i anume, acel climat in care se remarc o mare diferen de temperatur intre anotimpul cald i anotimpul rece (in general mai mare de 15,6 0C) i precipitaii anuale moderate, cu maximum in anotimpul cald, precipitaii rezultate din ploi.

De-a lungul timpului s-au fcut tentative de definire a indicelui de continentalitate pentru caracterizarea climateric a unei anumite zone. Dar toate acestea s-au lovit de dificultatea de cuantificare a factorilor care influeneaz continentalitatea, prin urmare s-au ajuns la concluzia ca sunt necesare unele simplificri.

Continentalitatea termic se refer la variaia anual sau zilnic a temperaturii i la ineria acesteia fa de radiaia termic. Aceste caracteristici sunt uor de cuantificat i de incorporat in formule de calcul. Ceea ce este mai dificil de luat in calcul este faptul c la nivel global distribuia temperaturii este dependent de variaia radiaiei solare, de acumulrile de cldur i de umiditate, care sunt rezultatul distribuiei radiaiei solare funcie de latitudine.

In plus, exist o variaie sezonier a radiaiei solare, care la rndul ei provoac variaii de temperatur, obligatoriu de luat in consideraie.

Fluxurile de energie termic existent la suprafaa uscatului i la suprafaa ntinderilor de ape sunt ali factori care produc modificri in distribuia temperaturii. Aceste fluxuri de energie sunt controlate de diferenele dintre proprietile termice ale substanelor care constituie interfaa de deplasare a fluxurilor. innd cont de aceste fenomene, Petterssen a avansat ideea ca intervalele de temperatur de deasupra uscatului pot fi de 50 de ori mai mari dect cele de deasupra apelor, tocmai datorit deplasrii fluxurilor de energie. Prin aceasta se concluzioneaz faptul ca cel mai important efect al continentalitii uscatului este diferena anual mare de temperatur, in comparaie cu aceeai diferen a continentalitii maritime. Aa se explic i faptul c exist zone foarte deprtate de oceane, ca de exemplu regiunile sub - artice din Asia, unde variaia anual de temperatur poate fi uneori i de 680C (Martyn).

Conrad i Pollak (1952) au stabilit o prima corelaie dintre variaia anual a temperaturii i latitudinea (, prin urmare aceasta variaie trebuie compensata cu latitudinea.

Prima formula a indicelui de continentalitate a fost propusa de Gorczynski in urmtoarea form:

(7)unde;

k este indicele de continentalitate exprimat in procente;

A este variaia anual a temperaturii [0C];

( - este latitudinea exprimat in grade

Gorczynski a introdus expresia: A=12 sin(, care corespunde observaiilor meteorologice efectuate in climatul oceanic, iar constanta 1.7 este introdusa pentru ca s se realizeze presupunerea c localitatea Verkoiansk din estul Siberiei are indicele de continentalitate 100%.

Plecnd de la aceste prezumpii, Gorczynski sugereaz trei zone geografice, crora le corespund trei intervale ale indicelui de continentalitate, i anume:

zona maritim cu indicele k = 0 la 33%

zona continental cu indicele k = 34 la 66% i zona continental extrem cu indicele k = 67 la 100%.

In aceasta mprire, dac indicele de continentalitate are valoarea 0, este exclus influena uscatului, iar dac este 100 este exclus influena oceanic.

Conrad i Pollak (1950) au descoperit inadvertente in folosirea ecuaiei Gorczynski, tocmai datorit unor zone in care indicele de continentalitate are valori negative (zona Thorshavn din Insulele Faeroe). Cei doi cercettori au cutat sa obin rezultate ct mai apropiate de realitate care sa aib sens i la latitudini mici ((=00, sin ( = 0)

Ei au modificat in ecuaie valoarea numitorului i astfel a aprut o alt formul a indicelui de continentalitate, denumita ecuaia Conrad:

(8)Ecuaia Conrad este folosita pentru calculul indicelui de continentalitate in special in SUA i Canada.

Dar i aceast ecuaie are un neajuns, deoarece da valori eronate pentru punctele situate mai sus de paralela 800. S-a considerat ns ca sunt foarte puine staii meteorologice situate mai sus de aceast paralel.

Marsz (1995) este un alt specialist in meteorologie care a definit o alt metod de calcul pentru indicele de continentalitate. El a cutat s evite criticile aduse formulei propuse de Gorczynski i s-a bazat pe valoarea indicelui climatului marin.

Ecuaia lui Chromov are forma:

(9)unde:

5.4 sin( reprezint intervalul de temperatura anuala a climatului maritim pur. Acest interval de temperatura trebuie sa existe oriunde pe suprafaa Pmntului unde este ocean.

Funcie de formulele mai sus prezentate i datele climatologice concrete, in cadrul proiectului SOLMARC s-au ales 4 puncte reprezentative pentru cele 4 zone climaterice din Romania (SR 10907/1-1997 i STAS 6472/2-1983),, astfel:

pentru zona I oraul Constanta;

pentru zona II, oraul Deva;

pentru zona III, oraul Satu Mare;

pentru zona IV, punctul Vrful OMU din Munii Bucegi.

Pentru cele 4 puncte mai sus definite, folosind datele referitoare la poziia geografic (latitudine, longitudine) i altitudine s-au calculat indicii de continentalitate conform formulelor propuse. Valorile sunt prezentate in tabelul 6

Tabel 6

Valorile indicilor de continentalitate pentru cele 4 zone climaterice ale Romniei

Staia meteoLatit.Long.Altit. (m)Ic

SupanIc

GoresinskyIc

ConradIc

Currey

Constanta440 11 N280 40 E3023.835.1333.731.45

Deva450 43 N220 54 E19024.236.935.691.49

Satu Mare470 48N220 53 E13023.934.4534.021.41

Vrful OMU450 27 N250 27 E250424.236.935.691.49

In baza datelor colectate de la staiile meteorologice din cele 4 puncte analizate, care reprezint clima specifica pentru cele 4 zone distincte de pe teritoriul Romniei, s-au realizat diagramele temperaturilor medii i maxime.In Figura 2 este prezentat graficul temperaturilor pentru oraul Constanta in perioada 1950-1994.

Figura 2 Graficul temperaturilor oraului ConstantaStudiul indicilor climatologici i a influentei acestora in proiectarea cldirilor pasiv energetice nu a mai fost abordat pn acum in Romania.

Pe parcursul documentarii in acest domeniu s-a purtat coresponden cu specialiti in domeniul climatologiei din tar i din strintate, pentru stabilirea poziiei acestora fa de subiectul in discuie.

Printre acetia se amintesc:

Profesor Dr.Ing. Bdescu [2],[ 3] de la Universitatea Politehnica din Bucureti; Dr.Ing. Nicolae Rotar Nuclearelectrica Profesor Laura Comnescu [1], [2] de la Facultatea de Geografie, Geomorfologie i Pedologie din Universitatea Bucureti;

Profesor Mohamed Said Guettouche de la Science and Tehnology University of Houari Boumediene Algeria;

Profesor Katerina Mikolaskova de la Ministerul Educaiei din Republica Ceh.

ConcluziiStudiile de climatologie mai sus prezentate pot deschide calea unor alte studii cu aplicaii in domeniul:

activitilor fito-sanitare de combaterea duntorilor din agricultur;

planurilor i programelor de combaterea incendiilor din pduri;

studiul migraiei psrilor;

determinri sintetice, calitative i cantitative, ale potenialului ecologic bazate pe metode ale analize numerice;

studiul efectelor antropice (exploatri forestiere, drumuri-poteci turistice, rotaia culturilor) asupra productivitii solului;

In cazul conceptelor legate de construciile caselor pasiv energetic, indicii climatologici sunt definitorii in abordarea aspectelor legate de:

amplasamentul cldirilor (acces, vecinti, nsorire/umbrire, expunere la vnt, condiionri impuse de peisajul natural);

orientarea in raport cu punctele cardinal i fa de vntul dominant;

poziia fa de vecinti (cldiri, obstacole naturale, etc.)

Bucuresti

Ianuarie 2013_1420359678.bin