pec vol.2 ed.2 (2009).pdf

1

Dan Constantinescu

Horia Petran Cristian Petcu

APLICAłII ALE INDICATORLUI

PERFORMANłA ENERGETICĂ

A CLĂDIRILOR NOI ŞI EXISTENTE

2

Tehnoredactare computerizată: Ing. Gabriela Caracaş –

Institutul de Cercetare-Dezvoltare în ConstrucŃii şi Economia ConstrucŃiilor – INCERC BUCUREŞTI

3

PREFAłĂ

Lucrarea de faŃă nu constituie un breviar de calcul al

PerformanŃei Energetice a Clădirilor (PEC), ci un demers al

actualizării şi fundamentării unor metode de calcul al indicatorului

susmenŃionat, adresat în special proiectării energetice a clădirilor

noi, dar şi modernizării celor existente. łinta lucrării este una extrem

de simplă şi robustă: proiectarea unor clădiri care, cel puŃin din punct

de vedere al consumului de resurse energetice, să răspundă

dezideratelor dezvoltării durabile. Corelarea cu proiectarea bazată

pe principii ecologice este una firească şi, prin urmare, pregătirea

instrumentelor de cuantificare a răspunsului clădirii la solicitările

mediului natural, dar şi al factorilor antropici, reprezintă unul din

dezideratele lucrării de faŃă.

Credibilitatea şi necesitatea aplicării modelelor de calcul de

simulare nu poate fi asigurată decât de experiment la nivelul

modelelor fizice la scară naturală sau proprie fenomenelor similare.

Lucrarea de faŃă prezintă în detaliu o activitate de cercetare

experimentală şi insistă pe validările rezultate în cazul aplicării unor

modele şi pe invalidarea proprie aplicării altora. Aşadar cititorul

avizat poate distinge calea de urmat şi, la rândul său, îşi poate

construi breviarul de calcul bazat pe modelele validate.

Lucrarea se adresează în special cadrelor didactice din

învăŃământul superior şi doctoranzilor din domeniul termotehnicii

clădirilor, dar şi proiectanŃilor şi cercetătorilor care activează în

domeniul menŃionat. Nu în ultimul rând auditorii energetici pentru

clădiri îşi vor găsi elementele de înŃelegere şi aprofundare a unor

etape din activitatea specială de modernizare energetică a clădirilor.

4

Autorii Ńin să remarce deschiderea către nou a conducerii

tehnice din Ministerului Dezvoltării Lucrărilor Publice şi LocuinŃei

(MDLPL) – actualul Minister al Dezvoltării Regionale şi al LocuinŃei

(MDRL), fără al cărei suport lucrările de cercetare experimentală s-ar

fi desfăşurat cu mare dificultate. Cu sprijinul programului de

cercetare coordonat de MDRL începând din anul 2007 şi pe baza

unor dezvoltări proprii programelor de cercetare naŃională

coordonate de Autoritatea NaŃională de Cercetare ŞtiinŃifică, în

INCERC Bucureşti s-a realizat o clădire-laborator extrem de modern

dotată şi care permite desfăşurarea unor proiecte de cercetare

unicat la nivel european.

Lucrarea abordează aspecte noi, puŃin cercetate, ale evaluării

PEC şi oferă imaginea aplicării modelelor de calcul prezentate în

detaliu în lucrarea „PerformanŃa energetică a clădirilor noi şi

existente – fundamentare teoretică – ediŃie revizuită“, ISBN 978-973-

1884-49-3, Editura Universitară „Ion Mincu”, Bucureşti, 2009, autori:

D. Constantinescu, H. Petran, C. Petcu, precum şi interpretarea în

sens practic a rezultatelor obŃinute.

Autorii îşi exprimă satisfacŃia unei colaborări de excepŃie cu

colegii din laboratoarele de cercetare din INCERC, în special cu dna.

fizician ConstanŃa Marin-Perianu, participantă activă în edificarea în

timp a clădirii experimentale CE INCERC Bucureşti şi la realizarea

unor experimente de mare acurateŃe, utile în împlinirea demersului

ştiinŃific al unora din proiectele de cercetare pe care se bazează

lucrarea de faŃă.

Avem convingerea că printre cei mai interesaŃi de conŃinutul

lucrării de faŃă vor fi colegii noştri arhitecŃi, în special cei tineri care

îşi pot completa cunoştinŃele dar şi verifica intuiŃia proprie oricărui

creator de nou, frumos şi util, cu elemente Ńinând de Ńinta fenomeno-

logică a produselor inteligenŃei şi cunoaşterii lor, clădirea.

Bucureşti,

Noiembrie 2009 Autorii

5

CUPRINS

I. INTRODUCERE ............................................................................ 8

II. PERFORMANłA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR EXISTENTE – încălzire clădire de locuit – metoda pentru realizarea Certificatului de PerformanŃă Energetică ................................................................................ 11

III. AMPRENTA ENERGETICĂ A CLĂDIRII – METODA

MIXTĂ TEORETIC-OPERAłIONALĂ ...................................... 59

III.1. Principii de definire şi elaborare ................................... 59

III.2. Determinarea şi validarea amprentei energetice ......... 61

IV. EVALUAREA PERFORMANłEI ENERGETICE A

SISTEMULUI SPAłIU SOLAR CU CIRCULAłIE CONTROLATĂ A AERULUI – FUNDAMENTARE TEORETICĂ ŞI VALIDARE EXPERIMETALĂ ......................... 72

IV.1. Modelul matematic cu pas orar .................................. 72

IV.2. Validarea experimentală a modelului matematic

pe suportul spaŃiului solar al CE INCERC

Bucureşti – iarna 2008-2009 ...................................... 80

IV.3. Sinteză metodologică alternativă ................................. 89

V. SIMULAREA ÎNCĂLZIRII SPAłIILOR – MODEL CU PAS

ORAR DESTINAT PROIECTĂRII ENERGETICE A CLĂDIRILOR NOI ..................................................................... 93

V.1. Fundamentare teoretică ................................................ 93

V.2. Validare experimentală ............................................... 100

V.3. Breviar de calcul – complemente ................................ 105

6

VI. PERFORMANłA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR ÎN SEZONUL CALD – SIMULAREA PROCESELOR TERMICE ÎN REGIM VARIABIL ............................................. 107

VI.1. Estimarea variaŃiei libere a temperaturii interioare

în spaŃiile ocupate în lipsa dotării cu echipamente

de răcire ................................................................... 107

VI.1.1. Prelucrarea datelor măsurate în sezonul

2008 – valori reprezentative proprii

funcŃionării în regim termic necontrolat ....... 110

VI.1.2 Metoda INCERC de calcul al temperaturii

interioare în lipsa sistemelor de

climatizare a spaŃiilor – sezon cald ............. 119

VI.1.3. Validarea experimentală a metodelor

de calcul ...................................................... 128

VI.1.3.1. Metoda de calcul tac (τ) INCERC

Bucureşti ...................................... 128

VI.1.3.2. Metoda de calcul conform

standardului european

SR EN 13792 / 2005 .................... 154

VI.2. Ventilare mecanică controlată şi răcire în

sezonul cald ............................................................. 157

VI.2.1. Organizarea experimentărilor în cadrul

CE INCERC Bucureşti ................................. 157

VI.2.2. Prelucrarea datelor măsurate ....................... 163

VI.2.3. Validare experimentală pe suportul

CE INCERC Bucureşti ................................. 165

VI.2.3.1. VariaŃie liberă a temperaturilor

interioare şi ventilare mecanică

controlată (interval 01.07.2009-

20.07.2009) .................................. 165

7

VI.2.3.2. Răcire artificială şi ventilare

mecanică controlată (interval

20.07.2009-05.08.2009) ............... 169

VI.3. Studii de caz – aplicarea metodelor de calcul analizate ................................................................... 173 VI.3.1. VariaŃia liberă a temperaturii interioare ......... 173

VI.3.1.1. Clădire de birouri ........................... 173 VI.3.1.2. Clădire de tip bloc de locuinŃe ...... 174

VI.3.2. Răcirea şi ventilarea mecanică controlată .... 177 VI.3.2.1. Clădire de birouri .......................... 177 VI.3.2.2. Analiza influenŃei valorii na max

asupra consumului de energie pentru răcirea clădirilor de birouri – model INCERC .............. 180

VI.3.2.3. Clădire de locuinŃe tip bloc – răcire intermitentă ........................ 182

VII. MODERNIZAREA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR DE TIP ŞCOALĂ ................................................................... 185

VII.1. Stadiul actual al certificării energetice a clădirilor de tip şcoală ............................................ 185

VII.2. CondiŃii de confort conform reglementărilor în vigoare în clădirile de tip şcoală ............................... 190

VII.3. Evaluarea performanŃei energetice a clădirilor de tip şcoală ............................................................. 194 A. Asigurarea calităŃii aerului în sala de curs ........... 199 B. Analiza energetică a funcŃionării unei clădiri de

tip şcoală – soluŃia de minimizare a consumului de energie pentru încălzirea spaŃiilor .................. 211

VII.4. Propuneri de modernizare a reglementărilor tehnice ...................................................................... 220

BIBLIOGRAFIE ............................................................................ 223

8

I. INTRODUCERE

Lucrarea de faŃă prezintă şapte studii de caz a căror rezolvare

reprezintă finalul unor posibile proiecte de proiectare energetică sau /

şi de audit energetic al clădirilor noi şi existente.

Primul studiu de caz are ca obiect o clădire colectivă de tip

bloc de locuinŃe. Se prezintă toŃi paşii de calcul, bazaŃi pe datele

obŃinute prin expertizarea tehnică a clădirii, care conduc la

elaborarea Certificatului de PerformanŃă Energetică şi apoi a

Raportului de Audit, inclusiv scenariile posibile de modernizare a

clădirii. Chiar dacă indicatorii economici pot să difere ca valori de cei

ai momentului apariŃiei lucrării, important este algoritmul de

elaborare a analizei, fără a neglija cheile de control a rezultatelor

parŃiale şi nici scala de priorităŃi generată de analiza economică a

soluŃiilor tehnice.

Abordarea prezentată în Cap. II poate reprezenta o provocare

pentru cititor de a aplica Metoda Rapidă, prezentată în Cap. IX al

lucrării PerformanŃa energetică a clădirilor noi şi existente –

fundamentare teoretică – ediŃie revizuită (ISBN 978-973-1884-49-3,

Editura Universitară „Ion Mincu”, Bucureşti, 2009, autori: D. Constan-

tinescu, H. Petran, C. Petcu) şi de a-şi genera propriul model de

validare numerică a unei Metode Rapide, destinată clădirilor de locuit

colective.

Capitolul III are ca obiect elaborarea unui indicator mixt,

teoretic şi operaŃional, care bine determinat poate simplifica

semnificativ procedura de colectare în timp real a performanŃelor

energetice ale clădirilor modernizate sau nu. Indicatorul numit de

autori amprenta energetică a clădirii se bazează pe corelarea

statistică a unor parametri măsurabili, atât intensivi cât şi extensivi,

9

pe modelul funcŃiilor spline definite pe grupe de parametri subiectivi,

care Ńin seama de factorul antropic. Este o preocupare majoră la

nivel european ca şi consecinŃă a dezideratelor de ecologizare a

mediului natural şi construit. Suportul experimental îl reprezintă

clădirea CE INCERC, care este martorul fizic al tuturor validărilor

experimentale pe care cititorul le va întâlni pe parcursul lucrării.

Elemente moderne, proprii proiectării clădirilor eficiente

energetic, sunt incluse în capitolul IV, destinat analizei teoretice şi

experimentale a spaŃiilor solare ventilate ataşate clădirilor de locuit.

Chiar dacă aceste soluŃii tehnice sunt adesea menŃionate în studii de

arhitectură, rezolvarea lor pentru a fi atât performante energetic, cat

şi generatoare de confort, este una delicată şi bazată pe o bună

cunoaştere a dinamicii proceselor de transfer de căldură şi masă.

Lucrarea prezintă atât modelul de calcul bazat pe doi parametri

esenŃiali, temperatura aerului introdus în spaŃiul ocupat şi dinamica

fluxului termic propriu peretelui captator al radiaŃiei solare, cât şi

validarea experimentală, de excepŃie, pe suportul CE INCERC

Bucureşti, în sezonul rece 2008-2009.

Regimul termic propriu spaŃiilor ocupate în sezonul rece,

determinat pe baza unui model de simulare dinamică elaborat de

autori, modelul „paşilor alternanŃi“, este prezentat în capitolul V, atât

ca fundamentare teoretică şi metodologică, cât şi ca validare

experimentală. Utilitatea modelului este evidentă în cazul clădirilor

excesiv vitrate, care populează mediul urban şi care, din păcate,

sunt departe de ceea ce ar trebui să fie un reper al modernismului

îmbinat cu restricŃiile dezvoltării durabile. Extrem de labile faŃă de

impactul mediului natural, aceste clădiri se echipează cu sisteme

moderne de gestiune energetică a căror stabilitate şi capabilitate

funcŃională sunt discutabile. Atât modelul de calcul, cât şi validarea

experimentală demonstrează calităŃile de care trebuie să dispună un

instrument de calcul apt să evalueze atât starea de confort, cât şi

consumul de utilităŃi termice.

10

Capitolul VI este consacrat în întregime sezonului cald, deci

răcirii spaŃiilor ocupate, şi acoperă ambele faze ale unei analize

complete, respectiv:

– estimarea variaŃiei libere a temperaturii în sezonul cald,

valori orare atât pe bază de model matematic, cât şi prin

validare experimentală în sezonul 2008 şi apoi 2009, în

aceeaşi clădire CE INCERC Bucureşti;

– ventilarea mecanică controlată şi răcirea artificială în

sezonul 2009.

Modelele de calcul sunt dinamice cu pas orar, iar comparaŃia

cu parametrii termodinamici măsuraŃi este edificatoare.

Ultimul capitol, VII, este destinat unei premiere absolute în

domeniul proiectării energetice a clădirilor, atât prin prisma obiectului

(clădiri de tip şcoală), cât şi prin prisma abordării axate nu pe

izolarea excesivă (şi, în cazul de faŃă aproape inutilă) a anvelopei

opace a clădirilor, ci pe analiza foarte atentă a proceselor de transfer

de masă cu accent pe concentraŃia noxelor şi a regimului termic

controlat pe durata unei zile. Concluziile fundamentează un nou mod

de rezolvare încă din faza de proiect a celor două deziderate majore,

confort şi consum redus de energie.

Subliniem faptul că pe parcursul lucrării se face comparaŃie cu

metodele de calcul consacrate (dacă este cazul), în special cu

standardele europene preluate ca standarde naŃionale şi se propun

căi de modernizare a reglementărilor tehnice destinate proiectării

energetice performante a clădirilor, domeniu foarte nou atât la nivel

naŃional, cât şi european.

11

II. PERFORMANłA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR EXISTENTE – încălzire clădire de locuit – metoda pentru realizarea Certificatului de PerformanŃă Energetică

Scop: Studiu de caz privind determinarea performanŃei energetice

a unei clădiri existente. Elaborarea certificatului de perfor-

manŃă energetică al clădirii. Analiza soluŃiilor de modernizare

energetică

Obiective:

1. Parametrii termodinamici ai spaŃiilor încălzite: Deter-

minarea: ta, tE, tev – element de construcŃie şi incintă

2. Temperatura spaŃiilor neîncălzite: subsol neîncălzit.

Temperatura casei scărilor

3. Temperatura interioară redusă (tiR)

4. Temperatura exterioară de referinŃă (teR)

5. Numărul de grade-zile corectat-încălzire continuă

şi necesarul / consumul anual de căldură pentru încălzirea

spaŃiilor

6. Indicele de consum de căldură / nota energetică /

clasa energetică de încadrare a clădirii

7. SoluŃii de modernizare energetică a clădirii.

12

Prezentarea generală a clădirii

Elemente de alcătuire arhitecturală

Blocul M28 - strada Arinii Dornei nr. 4, sector 6, Bucureşti

(ansamblul Uverturii)

Proiectat de I.P.B., în anul 1973 (proiect 9210). ExecuŃie în

anul 1974.

Bloc „turn”, cu parter şi 10 etaje (P+10E), parŃial un etaj XI

tehnic, cu subsol general. ÎnălŃimea de nivel este de 2,75 m. Rezultă

înălŃimea 11 x 2,75 = 30,25 m.

În vecinătate mai există încă 3 blocuri identice M27, M29

şi M30.

FaŃada principală (cu intrare) spre SUD.

Blocul cuprinde 44 apartamente, câte 4 apartamente identice

pe etaj, cu: o cameră de zi, două dormitoare, baie, bucătărie,

debara, cămară, vestibul şi logie.

15

Structura de rezistenŃă şi izolare termică Structura de rezistenŃă a clădirii este alcătuită din pereŃi

structurali din beton armat clasa Bc 15 (B200), cu grosime de 20 cm,

executaŃi cu cofraje obişnuite.

Planşeele de 12 cm grosime, sunt dale prefabricate din beton

armat clasa Bc 20, prevăzute pe contur cu dinŃi de rezemare şi

mustăŃi de continuitate. Monolitizările sunt realizate cu beton B300.

PereŃii structurali din beton armat, precum şi bulbii acestora şi

stâlpii, sunt căptuşiŃi, la exterior, cu fâşii YTONG de 15 cm grosime.

Pe faŃade, între stâlpi şi bulbii pereŃilor structurali, ferestrele au

parapete din zidărie de blocuri BCA-GBN50 de 25 cm grosime.

Apartamentele, inclusiv trei din cele de la parter, au cate o

semilogie prevăzută cu uşă spre camera de zi şi cu fereastră spre

bucătărie. Peretele exterior al bucătăriei este alcătuit din zidărie de

blocuri BCA GBN 50 de 20 cm grosime. Uşa spre camera de zi

are un spalet din fâşii armate din BCA GBN 50 de 22,5 cm grosime

(7,5 + 15 cm).

Buiandrugii ferestrelor sunt realizaŃi din grinzi de faŃadă din

beton armat monolit de 30 cm grosime, prevăzute la partea

inferioara cu un rebord de 10 cm înălŃime, şi sunt căptuşite cu placi

BCA de 15 cm grosime.

PereŃii exteriori de la etajul XI sunt alcătuiŃi din zidărie de

cărămida plină de 25 cm grosime.

Terasa este izolată termic cu placi BCA de 15 cm grosime,

amplasate pe un beton de pantă având grosimea medie de 10 cm .

Planşeul de peste subsol nu are prevăzută nici o izolaŃie

termică. Soclul perimetral nu este termoizolat.

Tâmplăria exterioară de la ferestre şi de la uşile spre semilogii,

este din lemn, cuplată (STAS 465-71), prevăzută cu două foi de

geam simplu de 3 mm grosime. Tocurile sunt poziŃionate la faŃa

interioară a parapeŃilor.

16

Tâmplăria uşilor de la intrare, de la camera de gunoi şi de la

camera troliilor este metalică. Ferestrele şi uşile exterioare de la

etajul XI sunt simple, metalice.

InstalaŃia de încălzire şi de preparare

a apei calde de consum Încălzirea blocului M 28 este asigurată prin livrare de agent

termic de la punctul termic PT 1 Uverturii. Lungimea totală a reŃelei

de alimentare cu agent termic secundar între punctul termic şi blocul

M 28 este de 750 m (2 x 375 m). Diametrul conductelor variază între

Dn 300 şi Dn 125 datorită faptului că pe acelaşi traseu sunt racordaŃi

încă 9 consumatori de tipul parter şi patru nivele. Din punct de

vedere al alimentării cu agent termic, blocul M 28 se află într-o

situaŃie dezavantajoasă, fiind amplasat practic la capătul unei

ramificaŃii a reŃelei de distribuŃie a agentului termic secundar.

Necesar de căldură de calcul: Qo= 276 000 kcal/h (320 930W).

Releveul efectuat asupra instalaŃiei de încălzire a blocului

M 28 a condus la valoarea totală de 2646 elemente de radiator

de tipul 600 / 150 / 2 (din care 2569 elemente în spaŃiul locuit,

58 elemente în spaŃiile anexe încălzite, respectiv 19 elemente în

holul de intrare în clădire – considerat împreună cu casa scării)

caracterizate de fluxul termic nominal de 116kcal/h element. Rezultă

o putere instalată de 307 000kcal/h (356 900W). Se deduce un

exces de putere instalată B = 1,112.

InstalaŃia de încălzire interioară însumează 224 corpuri de

încălzire, din care 219 corpuri în spaŃiile locuite (câte 5 corpuri în

apartamentele 3-44, 6 corpuri în ap. 1 şi 3 corpuri în ap. 2), respectiv

5 corpuri de încălzire în spaŃiile comune (casa scării şi anexe).

Debitul nominal de agent termic, conform proiectului este Go =

= 13 800 kg/h.

17

CondiŃii nominale:

C75t ,C95t oRS

oTS °=°= şi C20t

oi°= , C15t

oe °−= .

DistribuŃia agentului termic se realizează prin sistemul

bitubular cu distribuŃie inferioară şi coloane verticale care străbat

planşeele. Coloanele sunt aparente şi sunt racordate la partea

superioară a clădirii la vasul de aerisire. În subsolul tehnic al clădirii

conductele sunt plasate sub formă de distribuŃie ramificată pe două

ramuri principale alimentând apartamentele de pe latura sud,

respectiv nord, a clădirii, prin intermediul a 14 coloane. Corpurile

statice din apartamente sunt prevăzute cu robinete colŃar de tipul

dublu reglaj fără posibilitatea de reglare a temperaturii incintei şi din

care mai puŃin de jumătate sunt nefuncŃionale. InstalaŃia de încălzire

interioară este caracterizată de o funcŃionare anormală, consecinŃă a

depunerilor de materii organice şi anorganice din interiorul corpurilor

de încălzire şi a abaterilor debitelor caracteristice corpurilor de

încălzire şi coloanelor de alimentare ale acestora, faŃă de valorile de

proiect.

Aprecieri privind starea actuală a clădirii Imobilul a fost în general bine întreŃinut de-a lungul timpului.

InstalaŃiile interioare prezintă uzura normală după 26 ani de

funcŃionare.

Blocul prezintă o înclinaŃie de la axa verticală, cunoscută şi

înaintea cutremurului din 1977. În partea de N-E a clădirii, în zona în

care intră în clădire o serie de conducte din exterior, terenul,

antrenând şi trotuarul din jurul blocului, a suferit o tasare, fapt care a

condus la stagnarea apelor pluviale pe perioadele cu precipitaŃii. Au

rezultat, la pereŃii exteriori ai apartamentului nr. 3 de la parter, zone

cu igrasie şi mucegai.

18

• RezistenŃe termice corectate ale elementelor de

construcŃie din componenŃa clădirii

Elem. de c-tie Descriere Orientare

SuprafaŃa [m²]

Rezistenta termica in

câmp [m²K/W] r

Rezistenta termica

corectata [m²K/W]

PE1 Pereti exteriori curenti N 579,33 0,866 0,812 0,703PE2 Pereti exteriori curenti S 562,57 0,866 0,812 0,703PE3 Pereti exteriori curenti E 330,22 0,866 0,812 0,703PE4 Pereti exteriori curenti V 331,90 0,866 0,812 0,703PE5 Pereti exteriori la et. XI N 12,23 0,471 1,000 0,471PE6 Pereti exteriori la et. XI S 37,02 0,471 1,000 0,471PE7 Pereti exteriori la et. XI E 13,45 0,471 1,000 0,471PE8 Pereti exteriori la et. XI V 13,45 0,471 1,000 0,471PE9 PE la intrare parter V 3,99 0,815 1,000 0,815PE10 Planseu sub et. I, la intrare - 5,08 1,373 1,000 1,373TE ap Terasa peste apartamente (et. X) O 241,92 0,952 0,931 0,886

TE c Terasa peste spatii comune (et. XI) O 29,57 0,916 0,804 0,736Pl Pb PI catre Pubele - 21,31 0,521 1,000 0,521

Pl Sb PI catre Subsol - 5,78 0,366 1,000 0,366Ul Sb UI catre Subsol - 1,89 0,340 1,000 0,340PL Pb Planseu peste Pubele - 14,00 1,056 1,000 1,056PL Sb Planseu peste subsol - 228,05 0,363 0,950 0,345

CS Pereti si plansee catre casa scarii - 919,16 0,394 1,000 0,394FE1 Tamplarie exterioara cuplata S 119,76 0,390 - 0,390

FE2 Tamplarie exterioara cuplata N 124,96 0,390 - 0,390FE3 Tamplarie exterioara cuplata V 149,68 0,390 - 0,390FE4 Tamplarie exterioara cuplata E 151,36 0,390 - 0,390FE5 Tamplarie metalica la spatii comune N 1,20 0,170 - 0,170FE6 Tamplarie metalica la spatii comune S 3,00 0,170 - 0,170

3900,88 0,557 0,928 0,517

• CoeficienŃii de absorbŃie a radiaŃiei solare, factorul optic mediu şi numărul de schimburi de aer cu exteriorul

CoeficienŃi medii de absorbŃie a radiaŃiei solare la pereŃi αabs:

- la faŃade P…et. X αabs = 0,70 (Tencuială similipiatră de

culoare cenuşie);

- în logii P … et. XI: αabs = 0,42 (Tencuieli din var în

culoare deschisă);

19

- la terasă peste et. X: αabs = 0,58 (Plăci din beton simplu);

- la terasă peste et. XI: αabs = 0,66 (Pietriş, asimilat cu “nisip

cu pietriş”).

Factorul optic mediu la tâmplărie exterioară: ( τα& )n = 0,30

(Tâmplărie din lemn, cuplată, cu două geamuri simple).

Numărul de schimburi de aer cu exteriorul rezultă na = 0,9 h-1:

- tâmplăria exterioară nu este prevăzută cu garnituri de

etanşare (permeabilitate ridicată);

- clădirea este de tip “colectiv”, cu dublă expunere;

- se apreciază că clădirea poate fi considerată “moderat

adăpostită”;

- tâmplăria nu este în stare deteriorată.

• Arii şi rezistenŃe termice ale elementelor de construcŃie care separă casa scării de subsolul tehnic al clădirii

Subsolul tehnic al clădirii şi camera pubelelor se consideră un

singur spaŃiu având temperatura tSb, iar casa scării şi holul de intrare

în clădire se consideră un singur spaŃiu având temperatura tCS.

1) Elemente de construcŃie între casa scării şi subsol /

camera pubelelor

a) PereŃi între casa scării şi camera pubelelor

a.1. PereŃi din b.a. 20 cm + zidărie din cărămizi 12,5 cm (casa

scării)

S = 4,13 m2 R = 0,510 m2K/W

a.2. PereŃi din zidărie din cărămizi pline de 25 cm grosime

(casa scării)

S = 3,85 m2 R = 0,551 m2K/W

20

a.3. PereŃi din zidărie din cărămizi pline de 24 cm grosime (hol

intrare)

S = 10,11 m2 R = 0,551 m2K/W

a.4. Perete din b.a. de 20 cm grosime (hol intrare)

S = 2,20 m2 R = 0,366 m2K/W

TOTAL a.1. … a.4.

ΣS = 20,29 m2 W/Km 514,0R 2m =

b) PereŃi între casa scării şi subsol

S = 10,48 m2 R = 0,395 m2K/W

c) Tâmplărie interioară (uşă opacă) între casa scării şi subsol

S = 1,89 m2 R = 0,340 m2K/W

d) Planşeu sub casa scării, peste subsol

S = 29,47 m2 W/Km 405,0R 2=

e) Perete hol intrare spre subsol

S = 0,90 m2 R = 0,488 m2K/W

f) Planşeu hol intrare spre subsol

S = 14,91 m2 R = 0,359 m2K/W

TOTAL a) … f)

ΣS = 77,94 m2 W/Km 415,0R 2

m =

21

2) Elemente de construcŃie opace exterioare la casa scării

şi la holul de intrare

a) pereŃi din zidărie din cărămizi pline, conform C3

S = 17,58 m² R = 0,520 m²K/W

b) planşeu terasă peste casa scării

S = 13,43 m² R = 0,916 m²K/W

c) PereŃi din zidărie din cărămizi pline la intrare în clădire

S = 5,10 m2 W/Km 520,0R 2=

TOTAL a) … c)

ΣS = 36,11 m2 W/Km 620,0R 2m =

3) Elemente de construcŃie vitrate exterioare la casa scării

şi la holul de intrare

a) Tâmplărie exterioară metalică et. XI

S = 4,80 m² R = 0,170 m²K/W

b) PereŃi vitraŃi la casa scării

S = 7,40 m² R = 0,220 m²K/W

c) Tâmplărie exterioară metalică hol intrare

S = 6,10 m² R = 0,170 m²K/W

TOTAL a) … c)

ΣS = 18,30 m2 W/Km 187,0R 2m =

22

4) Volum util casa scărilor şi hol intrare

VCS = 800 m3

• Arii şi rezistenŃe termice ale elementelor de construcŃie care separă subsolul neîncălzit de mediul exterior

1) Planşeu între subsol şi mediul exterior

S =17,00 m2 W/Km 234,0R 2=

2) PereŃi exteriori supraterani, la soclu (h = 0,56 m)

P = 68,20 m

h = 0,56 m

S = 38,19 m2

W/Km 330,0R 2=

3) Placa inferioară a subsolului

S = 297,68 m2

4) Volum util subsol şi camera pubele

VSb = 660,76 m3

Determinarea consumului anual normal de căldură pentru încălzire

( ) ( )[ ] Loceev11ipaaeviP

Enec SattB1BtcVntt

RS

Qoo

⋅−−⋅−+⋅⋅⋅ρ⋅⋅+−⋅= & ⇒

⇒ [ ]RR ei1paa

P

Enec ttBcVn

RS

Q −⋅

⋅⋅ρ⋅⋅+= & [W]

GZ1paaE

an NCBcVnR

S024,0Q ⋅⋅

⋅⋅ρ⋅⋅+⋅= & [kWh/an]

23

Temperatura medie volumică a aerului interior

( ) ev1i1a tB1tBto

⋅−+⋅= [°C]

în care:

⋅α+α⋅α

⋅

−+⋅α

⋅α+α⋅α

⋅+=

Rrcv

Rr

E

Tcv

Rrcv

Rr

1

FF

1SS

1

FF

R1

1B = 1,1955

Coeficientul superficial de transfer de căldură prin convecŃie:

αcv = 3,0 W/m2K

Coeficientul superficial de transfer de căldură prin radiaŃie:

αr = 4,5 W/m2K;

SuprafaŃa totală laterală a incintelor (inclusiv pereŃi interiori):

ST = 8.528,58 m2

E

TRrcvi S

SF ⋅⋅α+α=α = 8,903 m2K/W

W/Km517,0R 2=

( )3620,0FR −⋅= =0,60

atf = 1,062 (încălzire cu corpuri statice),

C = 0,96 x 0,93 x 1,0 = 0,893

Aporturile interne de căldură se determină în funcŃie de

numărul mediu normalizat de persoane aferent clădirii expertizate,

după cum urmează:

� Indice mediu de ocupare a suprafeŃei camerelor de

locuit: iLoc = 0,078.

24

� SuprafaŃa camerelor de locuit: SLoc = 1.770,87 m2

� SuprafaŃa utilă încălzită a clădirii: SÎnc = 2.613,26 m2

� Număr apartamente / bucătării: 44

� Număr mediu normalizat de persoane pe clădire:

NP = 1.770,87 x 0,078 = 138,1.

20

22

24

26

28

30

32

-15 -10 -5 0 5 10

tev [°C]

ta[°C]

B1 = 1,30

B1 = 1,25

B1 = 1,20

B1 = 1,15

B1 = 1,10

B1 = 1,05

B1 = 1,00

* OcupanŃi 65 x 138,1 = 8.976,5 W

* Apă caldă 20 x 44 + 15 x 138,1 = 2.951,5 W

* Preparare hrană 100 x 44 = 4.400 W

* Aparate casnice 112,5 x 44 = 4.950 W

* Iluminat 44 x 30 = 1.320 W

TOTAL: 22.598 W

Rezultă: 2 W/m65,826,613.2

598.22a ==

Temperatura interioară medie a clădirii: 615,19toi= °C

C34,1745,783.69,01955,133,0

517,088,900.3

3,261365,8615,19t

Ri°=

⋅⋅⋅+⋅−=

25

Tem

pera

turi e

chiv

ale

nte

ale

ele

me

nte

lor

de c

onstr

ucŃie a

dia

cen

te m

ed

iulu

i exte

rior

(exem

plif

icare

pentr

u lu

na ianuari

e)

Tem

p. a

er e

xter

ior

[°

C]

=-2

,40

Tem

p. s

ub

sol

[

°C]

=15

,33

Tem

p. c

asa

scar

ilor

[°C

] =

17,3

9

Ele

men

t de

cons

truc

tieO

rient

are

Sup

rafa

Ńa

[m²]

Rez

iste

nta

term

ica

core

ctat

a [m

²K/W

]

S/R

[W

/K]

Tem

p.

ext.

[°

C]

IT(v

) [W

/m²]

IT(o

) [W

/m²]

Id

[W/m

²]

Tem

p.

ech

iv

[°C

]

PE

1N

579,

330,

703

823,

86-2

,40

13,5

70,

0013

,57

-1,8

4P

E2

S56

2,57

0,70

380

0,02

-2,4

076

,69

0,00

13,5

7-0

,23

PE

3E

330,

220,

703

469,

60-2

,40

30,9

20,

0013

,57

-1,4

0P

E4

V33

1,90

0,70

347

1,99

-2,4

030

,92

0,00

13,5

7-1

,40

PE

5N

12,2

30,

471

25,9

7-2

,40

13,5

70,

0013

,57

-2,0

6P

E6

S37

,02

0,47

178

,60

-2,4

076

,69

0,00

13,5

7-1

,10

PE

7E

13,4

50,

471

28,5

6-2

,40

30,9

20,

0013

,57

-1,8

0P

E8

V13

,45

0,47

128

,56

-2,4

030

,92

0,00

13,5

7-1

,80

PE

9V

3,99

0,81

54,

90-2

,40

30,9

20,

0013

,57

-1,4

0P

E10

-5,

081,

373

3,70

-2,4

00,

000,

000,

00-2

,40

TE

ap

O24

1,92

0,88

627

2,95

-2,4

00,

0049

,61

27,1

4-0

,82

TE

cO

29,5

70,

736

40,1

5-2

,40

0,00

49,6

127

,14

-0,6

0P

l Pb

-21

,31

0,52

140

,90

15,3

30,

000,

000,

0015

,33

Pl S

b-

5,78

0,36

615

,79

15,3

30,

000,

000,

0015

,33

Ul S

b-

1,89

0,34

05,

5615

,33

0,00

0,00

0,00

15,3

3P

L P

b-

14,0

01,

056

13,2

615

,33

0,00

0,00

0,00

15,3

3

Ian

uari

e

Str

uct

ura

25

26

Tem

p. a

er e

xter

ior

[°

C]

=-2

,40

Tem

p. s

ub

sol

[

°C]

=15

,33

Tem

p. c

asa

scar

ilor

[°C

] =

17,3

9

Ele

men

t de

cons

truc

tieO

rient

are

Sup

rafa

Ńa

[m²]

Rez

iste

nta

term

ica

core

ctat

a [m

²K/W

]

S/R

[W

/K]

Tem

p.

ext.

[°

C]

IT(v

) [W

/m²]

IT(o

) [W

/m²]

Id

[W/m

²]

Tem

p.

ech

iv

[°C

]

Ian

uari

e

Str

uct

ura

P

L P

b-

14,0

01,

056

13,2

615

,33

0,00

0,00

0,00

15,3

3P

L S

b-

228,

050,

345

661,

3015

,33

0,00

0,00

0,00

15,3

3C

S-

919,

160,

394

2334

,03

17,3

90,

000,

000,

0017

,39

FE

1S

119,

760,

390

307,

08-2

,40

76,6

90,

0013

,57

3,77

FE

2N

124,

960,

390

320,

41-2

,40

13,5

70,

0013

,57

-0,8

1F

E3

V14

9,68

0,39

038

3,79

-2,4

030

,92

0,00

13,5

70,

45F

E4

E15

1,36

0,39

038

8,10

-2,4

030

,92

0,00

13,5

70,

45F

E5

N1,

200,

170

7,06

-2,4

013

,57

0,00

13,5

7-1

,71

FE

6S

3,00

0,17

017

,65

-2,4

076

,69

0,00

13,5

70,

29S

upra

fata

ext

erio

ara:

3.90

0,88

m

²7.

543,

78

Tem

p. e

xt. v

irtu

ala

[°C

] =6,

57Te

mp

. ext

. de

ref.

[°

C]

=4,

68

26

27

Date necesare determinării temperaturilor casei scărilor şi

subsolului tehnic:

Si,cs = 919,2 m² Ri,cs = 0,394 m²K/W

Spe,cs = 36,1 m² Rpe,cs = 0,620 m²K/W

Sf,cs = 18,3 m² Rf,cs = 0,187 m²K/W

Scs,s = 77,9 m² Rcs,s = 0,415 m²K/W

Spd,sb = 297,7 m² R,p0 = 2,8800 m²K/W

Spi,sb = 271,0 m² Rpi,sb = 0,368 m²K/W

Spe,sb = 85,2 m² Rpe,sb = 0,305 m²K/W

Vcs = 800,0 m³ R,e = 0,5971 m²K/W

na,cs = 0,50 h-1 R,a = 4,1006 m²K/W

Vsb = 683,3 m³

Lm = 165 m

rc,m = 0,05 m

re,m = 0,09 m

Del.iz,m = 0,04 m

Lam.iz,m = 0,14 W/m.K

tio = 19,615 °C

ta = 10 °C

a = 23 m

b = 13,6 m

h = 1,8 m

H = 6 m

na,sb = 0,60 h-1

na L,cs = 0,20 h-1

Lambda.p = 1,74 W/m.K Del.p = 0,1 m

Lambda.1 = 1,27 W/m.K Del.1 = 0,44 m

Lambda.0 = 0,93 W/m.K Del.0 = 0,1 m

Lambda.s = 1,16 W/m.K Perim.sb. = 68,2 m

28

Alfa.i,sb = 12 W/m²K Alfa.e = 17 W/m²K

SF Sb = 0,48 m² vânt mediu = 0,4 m/s

SETcs = 5,035 m² qR(0) = 525 W/m²

Nr. c.î. = 4

Coef. numerici

C2 2.334,03 F7 4,83

C3 - F8 0,44

C4 187,81 F9 25,18

C5 132,00 F10 25,83

F1 50,36 F11 0,71

F2 2,27 F12 0,67

F3 81,00 F13 0,27

F4 50,36 F14 1,36

F5 0,59 F15 1,06

F6 0,33 A 26,67

29

Det

erm

inar

ea d

urat

ei n

orm

ale

de in

calz

ire &

a n

eces

arul

ui d

e ca

ldur

a.Lu

naD

z,k

Tem

p.ex

t.Te

mp.

sbs.

Tem

p.C

S.Te

mp.

int.R

Tem

p.ex

t.R.

Dz(

k) re

alNr

. luna

rC

ons.

cal

dura

Con

s.C

ald.

CS

cale

ndar

.[ °

C ]

[ °C

][ °

C ]

[ °C

][ °

C ]

[ zile

] g

rd-z

ile.

[ MW

h/lun

a ]

[ MW

h/lun

a ]

Iulie

3122

,00

19,8

919

,90

17,3

4

23,1

6

Aug

ust

3121

,20

19,5

919

,81

17,3

4

22,8

4

Sep

tem

brie

3016

,90

20,3

419

,47

17,3

4

19,7

3

0,0

0,0

Oct

ombr

ie31

10,8

018

,92

18,8

217

,34

14

,88

31

,076

,216

,3

0,33

8

N

oiem

brie

305,

2017

,51

18,2

217

,34

10

,15

30

,021

5,7

46,0

0,

466

Dec

embr

ie31

0,20

16,1

517

,68

17,3

4

6,44

31

,033

8,0

72,1

0,

612

Ianu

arie

31-2

,40

15,3

317

,39

17,3

4

4,68

31

,039

2,7

83,8

0,

681

Febr

uarie

28-0

,10

15,7

717

,63

17,3

4

6,78

28

,029

5,7

63,1

0,

560

Mar

tie31

4,80

17,0

318

,16

17,3

4

10,5

5

31,0

210,

544

,9

0,49

3

A

prili

e30

11,3

018

,72

18,8

617

,34

15

,43

29

,356

,112

,0

0,30

8

M

ai31

16,7

020

,10

19,4

417

,34

19

,50

0,

00,

0

Iu

nie

3020

,20

19,2

119

,70

17,3

4

22,0

2

211,

31.

585,

033

8,2

3,46

29

30

Iulie

August

Septembrie

Octombrie

Noiembrie

Decembrie

Ianuarie

Februarie

Martie

Aprilie

Mai

Iunie

Iulie

August

Septembrie

-5051015202530

030

6090

120

150

180

210

240

270

300

330

360

390

420

450

480

Ziua

Temperaturi [°C]

Tem

p.in

t.R-i

Tem

p.ex

t.R.-

i

Tem

p.in

t.R-v

Tem

p.in

t.R-v

30

31

Durata sezonului de încălzire şi numărul corectat de grade

zile pentru încălzire s-au determinat din verificarea condiŃiei de

identitate, la începutul, respectiv sfârşitul sezonului de încălzire,

dintre temperatura interioară medie redusă din spaŃiul încălzit şi

temperatura exterioară de referinŃă a clădirii considerate. Au rezultat

următoarele valori:

• Durata sezonului de încălzire: DZ = 211,3 zile

• Momentul de începere al

sezonului de încălzire: 1 octombrie

• Momentul de sfârşit al sezonului

de încălzire: 29 aprilie

• Numărul corectat de grade-zile

pentru încălzire: NGZ = 1.585,0 grd.zi

• Consumul anual de căldură

pentru încălzire,

la nivelul spaŃiilor încălzite,

este: anîncQ = 338,2 MWh/an,


pentru încălzire aferent casei

scărilor: anCSQ = 3,46 MWh/an,

• Cantitatea de căldură disipată

prin conductele de distribuŃie

a agentului termic din subsolul

tehnic al blocului: anPd

Q = 24,59 MWh/an.

Rezultă:

• Randamentul de distribuŃie

al instalaŃiei de încălzire: dη = 0,94

• Randamentul instalaŃiei de

încălzire interioară: încη = 0,92x0,94x1,0 = 0,863

32

Temp.ext. Tev Qnec.Loc[ °C ] [ °C ] [W]16,90 20,77 10,80 16,17 25.876,4 5,20 11,59 74.828,2 0,20 8,15 113.277,7 -2,40 6,57 131.588,2 -0,10 8,67 109.776,7 4,80 12,20 70.742,6 11,30 16,74 20.215,8


pentru încălzire, la nivelul

racordului la sistemul de

alimentare cu căldură, este: anS înc

Q = 395,9 MWh/an

• Consumul specific anual de

căldură pentru încălzirea

spaŃiilor clădirii, la nivelul

sursei de căldură (racordul

la reŃeaua de termoficare): anS înc

q = 151,5 kWh/m²an

• Consumul specific anual de

căldură pentru încălzirea spaŃiilor

clădirii, la nivelul spaŃiilor încălzite: anîncq = 130,7 kWh/m²an,

• Consumul anual de căldură la

nivelul unui apartament mediu: 7,74 Gcal/ap.an.

Determinarea curbei de reglaj termic

al instalaŃiei de încălzire

VariaŃia necesarului mediu orar de căldură pentru încălzirea

spaŃiilor şi variaŃia temperaturii de tur a agentului termic în raport cu

temperatura exterioară medie zilnică se determină pe baza

următoarelor date:

m = -1,034 n = 51,33 A.sb = 26,6675 epsi.c.(L)= 0,11 epsi.c.(C)= 0,11 S.RL = 680,79 S.RC = 0 S.RCS = 5,04 qr.(0) = 525 r.1 = 0,00013 r.2 = 0,01602

33

s.1 = -0,01399 s.2 = -0,60585 ti(0) = 19,62 B1 = 1,1955 c.rd = 0,92 c.rh = 0,95 Exp. "m" = 1,30 Au rezultat următoarele valori: M1 = -103,9522328 M2 = 9684,447377 M3 = 201,0681486 R5 = 0,00373 P1 = 21,03359052 P2 = 0,091864239

30

40

50

60

70

80

-15 -10 -5 0 5 10

te [°C]

tT[°C]

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

200.000

220.000

240.000Qnec[W]

tTUR [°C]

Qnec.Loc [W]

p1 p2 -8036,93 112258,0

W1 W2 0,7308 8,3335

q1 q2 0,2601 15,9542

34

Determinarea consumului anual normal de căldură pentru prepararea apei calde de consum

Determinarea consumului anual normal de căldură pentru

prepararea apei calde de consum pentru blocul expertizat se

bazează pe valorile consumurilor facturate pe o perioadă de cinci ani

consecutivi (1995-1999), centralizate în tabelul următor:

Anul Qf.acm[Gcal] Nr. Persoane1995 226,12 1101996 231,19 1031997 232,26 1061998 274,25 961999 279,38 97

Valori medii 248,64 102,40

În urma măsurărilor efectuate în subsolul tehnic al clădirii a

fost determinată valoarea medie caracteristică a pierderii de apă din

instalaŃia de utilizare a apei calde de consum: gP = 24,75 l/zi.

Temperatura medie anuală a apei reci este rt = 10°C.

Temperatura apei calde de consum este C55t0ac °= .

Cantitatea de căldură disipată de la conductele de distribuŃie

din subsol (exclusiv conducta de recirculare care nu funcŃionează) şi

de la coloanele de distribuŃie din clădire:

( ) ( ) ( )[( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )] an/kWh240.1782,18553003,17553177,155528

33,15553115,16553151,17553092,185531

998,225530235530313131839,810002

QPsb

=−⋅+−⋅+−⋅++−⋅+−⋅+−⋅+−⋅+

+−⋅+−⋅+++⋅⋅π⋅

=

( ) ( ) ( )[( ) ( )] an/kWh069.1483,185530312831313031

73,195530255530313131091,910002

QPcol

=−⋅+++++++

+−⋅+−⋅+++⋅⋅π⋅

=

35

K/W839,8

13,033,0

05,004,0

21ln14,01

85Asb =

+

⋅+⋅=

K/W091,9

025,033,0

120ACol ==

Cantitatea anuală medie de căldură facturată la nivel de bloc

(conform facturilor) este:

28911686,0

100064,248Qf

acm =⋅

= kWh/an

Numărul real de persoane aferent clădirii, determinat ca valoa-

re medie pe perioada de facturare 1995-1999, este alRePN = 102,4

persoane;

Numărul mediu normalizat de persoane aferent clădirii,

determinat funcŃie de indicele mediu (statistic) de ocupare a

locuinŃelor, este:

1,13887,1770078,0NP =⋅= persoane.

Cantitatea de căldură normalizată corectată:

( ) 680.358069.14240.174,1021,138

289116Q c.facm =+−⋅= kWh/an

Consumul de apă normalizat la temperatura convenŃională 0act :

( )9,906.6

5,32559,175.49,994

680.358106,3V

6

=−⋅⋅

⋅⋅= m3/an

Pierderea de apă măsurată sub forma cantităŃii de apă

pierdută pe durata unui an:

8,2163652402475,0VP =⋅⋅= m3/an

36

Cantitatea de apă caldă normalizată, la nivelul punctelor de

consum din apartamente, la temperatura 0act , este:

VLoc = 6.906,9 – 216,8 = 6.690,2 m3/an

Consumul specific normalizat de apă caldă echivalent din

punct de vedere al entalpiei masice:

7,1321,1382,690.6

365,01

qacL =⋅= l/pers.zi

Consumul mediu specific normalizat de căldură pentru apă

caldă:

2,1494,1021,138

26,613.2116.289

iacm =⋅= kWh/m2an

EficienŃa energetică a instalaŃiilor de livrare a apei calde

rezultă:

( )89,0

4,1021,138

116.289106,3

10559,175.49,9942,690.66

acm =⋅⋅⋅

−⋅⋅⋅=ε

Elaborarea certificatului de performanŃă

energetică al clădirii

Notarea din punct de vedere energetic a unei clădiri existente

se efectuează funcŃie de consumul specific anual normal de energie

estimat pe baza expertizei energetice a clădirii.

Nota de referinŃă ataşată clădirii certificate vizează clădirea de

referinŃă, caracterizată de utilizare eficientă a energiei.

37

Penalizări acordate clădirii certificate

� Starea subsolului tehnic al clădirii: Uscată, dar fă

ră posibilitate de acces la instalaŃia comună p1 = 1,01

� Utilizarea uşii de intrare în clădire clădirii: Uşa

este prevăzută cu sistem automat de închidere

şi sistem de siguranŃă (interfon, cheie) p2 = 1,00

� Starea elementelor de închidere mobile din

spaŃiile comune (casa scărilor) – către exterior

sau către ghene de gunoi: Ferestre / uşi în stare

bună, dar neetanşe p3 = 1,02

� Starea armăturilor de închidere şi reglaj de la

corpurile statice: Corpurile statice nu sunt dotate

cu armături de reglaj sau cel puŃin jumătate dintre

armăturile de reglaj existente nu sunt funcŃionale p4 = 1,05

� Spălarea / curăŃirea instalaŃiei de încălzire

interioară: Corpurile statice au fost demontate şi

spălate / curăŃate în totalitate cu mai mult de trei

ani în urmă p5 = 1,05

� ExistenŃa armăturilor de separare şi golire a

coloanelor de încălzire: Coloanele de încălzire nu

sunt prevăzute cu armături se separare şi golire a

acestora sau nu sunt funcŃionale p6 = 1,03

� ExistenŃa echipamentelor de măsură pentru

decontarea consumurilor de căldură: Nu există

nici contor general de căldură pentru încălzire,

nici contor general de căldură pentru apă caldă

de consum, consumurile de căldură fiind

determinate în sistem pauşal p7 = 1,15

38

� Starea finisajelor exterioare ale pereŃilor exteriori:

Stare bună a tencuielii exterioare p8 = 1,00

� Starea pereŃilor exteriori din punct de vedere al

conŃinutului de umiditate al acestora: PereŃi

exteriori uscaŃi p9 = 1,00

� Starea acoperişului peste pod: nu este cazul p10 = 1,00

� Starea coşului / coşurilor de evacuare a fumului:

nu este cazul p11 = 1,00

� Posibilitatea asigurării necesarului de aer

proaspăt la valoarea de confort: ventilare

naturală organizată p12 = 1,00

121110987654321o ppppppppppppp ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= = 1,345

Determinarea caracteristicilor clădirii de referinŃă

a) Forma geometrică, volumul şi suprafaŃa totală a anvelopei

– aceleaşi ca şi clădirea reală;

b) SuprafaŃa elementelor de construcŃie transparente (feres-

tre, luminatoare, pereŃi exteriori vitraŃi) pentru clădiri de locuit este

identică cu cea aferentă clădirii reale;

c) RezistenŃele termice corectate ale elementelor de construc-

Ńie din componenŃa anvelopei clădirii sunt următoarele:

� PereŃi exteriori opaci verticali:

W/Km40,1R 2PE =

� Tâmplărie exterioară:

W/Km50,0R 2F =

� Terasă exterioară:

W/Km00,3R 2TE =

39

� Planşeu peste subsolul tehnic:

W/Km65,1R 2Sb =

� Perete exterior orizontal (inferior):

W/Km50,4R 2PePd

=

� PereŃi către subsolul tehnic (minim):

W/Km454,0R 2PiSb

=

� Tâmplărie exterioară pe casa scărilor:

W/Km27,0R 2CS =

Celelalte rezistenŃe termice se consideră ca în cazul clădirii de

referinŃă.

d) Valorile absorbtivităŃii la radiaŃia solară a elementelor de

construcŃie sunt următoarele:

- perete exterior opac vertical: Peabsα = 0,40,

- terasă exterioară / acoperiş: Tabsα = 0,60;

e) Factorul optic al elementelor de construcŃie exterioare

vitrate este ( )τα& = 0,26;

f) Factorul mediu de însorire al faŃadelor are valoarea

corespunzătoare clădirii reale;

g) Numărul de schimburi de aer din spaŃiul încălzit este de

0,5 h-1 (tâmplărie exterioară cu garnituri speciale de etanşare,

ventilare de tip controlat);

h) Sursa de căldură pentru încălzire şi preparare a apei calde

de consum este staŃie termică compactă racordată sistemul

districtual de alimentare cu căldură;

40

i) Sistemul de încălzire este de tipul încălzire centrală cu

corpuri statice, dimensionate conform SR 1907 şi STAS 1797/2;

j) InstalaŃia de încălzire interioară este dotată cu elemente

de reglaj termic şi hidraulic atât la baza coloanelor de distribuŃie

(în cazul clădirilor colective), cât şi la nivelul corpurilor statice;

de asemenea, fiecare corp de încălzire este dotat cu repartitoare de

costuri de încălzire;

k) În cazul sursei de căldură centralizată, instalaŃia interioară

este dotată cu contor de căldură general (la nivelul racordului la

instalaŃiile interioare) pentru încălzire şi apă caldă de consum

la nivelul racordului la instalaŃiile interioare, în aval de staŃia termică

compactă;

l) InstalaŃia de apă caldă de consum este dotată cu debit-

metre înregistratoare montate pe punct de consum de apă caldă din

apartamente;

m) Nu există pierderi de fluid în instalaŃiile interioare;

n) Conductele de distribuŃie din spaŃiile neîncălzite (ex.

subsolul tehnic) sunt izolate termic cu vată minerală (conductivitate

termică λiz = 0,045), având o grosime de 7,5 cm;

o) InstalaŃia de apă caldă de consum este caracterizată de

dotările şi parametrii de funcŃionare conform proiectului, iar consumul

specific de căldură pentru prepararea apei calde de consum este:

iacm = anm/kWh5,5626,2613

1,1381068S

N1068

Înc

P =⋅

=⋅

p) Coeficientul de penalizări ale notei energetice p0 = 1,00.

łinând seama de datele privind clădirea de referinŃă (a – p),

aplicarea metodologiei de determinare a consumurilor de căldură

41

anuale normale pentru încălzire şi pentru prepararea apei calde

de consum a condus la următoarele valori caracteristice clădirii

eficiente:

• Durata sezonului de încălzire: DZ = 184,8 zile



spaŃiilor încălzite: anîncQ = 141,1 MWh/an,

Consumul anual de căldură


racordului la sistemul de

alimentare cu căldură: anS înc

Q = 153,1 MWh/an,

Consumul specific anual de



sursei de căldură (racordul

la reŃeaua de termoficare): anS înc

q = 58,6 kWh/m²an,

Consumul specific anual de



spaŃiilor încălzite: anîncq = 55,2 kWh/m²an,

Randamentul de distribuŃie

al instalaŃiei de încălzire: dη = 0,95

Randamentul instalaŃiei de

încălzire interioară: încη = 0,92x0,95x1,0 =0,942,

Consum specific normalizat

de apă caldă: 60,0 l/pers.zi

Consumul specific normalizat

de căldură pentru apă caldă: 56,5 kWh/m2an

42

Consum

ul m

ed

iu d

e e

nerg

ie e

lectr

ică e

stim

at

pentr

u s

paŃiile

de locuit

Tip

lo

cuin

Ńă

Su

pra

faŃă

co

nsi

der

ată

[m2 ]

Co

nsu

m s

pec

ific

med

iu

de

ener

gie

ele

ctri

că

[kW

h/s

ezo

n/m

2 ]]

Co

nsu

m s

pec

ific

med

iu

de

ener

gie

ele

ctri

că

[kW

h/a

n/m

2 ]]

Wlig

ht

[kW

h/s

ezo

n]

Wlig

ht

[kW

h/a

n]

1

2

3

4

5

6

Sez

on r

ece

Sez

on c

ald

S

ezon

re

ce

Sez

on

cald

Gar

soni

era

25

8.7

6.

2 14.8

217

155

372

Ap.

2 c

am.

40

6.3

4.5

10.8

253

180

433

Ap.

3 c

am.

60

6.5

4.5

11

390

270

660

Ap.

4 c

am.

80

5.3

3.6

8.9

420

294

714

Ap.

5 c

am.

120

4.2

2.9

7.1

498

350

848

42

43

Valorile corespund unui raport Sv / Sp (suprafaŃa vitrată / supra-

faŃa pardoselii încăperii) între 0,30 şi 0,45 şi existenŃa grupurilor

sanitare cu ferestre exterioare.

Pentru cazul unui raport Sv / Sp mai mic de 0,30, valorile din

tabel se măresc cu 10 %.

Pentru apartamente cu grupuri sanitare fără ferestre

exterioare, valorile din tabel se măresc cu 5 %.

Rezultă consumul specific anual de energie pentru iluminat anilq = 12,0 kWh/m²an.

Notarea energetică a clădirii Pe baza valorilor consumurilor specifice de căldură deter-

minate pentru clădirea reală, clădirea de referinŃă şi clădirea eficientă

din punct de vedere energetic, se determină notele energetice după

cum urmează:

- clădirii reale, caracterizată de consumul specific de căldură

estimat )C(Tq = 312,7 kWh/m²an, i se atribuie nota NC:

NC = exp (– 0,00105 ⋅ 312,7 ⋅ 1,345 + 4,73677) = 73,3

- clădirii de referinŃă, caracterizată de consumul specific de

căldură estimat )R(Tq = 127,1 kWh/m²an, i se atribuie nota NR:

NR = exp (– 0,00105 ⋅ 127,1 ⋅ 1,00 + 4,73677) = 99,8

46

SoluŃii de modernizare energetică a clădirii

P1-P - Izolarea termică a pereŃilor exteriori cu 10 cm

polistiren expandat,

P1-Pr - Izolarea termică a pereŃilor exteriori cu 5 cm


P2-P - Izolarea termică a terasei cu 10 cm polistiren

extrudat,

P2-Pr - Izolarea termică a terasei cu 5 cm polistiren

extrudat,

P3-Pr - Izolarea termică a planşeului peste subsol cu 5 cm


P4-E - Etanşarea rosturilor tâmplăriei exterioare,

P4-M - Modernizarea energetică a tâmplăriei exterioare

(înlocuire tâmplărie existentă cu tâmplărie PVC

cu 3…5 camere şi geam termoizolant „low-e” cu

argon),

P5-I - Termoizolarea conductelor reŃelei de distribuŃie din

subsol – încălzire şi apă caldă de consum,

P6-I - Pachet soluŃii P5-I + măsuri modernizare instalaŃie

de încălzire interioară

P7-I - Pachet soluŃii P5-I + măsuri modernizare instalaŃie

apă caldă de consum

P Tot1 - Pachet soluŃii P6-I + P7-I + P1-Pe + P4-M

P Tot2 - Pachet soluŃii P Tot1 + P2-P

47

Date de intrare pentru analiza economică a soluŃiilor de modernizare energetică a clădirii

• Sumele necesare realizării lucrărilor de investiŃii se consideră

ca fiind la dispoziŃia beneficiarului de investiŃie, acesta

neapelând la credite bancare;

• Calculele economice se efectuează în Euro, Ńinând seama

de cursul BNR de la data realizării auditului energetic al

clădirii (3,41 lei/Euro);

• Costul energiei termice la data întocmirii auditului energetic:

61,92 Euro/Gcal (0,05325 Euro/kWh)

• ft = 0,10 i = 0,04

• Costurile pentru materialele termoizolante utilizate:

- polistiren expandat: 61,2 Euro/m³,

- Polistiren extrudat: 167,5 Euro/m³.

1. Izolarea termică a pereŃilor exteriori cu 10 cm

polistiren expandat (P1-P)

• Consum de căldură urmare aplicării soluŃiilor de modernizare:

- pentru încălzire: 303.720 kWh/an,

- pentru a.c.m.: 389.989 kWh/an.

• Economia de căldură urmare aplicării soluŃiilor de moderni-

zare: 92.214 kWh/an, respectiv 11,7 % din consumul de căldură

propriu clădirii nemodernizate.

• Costul investiŃiei: 57.279,6 Euro

48

RelaŃia de determinare a costului pentru termoizolarea la

exterior a pereŃilor exteriori este următoarea:

IZIZT V2,61S50,22C ⋅+⋅= [Euro]

în care:

SIZ = 1980 m² reprezintă suprafaŃa pereŃilor care urmează a fi

termoizolaŃi, măsurată la exteriorul acestora,

VIZ = 208 m³ reprezintă volumul termoizolaŃiei.

• Durata de viaŃă estimată a soluŃiei de modernizare energetică:

NS = 20 ani

• Indicatori de eficienŃă economică:

� Durata de recuperare a investiŃiei: NR = 10,05 ani,

� Costul energiei economisite pe

durata de viaŃă a soluŃiei: e = 0,037 Euro/kWh

2. Izolarea termică a pereŃilor exteriori cu 5 cm

polistiren expandat (P1-Pr)








RelaŃia de determinare a costului soluŃiei este dată la pct. 1.


NS = 20 ani

49


� Durata de recuperare a

investiŃiei: NR = 10,63 ani,

� Costul energiei economisite

pe durata de viaŃă a soluŃiei: e = 0,0398 Euro/kWh

3. Izolarea termică a terasei cu 10 cm polistiren

extrudat (P2-P)








RelaŃia de determinare a costului pentru termoizolarea terasei

este următoarea:

2.IZ1.IZIZT V5,167V2,61S85,17C ⋅+⋅+⋅= [Euro]

în care:

SIZ = 302 m² reprezintă suprafaŃa terasei care urmează a fi

termoizolată,

VIZ.1 = 8,1 m³ reprezintă volumul de polistiren expandat;

VIZ.2 = 30,2 m³ reprezintă volumul de polistiren extrudat.


NS = 20 ani

50






4. Izolarea termică a terasei cu 5 cm polistiren

extrudat (P2-Pr)








RelaŃia de determinare a costului pentru termoizolarea terasei

este dată la pct. 3.


NS = 20 ani






51

5. Izolarea termică a planşeului peste subsol cu 5 cm

polistiren expandat (P3-Pr)





zare: 3.423 kWh/an, respectiv 0,4 % din consumul de căldură propriu

clădirii nemodernizate.


RelaŃia de determinare a costului pentru termoizolarea

planşeului peste subsol este următoarea:

IZIZT V2,61S0,14C ⋅+⋅= [Euro]

în care:

SIZ = 356 m² reprezintă suprafaŃa planşeului care urmează a

fi termoizolat,

VIZ = 18,0 m³ reprezintă volumul termoizolaŃiei.


NS = 25 ani






52

6. Etanşarea rosturilor tâmplăriei exterioare (P4-E)








RelaŃia de determinare a costului pentru etanşarea rosturilor

este următoarea:

RT L48,2C ⋅= [Euro]

în care

LR = 3.020 m reprezintă lungimea totală a rosturilor care

se etanşează (în cazul ferestrelor exterioare-

interioare şi exterioare).


NS = 8 ani






53

7. Modernizarea energetică a tâmplăriei exterioare –

tâmplărie PVC cu geam termoizolant low-e

cu argon (P4-M)








RelaŃia de determinare a costului pentru modernizarea

tâmplăriei exterioare este următoarea:

TET S0,105C ⋅=

în care:

STE = 560,9 m² reprezintă suprafaŃa totală a tâmplăriei

exterioare,


NS = 15 ani






54

8. Termoizolarea conductelor de distribuŃie din subsolul –

instalaŃia de încălzire şi de apă caldă de consum (P5-I)







• Costul investiŃiei: 859,3 Euro, din care:

� Termoizolare conducte încălzire

3,92 x 165 = 646,8 Euro

� Termoizolare conducte acm

2,50 x 85 = 212,5 Euro


NS = 15 ani






55

9. Pachet de soluŃii P5-I + Modernizarea energetică a

instalaŃiei de încălzire interioară (P6-I)







• Costul investiŃiei: 9.734,3 Euro, din care:

� Contor de căldură

general – încălzire 772 Euro

� Termoizolare conducte

încălzire şi acm 859,3 Euro

� Spălare corpuri de încălzire

şi coloane 2 x 219 = 438,0 Euro

� Robinet sferă retur corp de

încălzire 4 x 219 = 876,0 Euro

� Ventil aerisire corp de încălzire 1 x 219 = 219,0 Euro

� Robinet cap termostatic pe

corp de încălzire 15 x 219 = 3.285,0 Euro

� Repartitor costuri evaporare

� pe corp de încălzire 15 x 219 = 3.285,0 Euro


NS = 15 ani






56

10. Pachet de soluŃii P5-I + Modernizarea energetică a

instalaŃiei de apă caldă de consum (P7-I)





zare: 163.1439kWh/an, respectiv 20,8 % din consumul de căldură


• Costul investiŃiei: 9.320,1 Euro, din care:

� Termoizolare conducte

încălzire şi acm 859,3 Euro

� Reparare instalaŃie

interioară acm 2 x 44 x 19,0 = 1.672,0 Euro

� Contor de căldură

general - acm 381,0 Euro

� Armături cu consum

redus de apă 3 x 44 x 27,55 = 3.636,6 Euro

� Debitmetre acm 2 x 45 x 30,79 = 2.771,1 Euro


NS = 15 ani






57

Ind

ice

con

sum

en

erg

ie t

erm

ica

încă

lzir

e ac

m

tota

l

Red

uce

rea

fact

uri

i în

călz

ire

Eco

no

mie

de

ener

gie

(i

nc+

acm

), E

N

r.

crt.

S

tad

iu /

So

luŃi

i m

od

ern

izar

e

(kW

h/m

²an)

(k

Wh/

m²a

n)

(kW

h/m

²an)

(%

) (M

Wh/

an)

0 A

ctu

al

151,

5 14

9,2

300,

7 -

-

1 P

1-P

11

6,2

149,

2 26

5,5

23,3

%

92,2

1

2 P

1-P

r 12

2,2

149,

2 27

1,4

19,4

%

76,7

0

3 P

2-P

14

6,1

149,

2 29

5,3

3,6

%

14,2

5

4 P

2-P

r 14

7,1

149,

2 29

6,3

2,9

%

11,6

3

5 P

3-P

r 15

0,2

149,

2 29

9,4

0,9

%

3,42

6 P

4-E

12

7,9

149,

2 27

7,1

15,6

%

61,7

0

7 P

4-M

10

4,1

149,

2 25

3,3

31,3

%

124,

02

8 P

5-I

149,

6 14

5,7

295,

3 1,

2%

14

,21

9 P

6-I

145,

5 14

5,7

291,

2 10

,7%

51

,79

10

P7-

I 14

9,6

88,6

23

8,2

1,2

%

163,

44

11

P T

ot1

(P

1-P

,

P4-

M, P

6-I,

P7-

I)

70,0

88

,5

158,

5 57

,1%

38

4,72

12

P T

ot2

(P T

ot1

+ P

2-P

) 64

,9

88,5

15

3,3

60,2

%

397,

21

57

58

Nr.

cr

t.

Sta

diu

/ S

olu

Ńii

mo

der

niz

. D

ura

ta d

e vi

aŃă,

NS

Du

rata

de

recu

per

are

a in

vest

iŃie

i, N

R

Co

stu

l en

erg

iei

eco

no

mis

ite,

e

[Eu

ro/k

Wh

]

Red

uce

rea

fact

uri

i en

erg

etic

e [%

]

Co

stu

l in

vest

iŃie

i, [E

uro

]

Co

stu

l sp

ecif

ic a

l in

vest

iŃie

i, [E

uro

/m²]

0 A

ctu

al

- -

- -

- -

1 P

1-P

20

10

,0

0,03

70

11,7

%

68.1

63

26,0

8

2 P

1-P

r 20

10

,6

0,03

98

9,8

%

61.0

55

23,3

6

3 P

2-P

20

11

,8

0,04

57

1,8

%

13.0

24

4,98

4 P

2-P

r 20

11

,3

0,04

30

1,5

%

10.0

15

3,83

5 P

3-P

r 25

20

,6

0,08

46

0,4

%

7.24

2 2,

77

6 P

4-E

8

2,5

0,01

81

7,9

%

8.91

3 3,

41

7 P

4-M

15

8,

1 0,

0377

15

,8%

70

.084

26

,82

8 P

5-I

15

1,3

0,00

48

1,8

%

1.02

2 0,

39

9 P

6-I

15

3,7

0,01

49

6,6

%

11.5

84

4,43

10

P7-

I 15

1,

2 0,

0045

20

,8%

11

.091

4,

24

11

P

To

t1

(P1-

P,

P4-

M, P

6-I,

P7-

I)

15

6,4

0,02

79

49,0

%

160.

922

61,5

8

12

P

To

t2

(P

To

t1

+

P2-

P)

15

6,6

0,02

92

50,5

%

173.

946

66,5

6

58

59

III. AMPRENTA ENERGETICĂ A CLĂDIRII – METODA MIXTĂ TEORETIC-OPERAłIONALĂ

III.1. Principii de definire şi elaborare

Pe baza valorilor înregistrate ale consumului de căldură al

unei clădiri corelate cu parametrii climatici, se poate determina aşa

numita „amprentă energetică a clădirii”. Se face observaŃia că

„amprenta energetică” este proprie unei clădiri caracterizată de un

grad de ocupare şi de o stare medie de confort termic, precizată prin

temperatura interioară rezultantă medie şi prin rata de ventilare

medie a clădirii – ambele admise ca invarianŃi funcŃionali ai clădirii.

În cazul în care atât ti cât şi na variază în limite strânse (± 10 %),

funcŃia ( )ekk tfQ = , în care „k” este indicatorul intervalului de mediere

a temperaturii exterioare (1, 2, ..., n zile), respectiv de înregistrare a

consumului de căldură, reprezintă o curbă univoc determinată.

Validarea amprentei energetice este una experimentală, în care

curba de corelare sus menŃionată este confirmată de mulŃimile

de valori }Q,t{ kek determinate printr-o metodă analitică (vezi

Constantinescu, D. ş.a. – PerformanŃa Energetică a Clădirilor Noi şi

Existente – fundamentare teoretică – ediŃie revizuită, cap. I...IV şi

IX). Odată parcursă această etapă, exclusiv pe baze teoretice (ex.

NP 048-2000, Mc 001/ 2006), se determină familii de curbe de

corelare de tipul funcŃiilor spline ani,ekk )tt(fQ = şi se generează un

catalog de curbe de tip „amprentă energetică”, fiecare familie fiind

proprie unei rate de ventilare constantă a clădirii. Utilizarea practică

a amprentei energetice este, teoretic, generatoare de erori deoarece

operaŃional se cunosc numai valorile consumului de căldură şi

parametrii climatici (temperatura exterioară mediată pe durata a

60

câtorva zile – minim 5 zile – consecutive). Nu se pot produce

informaŃii cu privire la aporturile de căldură şi la rata de ventilare, dar

nici cu privire la temperatura interioară rezultantă medie pe durata

de mediere menŃionată. Cunoaşterea valorilor Qk şi ekt implică

generarea unui punct de coordonate }Q,t{M kek , în oricare din

diagramele de tip amprentă energetică caracteristice unei clădiri.

Punctul }Q,t{M kek determină suplimentar valori probabile ale ti şi na,

dintre care numai unele sunt şi posibile.

În cazul clădirilor dotate cu încălzire centrală se suplimentează

datele măsurate cu valorile medii ale temperaturilor agentului termic

care generează cele două necunoscute, ti şi na, ale sistemului de

ecuaŃii reprezentat de bilanŃul termic al instalaŃiei şi al corpurilor de

încălzire asociat transferului de căldură prin elementele de anvelopă

adiacente mediului exterior natural şi construit (zona secundară).

Prin urmare se cunoaşte perechea posibilă de valori ti şi na care

determină punctul de funcŃionare al clădirii (anvelopă şi instalaŃie) în

intervalul de mediere. Utilitatea practică a amprentei energetice

constă în posibilitatea de transpunere a rezultatelor de tip mixt,

operaŃional-teoretic, în condiŃii de reprezentativitate climatică proprie

localităŃii în care se află clădirea. Practic, cu valorile ti şi na

determinate, se accesează diagrama proprie valorii na şi, în cadrul

acesteia, curba de ti egală cu cea determinată. Pornind de la

valoarea temperaturii exterioare medii multianuale k,med,et la

intersecŃia cu curba ti se citeşte pe ordonată o valoare k,medQ diferită

de valoarea determinată prin măsurări. Se compară cele două valori

Q şi din această comparaŃie se desprind concluzii cu privire la

regimul funcŃional al clădirii şi la eficienŃa soluŃiei de modernizare

energetică, dacă s-a aplicat o astfel de soluŃie. Un alt gen de analiză

vizează fixarea regimului funcŃional normal propriu confortului termic

şi compararea valorii k,0Q cu consumurile k,medQ , respectiv Qk. Prin

61

urmare metoda „amprentei energetice” se reduce la validarea

corelaŃiei de tip ( )ekk tfQ = şi apoi la interpretarea eficienŃei

energetice reale prin raportare la valori efectiv măsurate ale

parametrilor termodinamici intensivi (temperaturi) şi extensivi (debite

de căldură). În cele ce urmează se prezintă determinarea şi

validarea experimentală a amprentei energetice a clădirii CE

INCERC Bucureşti.

III.2. Determinarea şi validarea amprentei energetice

Măsurările s-au desfăşurat în sezonul rece 2008-2009,

începând din luna septembrie 2008 până la finele lunii martie 2009.

Clădirea funcŃionează în regim de termostatare a microclimatului.

Temperatura de tur a agentului termic la nivelul sursei de căldură a

fost fixată la valoarea de 45°C, iar reglajul furnizării căldurii se face

pentru fiecare încăpere încălzită la nivelul robinetelor cu cap

termostatic prin reducerea debitului de agent termic vehiculat prin

corpurile de încălzire. Elementele mobile (ferestre, uşi) nu se

deschid, iar ventilarea se asigură în regim de debit constant de aer

G = 102,9 m3 / h pe durata de 24 h / zi. Au fost selectate 153 de zile

formate din secvenŃe de minim 5 zile consecutive (intervalul cu

durata cea mai mică, la finalul lunii septembrie 2008). Datele

măsurate continuu (temperaturi şi intensităŃi ale radiaŃiei solare) au

fost prelucrate sub forma mediilor zilnice şi specifice intervalelor

lunare. Valorile înregistrate la intervale de 5 min. au fost mediate pe

intervale de 1 h şi apoi au fost prelucrate sub forma mediilor zilnice

pentru temperaturi, puterea electrică şi debitul de agent termic, iar

consumul de energie electrică a fost integrat pe perioada fiecărei zile

din intervalele considerate. Prelucrarea datelor măsurate se axează

62

pe determinarea valorilor medii zilnice şi lunare (sau intervale

sublunare mai lungi de 5 zile consecutive) ale parametrilor

determinanŃi, respectiv: te, taer.int., taer sera, t Perete captator, consumul

căldură [kWh / lună], debit aer seră [m3 / h], intensitatea radiaŃiei

solare. Valorile de prezintă în tabelul III.1.

Tabelul III.1.

Parametri măsuraŃi în clădirea experimentală

(sezon 2008-2009)

Luna

/ pe

r.

Nr zile/ luna

Q.mas. [kWh/ per.]

temp. ext.

tPE abs. măs.

tVENT măs

temp aer int.

IT-oriz [W/m²]

Id-oriz

[W/m²]

IT-S [W/m²]

IX 5 72,8 13,7 21,6 21,1 23,4 105,4 67,8 86,4

X 9 43,3 16,0 27,9 27,2 23,8 134,8 56,0 136,1

XI 23 916,4 5,1 14,3 13,5 23,1 57,3 32,0 82,0

XII 31 1.489,1 3,2 10,2 9,7 22,8 34,6 19,4 55,1

I 31 1.705,1 0,7 8,7 8,1 22,5 44,8 25,3 68,3

II 28 1.283,5 3,8 13,9 13,1 22,7 78,7 45,7 87,8

III 26 843,0 8,4 21,0 20,3 23,2 147,8 73,9 128,9

TOTAL Medie

6353,20 5,6

Valorile consumului de energie electrică pentru încălzire,

integrate pe perioade de timp de 1 zi, 5 zile şi respectiv 7 zile

consecutive, au fost corelate cu temperatura exterioară medie

caracteristică perioadei de analiză şi rezultatele se prezintă în

fig. III.1, III.2 şi III.3.

63

Fig. III.1. Consum de energie electrică pentru încălzire DE [kWh / zi] –

valori medii zilnice (01.09.2008-29.03.2009)

Fig. III.2. Consum mediu zilnic de energie electrică pentru încălzire

DE [kWh/zi] – valori medii pe 5 zile consecutive (01.09.2008-29.03.2009)

64

Fig. III.3. Consum mediu zilnic de energie electrică pentru încălzire

DE [kWh/zi] – valori medii pe 7 zile consecutive (01.09.2008-29.03.2009)

Curbele obŃinute prin interpolarea valorilor consumului de

căldură pentru încălzire, în funcŃie de temperatura exterioară medie,

pot constitui, în anumite condiŃii, amprente energetice ale clădirii.

Valorile astfel obŃinute sunt specifice regimului termic realizat în

clădirea experimentală pe perioada efectuării măsurărilor, respectiv

cu realizarea unei temperaturi interioare a aerului foarte apropiată de

valoarea de confort termic în sezonul rece, debit de aer pentru

ventilare şi aporturi de căldură reduse.

Având în vedere gradul relativ redus de corelare obŃinut pentru

curba de interpolare pentru valorile medii zilnice, datorat în primul

rând faptului că pentru durate de 24 h nu se poate vorbi de regim

termic staŃionar de transfer de căldură, curba din fig. III.1 nu poate

avea semnificaŃia de „amprentă energetică” pentru anvelopa clădirii

experimentale. Practic variaŃii zilnice ale temperaturii exterioare sunt

resimŃite la nivelul consumului de căldură în zilele următoare datorită

65

defazajului specific elementelor de construcŃie masive (pereŃi

exteriori opaci, placă pe sol).

Având în vedere durata minimă a intervalului de mediere a

valorilor măsurate pentru care se poate considera regim termic

staŃionar de transfer de căldură de cca. 5-7 zile consecutive, curbele

din fig. III.2 şi III.3 se pot constitui în amprente energetice ale clădirii,

pentru încălzirea spaŃiilor, influenŃate de condiŃiile de ocupare şi

utilizare a spaŃiilor încălzite (cu referire, în principal, la aporturile de

căldură şi la debitul de ventilare). Curba din fig. III.3 oferă un grad de

corelare mai bun rezultând un grad de încredere superior curbei din

fig. III.2.

Curba de consum de căldură pentru încălzire în funcŃie de

temperatura exterioară medie, pentru perioade de 7 zile consecutive,

este următoarea:

56,24166t2,39345t0,05087Q e2ezi +⋅−⋅−= , [kWh / zi]

(III.1)

(R2 = 0,964)

Curba de consum de energie al clădirii reprezentată de relaŃia

de mai sus este specifică condiŃiilor în care s-au desfăşurat

măsurările, respectiv neocuparea spaŃiilor încălzite (aporturi interne

reduse, cca. 3 W / m²) şi număr de schimburi de aer de circa

0,6 sch / h. Prin urmare, dacă se doreşte obŃinerea unei amprente

energetice „obiective”, caracteristică unor condiŃii normale de

exploatare a clădirii, curba de regresie a consumului în funcŃie de

temperatura exterioară (III.1) trebuie modificată prin utilizarea

valorilor de referinŃă ale aporturilor de căldură din surse interne

(ocupanŃi, aparate electrocasnice, prepararea hranei etc.) de cca.

8 W / m², respectiv ale numărului de schimburi de aer necesar

pentru asigurarea confortului fiziologic, de 0,5-0,6 sch / h.

66

Astfel, consumul mediu zilnic de căldură pentru încălzire se

scrie, pentru perioade de minim 7 zile consecutive pentru care se

cunosc temperaturile interioare medii )M(at şi exterioare medii )M(

et ,

conform relaŃiei următoare:

( ) ( )

⋅−−⋅⋅⋅+−⋅

⋅= înc

)M(e

)M(aînca

)M(e

)M(i

C

)M(zi SattVn334,0tt

R

S024,0Q

(III.2) în care:

CR

S

este caracteristica termică a anvelopei clădirii [W/K],

încV = 167,8 m³ este volumul încălzit al clădirii,

încS = 59,96 m² este suprafaŃa utilă a spaŃiului încălzit al clădirii.

Valorile temperaturilor interioare rezultante, )M(it , pot fi calcu-

late în funcŃie de temperaturile aerului interior şi de temperaturile

exterioare cu relaŃia:

[ ])M(e

)M(a1

)M(e

)M(i ttBtt −⋅+= (III.3)

Coeficientul B1 se determină în funcŃie de caracteristicile geo-

metrice şi termotehnice ale clădirii şi pentru clădirea experimentală

poate fi considerat la valoarea 1,07.

Prin urmare, cu valorile )M(ziQ cunoscute din relaŃia (III.1), din

relaŃia de definire a consumului de căldură zilnic, se determină

caracteristica termică a anvelopei clădii experimentale (procedura de

identificare a caracteristicii de transfer de căldură):

)tt(

Sa)tt(Vn334,0024,0

Q

R

S

)M(e

)M(i

înc)M(

e)M(

aînca

)M(zi

C −

⋅+−⋅⋅⋅−

=

(III.4)

67

Pentru întreaga perioadă de măsurări valorile caracteristicii

termice a anvelopei clădirii se prezintă în tabelul III.2. Rezultă

valoarea medie K/W48,80R

S

C

=

şi abaterea medie pătratică a

valorilor calculate în raport cu valoarea medie 0106,0=σ .

Tabel III.2.

Caracteristica termică medie a anvelopei clădirii

Per Qzi (M)

[kWh/zi]

te

[°C]

tac (M)

[°C]

Qe(te)

[kWh/zi]

tic med

[°C]

(S/R)e

[W/K]

1 33,6 6,7 24,73 38,01 22,28 76,83

2 39,4 5,9 24,73 40,27 21,99 79,47

3 44,4 3,1 24,71 48,21 21,65 82,01

4 44,2 5,5 24,63 41,41 21,74 81,40

5 42,2 4,9 24,53 43,36 21,75 81,49

6 48,8 4,5 24,44 44,58 21,57 82,80

7 42,4 5,7 24,42 41,07 21,78 81,11

8 64,9 – 4,0 24,38 65,07 20,64 80,86

9 57,7 0,3 24,38 55,43 21,00 84,22

10 44,9 5,6 24,40 41,28 21,54 82,87

11 46,7 3,7 24,44 46,60 21,39 83,91

12 37,8 7,7 24,48 34,80 21,90 78,61

13 42,7 3,2 24,52 47,95 21,51 82,94

14 53,1 1,7 24,45 51,93 21,17 84,34

15 45,6 3,8 24,38 46,33 21,53 82,97

16 31,5 9,1 24,32 30,18 22,29 73,00

17 35,3 7,0 24,26 37,14 22,07 78,12

18 27,9 9,3 24,22 29,59 22,39 71,77

68

Amprenta energetică se determină ca funcŃie obiectivă a

clădirii experimentale Ńinând seama de valorile normale ale tempe-

raturii interioare rezultante ti = 20°C, ale ratei ventilării na = 0,5 sch/h

şi ale fluxului datorat aporturilor interne, a = 8 W/m² şi este reprezen-

tată în fig. III.4 sub forma consumului mediu zilnic de energie pentru

încălzire, respectiv în fig. III.5 sub forma fluxului termic mediu

necesar la nivelul sursei de energie pentru încălzirea spaŃiilor.

Curbele determinate experimental în sezonul 2008-2009

pentru clădirea dotată cu spaŃiu solar sunt reprezentate alături de

curbele determinate în sezonul de încălzire 2004-2005 (imediat după

punerea în funcŃiune a spaŃiului solar), respectiv alături de amprentele

energetice ale clădirii modernizate energetic (termoizolare pereŃi

exteriori şi acoperiş, dotare cu ferestre cu geam termoizolant

şi modernizare instalaŃie de încălzire interioară), determinate în

sezonul 2003-2004.

În graficul din fig. III.6 se prezintă funcŃia reprezentând

amprenta energetică a clădirii determinată din măsurări alături de

valorile medii lunare rezultate din calculul bazat pe metoda conŃinută

în NP 048-2000. Se constată o apropiere semnificativă între carac-

teristica determinată experimental şi valorile determinate teoretic,

ceea ce se constituie în validare experimentală a „amprentei

energetice” a CE INCERC Bucureşti. Facem observaŃia că metoda

este aplicabilă în cazul clădirilor dotate cu sisteme de încălzire

centrală dotate cu echipament de monitorizare a parametrilor

funcŃionali şi de contorizare a căldurii, independent pentru funcŃiunea

de încălzire a spaŃiilor şi independent pentru funcŃiunea de consum

al apei calde.

69

y =

-0,0

499x

2-

2,58

74x

+ 42

,962

2

01020304050607080

-10

-50

510

1520

Co

nsu

m

[kW

h/z

i]

te [°

C]

Qc

(200

4-2

005)

[kW

h]

Pol

y. (Q

c (2

008-

2009

) [kW

h])

Pol

y. (Q

c (2

003-

2004

) [kW

h])

Fig. III.4. Amprenta energetică a clădirii experimentale – Qzi [kWh/zi] –

pentru perioade de minim 7 zile consecutive

(consum de căldură mediu zilnic)

Qc

(200

8-20

09)

[kW

h/z

i]

Qc

(200

8-20

09)

[kW

h/z

i]

Qc

(200

3-20

04)

[kW

h/z

i]

70

y =

-2,0

782x

2-

107,

8102

x +

1.79

0,09

35

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-10

-50

510

1520

Flu

xm

ediu

[W]

te [°

C]

Qc

(200

4-2

005)

[kW

h]

Pol

y. (Q

c (2

008-

2009

) [kW

h])

Pol

y. (Q

c (2

003-

2004

) [kW

h])

Fig. III.5. Amprenta energetică a clădirii experimentale –

Qzi [kWh/zi] – pentru perioade de minim 7 zile consecutive

(flux termic mediu)

Qc

(200

8-20

09)

[W]

Qc

(200

8-20

09)

[W]

Qc

(200

3-20

04)

[W]

71

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-10

-50

510

1520

Flux

med

iu

[W]

te [°

C]

Con

sum

NP

048-

2000

Pol

y. (Q

c (2

008-

2009

) [kW

h])

Fig. III.6. Amprenta energetică a clădirii experimentale

CE INCERC Bucureşti şi valori calculate conform NP 048-2000

Con

sum

NP

048

-200

0

Qc

(200

8-20

09)

[W]

72

IV. EVALUAREA PERFORMANłEI ENERGETICE A SISTEMULUI SPAłIU SOLAR CU CIRCULAłIE CONTROLATĂ A AERULUI – FUNDAMENTARE TEORETICĂ ŞI VALIDARE EXPERIMETALĂ

IV.1. Modelul matematic cu pas orar

Suportul analizei îl reprezintă clădirea experimentală

amenajată în incinta INCERC, care este dotată cu spaŃiu solar

ventilat. FuncŃiunea spaŃiului solar în realizarea confortului termic al

spaŃiului ocupat este una reversibilă. Practic, în sezonul cald este

extras aer din spaŃiul ocupat şi evacuat în exterior, ceea ce permite

ventilarea naturală a incintelor prin preluarea aerului din exterior, iar

în sezonul rece substituie integral funcŃiunea de introducere a aerului

proaspăt în spaŃiul ocupat prin introducerea forŃată a aerului

preîncălzit în spaŃiu ocupat. FuncŃiunea de preîncălzire este preluată

atât de elementul de captare a radiaŃiei solare (perete cu grosimea

de 0,20 m, confecŃionat din beton armat), cât şi de vitrajul triplu şi

selectiv al serei captatoare. CirculaŃia aerului este asigurată de două

ventilatoare care asigură constant un debit de aer corespunzător

asigurării ratei de ventilare de 0,6 sch / h, proprie clădirii de locuit,

corect alimentată cu aer proaspăt. Aerul preluat în totalitate din

exterior, cu temperatura te (τ), străbate pe înălŃime spaŃiul serei

captatoare şi este introdus în spaŃiul locuit cu temperatura tss (τ) >

> te (τ). Practic spaŃiul solar preia o parte din cantitatea de căldură

care trebuie să fie furnizată aerului proaspăt pentru a fi adus la

temperatura de confort a aerului interior, ta (τ), dar în multe ore din

sezonul rece asigură şi parŃial sau integral încălzirea spaŃiului

73

înlocuind sursa convenŃională de încălzire. Experimentul de lungă

durată (începând din anul 2005) relevă funcŃia importantă a spaŃiului

solar la reducerea necesarului de căldură (cca. 30 %), corelată cu

gradul ridicat de protecŃie termică a clădirii. SpaŃiul solar devine

astfel o componentă activ-pasivă (mixtă) de utilizare eficientă a

radiaŃiei solare în scop dublu de ventilare, dar şi de reducere a

consumului de căldură / frig al clădirii.

Din punct de vedere al cuantificării răspunsului termic al

spaŃiului solar prezintă interes cunoaşterea variaŃiei temperaturii

aerului preîncălzit / cald introdus în spaŃiul ocupat, fluxul termic

caracteristic suprafeŃei interioare a elementului captator, precum şi

reducerea consumului energetic pe durate lungi (săptămână, lună,

sezon) din sezonul rece. Aceşti parametri permit dimensionarea

corectă şi eficientă economic a sistemului spaŃiu solar. Subliniem

faptul că spaŃiul solar asigură într-o proporŃie semnificativă necesarul

de apă caldă în sezonul cald prin simpla amplasare a unei suprafeŃe

captatoare în zona peretelui captator.

SpaŃiul solar are funcŃia de anvelopă orientată Sud pentru

CE INCERC Bucureşti. Modelarea proceselor de transfer de căldură,

cu pas orar, implică modelarea şi validarea preliminară a răspunsului

termic al spaŃiului solar ventilat. PrezenŃa unei dotări de tip spaŃiu

solar ventilat implică, în faza proiectării clădirii, simularea răspunsului

termic al spaŃiului solar în sezonul rece care este posibilă exclusiv

prin modelarea cu pas orar. Modelarea cu pas lunar, ca şi în cazul

răcirii spaŃiilor, se dovedeşte a fi o procedură neindicată ca urmare a

variaŃiei semnificative, pe ciclul diurn, a temperaturii exterioare

virtuale, proprie mediului exterior adiacent spaŃiului solar.

VariaŃia câmpului de temperaturi semnificative la nivelul

spaŃiului solar relevă următoarele funcŃii:

– t (x, y, τ) – temperatura aerului din sera captatoare,

în care coordonatele x şi y semnifică înălŃimea, respectiv

adâncimea serei. Deschiderea serei se poate considera ca

74

neproducând perturbaŃii ale câmpului de temperaturi ale

aerului atât timp cât introducerea aerului exterior se realizează

relativ uniform şi nu punctual;

– ϑ (x, τ) – temperatura în interiorul peretelui captator

care se poate considera de tip unidimensional ca urmare a

conductivităŃii termice a materialului din care este confecŃionat

elementul de captare, respectiv betonul armat cu valoarea

λ = 1,74 W / m ⋅ K.

Cele de mai sus reprezintă principalele ipoteze simplificatoare

pe care se bazează modelul matematic. În ceea ce priveşte

temperatura aerului din seră, variaŃia sa pe adâncimea serei nu este

semnificativă ca urmare a concentrării transferului de căldură în zona

stratului limită din vecinătatea celor două frontiere: peretele captator,

respectiv vitrajul. În consecinŃă modelul de simulare adecvat este cel

propriu volumului de control dezvoltat pe adâncimea serei,

caracterizat de temperatura medie a aerului în raport cu cota y. În

ceea ce priveşte frontiera semnificativă din punct de vedere termic,

peretele captator al radiaŃiei solare, modelul cel mai adecvat este cel

al temperaturii uniforme pe suprafaŃă, cu referire la distribuŃia

temperaturilor pe înălŃime. Subliniem faptul că această ipoteză este

susŃinută de intensitatea relativ redusă a transferului de căldură

dintre suprafaŃa absorbantă a radiaŃiei solare către aer şi către

suprafaŃa vitrată.

Având în vedere cele de mai sus rezultă că modelul de

simulare constă în următoarele ecuaŃii de bilanŃ termic:

• ecuaŃia de transfer de căldură unidimensional prin

conducŃie prin peretele captator cu soluŃia ϑ (x, τ):

– ecuaŃia se rezolvă în raport cu condiŃiile de

unicitate, respectiv condiŃia iniŃială ϑ (x, τ = 0) care va fi

reprezentată de o valoare arbitrară ϑ0, dată fiind proprie-

75

tatea de ergodicitate a ecuaŃiei parabolice a căldurii, şi

condiŃiile la limită care exprimă continuitatea fluxului

termic la frontierele elementului de captare exprimată prin

condiŃia la limită de speŃa a III-a;

• ecuaŃia de bilanŃ termic global al aerului din seră pe

volumul de control desemnat de adâncimea, înălŃimea şi

deschiderea serei, cu soluŃia t (τ);

• ecuaŃia de bilanŃ termic a suprafeŃei vitrate cu soluŃia

ϑv (τ).

În fig. IV.1 se prezintă schema de calcul.

Fig. IV.1. Schema de calcul al spaŃiului solar ventilat

76

a. EcuaŃia de bilanŃ termic al aerului din seră:

)]()([)()](),([)( τ−τ⋅α+τ=τ−τ∆=ϑ⋅α+τ vcvcpcvec ttStGtxStG

(IV.1)

EcuaŃia (VI.1) este scrisă în ipoteza simplificatoare a

incompresibilităŃii aerului.

b. EcuaŃia de bilanŃ termic al vitrajului

v1

vevvvcvpvpr SRttSttStx ⋅′⋅τ−τ=⋅τ−τ⋅α+⋅τ−τ∆=ϑ⋅α −)]()([)]()([)](),([

(IV.2)

din care rezultă expresia temperaturii aerului t (τ) în funcŃie de

temperaturile conturului termodinamic al volumului de control şi de

temperatura exterioară:

)(tA)(tA),x(A)(t e3v2p1 τ+τ+τ∆=ϑ=τ (IV.3)

Introdusă în ecuaŃia de bilanŃ (IV.1) relaŃia (IV.3) determină

expresia temperaturii suprafeŃei vitrajului serei:

)(),()( τ+τ∆=ϑ=τ e2p1v tBxBt (IV.4)

Prelucrarea ecuaŃiilor (IV.3) şi (IV.4) generează:

)(),()( τ+τ∆=ϑ=τ e2p1 tCxCt (IV.5)

c. CondiŃia la limită de speŃa a III-a la cota x = ∆ conduce la

ecuaŃia de bilanŃ termic:

=⋅τ⋅−+τ⋅τα+⋅∂

τϑ∂⋅λ−

∆=

vdsTsp

x

S)](I)C1()(IC[)(Sx

),x(&

)](t),x([S)](t),x([S vpprppcv τ−τ∆=ϑ⋅α+τ−τ∆=ϑ⋅α=

(IV.6)

77

Se notează β=p

v

SS

.

Prelucrarea ecuaŃiei (IV.6) conduce la relaŃia:

)](),([)]()([),(

τ−τ∆=ϑ⋅−⋅α+−⋅α=∂

τϑ∂⋅λ−

∆=Esp1r1cv

x

p txB1C1x

x

(IV.7)

în care temperatura exterioară echivalentă are expresia:

τ+τ⋅

α+αβτα

⋅−⋅α+−⋅α

α+α=τ )()(

)()()( e

2r2cv1r1cv

2r2cvEs tI

BCB1C1BC

t&

(IV.8)

cu:

)()()()( τ⋅−+τ=τ dsts Ic1IcI

RelaŃia (IV.7) reprezintă condiŃia la limită de speŃa a III-a la

cota x = ∆.

d. CondiŃia la limită de speŃa a III-a la cota la cota x = 0 se

exprimă prin relaŃia:

)],()([),(

τ=ϑ−τ⋅α=∂

τϑ∂⋅λ−

=

0xtx

xpii

0x

p (IV.9)

Cu notaŃiile:

)()( 1r1cve B1C1 −⋅α+−⋅α=α& ; iα& =mmi

1∑

λδ

+α

(IV.10)

în care „m” – indice pentru straturile din componenŃa elementului de

captare a radiaŃiei solare altele decât peretele captator confecŃionat

din beton armat; cele două condiŃii la limită devin:

78

τ−τ∆=ϑ⋅α=∂

τϑ∂⋅λ−

τ=ϑ−τ⋅α=∂

τϑ∂⋅λ−

∆=

=

)](),([),(

)],()([),(

Espex

p

pii0x

p

txx

x

0xtx

x

&

&

şi se asociază ecuaŃiei parabolice a căldurii cu referire la structura

peretelui captator.

O rezolvare acceptabilă a problemei transferului căldurii prin

elementul de captare a radiaŃiei solare se poate obŃine utilizând

ecuaŃia integrală a căldurii. Intensitatea transferului de căldură la

cota x = 0 (adiacentă spaŃiului ocupat) se determină cu relaŃia:

+−τ⋅+τ⋅=τ=τ= ]1)M([expM

N)M(exp)0(q),0x(q 1

1

11ii

)]M1()M([expM

N11

2

2 τ+−τ⋅+ (IV.12)

Expresia temperaturii peretelui captator la cota x = ∆,

ϑp (x = ∆, τ) se determină cu relaŃia:

−τ⋅+

+⋅+=τ=ϑ

−

)(RqBin

)Bi1(Bi1),1x( i

e

1ie

p &

)Bi1()(Rq)](t)(t[Bin

Bi 1iiEsi

e

e −+⋅τ−τ−τ⋅+

− (IV.13)

în care ∆

=x

x& .

(IV.9)

(IV.11)

79

S-au utilizat notaŃiile:

−−+++⋅+

=+⋅

⋅∆=

++=

+++⋅

⋅∆=

−−

−

1i

e

1iee

e2

3

e

e

2e

1ie

2

1

Bi500Binn1Bi1Bi1

NumNum

BinBina

M

NumBinn1

Bi

MNum

BinBi1Bi1na

M

,)()(

)(;

)()(;

)]([

(IV.14)

Grosimea ∆ a elementului de captare, precum şi difuzivitatea

termică „a“ se determină prin procedura de generare a structurii

omogene echivalente.

τ∆

−⋅=

−⋅+

τ∆

−⋅−=

−

−

−

1jj

1j0

1jj

EE32

Ei3EE

21

ttMN

)tt(Mtt

MN

(IV.15)

RelaŃiile (IV.12) şi (IV.13) sunt aplicabile prin procedura de

recurenŃă pe intervale de timp finite (orare) ∆τ. Indicativul „j“

desemnează intervalul de calcul curent, iar „j – 1“ intervalul anterior

decalat cu ∆τ. Temperatura medie a aerului din volumul de control se

determină cu relaŃia (IV.15), în funcŃie de valoarea ϑp (x = ∆, τ),

determinată cu relaŃia (IV.13), şi de temperatura exterioară te (τ). VariaŃia temperaturii aerului pe înălŃimea volumului de control (a

serei captatoare) se poate exprima prin relaŃia:

)]ay(exp1[)](t),x([)(t),y(t epe −−⋅τ−τ∆=ϑ+τ=τ (IV.16)

80

Expresia temperaturii medii pe înălŃimea serei permite

identificarea coeficientului „a“:

aH

)aH(exp11

)(t),x(

)(t)(t

ep

e −−−=

τ−τ∆=ϑ

τ−τ 1) (IV.17)

în care t (τ) se determină la fiecare moment τ cu relaŃia (IV.5).

CondiŃia de consistenŃă a metodei este ca valoarea a = ct. la

orice moment τ. Cu aceasta se determină valoarea temperaturii aerului refulat

în spaŃiul ocupat, la fiecare moment τ:

)](),([)(),()( τ−τ∆=ϑ⋅+τ=τ==τ− txaHtHytt petas (IV.18)

IV.2. Validarea experimentală a modelului matematic pe suportul spaŃiului solar al CE INCERC Bucureşti – iarna 2008-2009

Experimentul s-a desfăşurat în sezonul rece 2008-2009, timp

în care spaŃiul solar a funcŃionat contribuind la asigurarea cotei de

aer proaspăt a CE INCERC Bucureşti.

Cele două ventilatoare care refulează aer proaspăt preîncălzit

în sera spaŃiului solar sunt caracterizate de debitele volumice de

44,5 m3 / h şi 57,6 m3 / h, în total 102,1 m3 / h. În raport cu volumul

total al clădirii de 167,8 m3, debitul menŃionat reprezintă 0,61 sch / h.

1) )(),(

)(),(

τ−τ∆=ϑ

τ−τ∆=ϑ=Φ

ep

p

tx

tx , aH

aH1 )(exp −−=Φ

81

S-au selectat următoarele intervale de validare:

1) 01.10.2008-10.10.2008 – 15 zile (232 ore)

2) 15.11.2008-25.12.2008 – 41 zile (976 ore)

3) 13.01.2009-04.03.2009 – 51 zile (1217 ore)

în total 107 zile (2.425 ore), interval semnificativ pentru validarea

metodei de calcul.

Indicatorii de validare utilizaŃi includ pe lângă analiza diferen-

Ńelor orare dintre temperatura aerului refulat, măsurată, tas-m (τ) şi

temperatura aerului refulat, determinată prin calcul tas-t (τ), diferenŃele

pe intervalele menŃionate între performanŃa energetică a spaŃiului

solar determinată teoretic şi cea calculată pe baza debitului de aer

vehiculat şi a diferenŃei de entalpii proprii aerului, ambele rezultate

din măsurări:

)]()([)( tttGcQ easpavss −τ⋅=τ (IV.19)

O particularitate a soluŃiei ecuaŃiei integrale a căldurii este

reprezentată de determinarea cu caracter de identificare a exponen-

tului „n“ propriu funcŃiei spline care descrie variaŃia spaŃială a

temperaturii pe grosimea peretelui captator opac. Validarea

presupune ca pe toate intervalele suport să se menŃină aceeaşi

valoare „n“. Valoarea „n“ nu influenŃează rezultatul din punct de

vedere al performanŃei energetice. Singura influenŃă se resimte

asupra amplitudinii oscilaŃiei temperaturii aerului refulat din spaŃiul

solar în sensul că valori n > 2,5 reduc sensibil amplitudinea oscilaŃiei

temperaturii aerului.

1. Valoarea optimă aferentă primului interval este n = 0,65.

Fenomenul fiind acelaşi şi celelalte intervale de timp trebuie să

conducă teoretic la acelaşi rezultat. În graficul din fig. IV.2 se

prezintă funcŃia:

82

)())((

nftt

as

as =τσ

(IV.20)

în care ))(( τσ ast reprezintă abaterea medie pătratică a valorilor orare

ale temperaturii aerului la cota y = H, în jurul valorii medii, şi care

atestă valoarea n = 0,65 ca valoare optimă. Pentru intervalul de timp

analizat ecuaŃia (IV.17) conduce la valoarea aH = 3,106, valoare

care trebuie confirmată în celelalte intervale analizate. Din punct de vedere al criteriului PerformanŃă Energetică

valorile specifice sunt de 3,66 kWh / m2 (conform măsurărilor),

respectiv 3,92 kWh / m2 (conform modelului teoretic), ceea ce

generează o abatere globală de 7,26 %, pe care o considerăm

acceptabilă.

În graficul din fig. IV.3 se prezintă variaŃiile orare tas-t (τ),

tas-m (τ), te (τ) pentru intervalul analizat. Prin mediere rezultă

C128t tas °=− , , C327t mas °=− , .

2. Cel de al doilea interval cuprins între 14.11.2008 –

25.12.2008 atestă menŃinerea valorii aH = 3,106 şi realizarea valorii

n = 0,60. În graficul din fig. IV.4 se prezintă variaŃia funcŃiei f (n)

(IV.20), din care rezultă n = 0,60.

Din punct de vedere al performanŃei energetice valorile

specifice sunt de 9,53 kWh / m2, respectiv 9,83 kWh / m2, ceea ce

generează o abatere globală pe interval de 3,16 % care atestă

valabilitatea modelului de calcul.

În graficul din fig. IV.5 se prezintă valorile orare tas-t (τ), tas-m (τ)

pentru intervalul analizat. Prin mediere rezultă: C711t tas °=− , ,

C511t mas °=− , .

83

Fig. IV.2. Determinarea valorii exponentului „n" –

interval 01.10.2008-10.10.2008

0,00

575

0,00

5875

0,00

6

0,00

6125

0,00

625

0,00

6375

0,00

65

0,00

6625

0,00

675 0,

20,

250,

30,

350,

40,

450,

50,

550,

60,

650,

70,

750,

80,

850,

90,

951

n

ab.med.patratica/temp.medie.teor. [ - ]

84

Fig. IV.3. Temperaturi caracteristice funcŃionării spaŃiului solar ventilat –

01.10.2008-10.10.2008 (232 ore) CE INCERC Bucureşti

610141822263034384246

010

2030

4050

6070

8090

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

mo

men

tul [

h]

t.vent.m, t.vent.t, te [°C]te t-

vent

.m [°

C]

t-ve

nt.t

[°C

]

85


interval 15.11.2009-25.12.2008

0,00

527

0,00

528

0,00

529

0,00

53

0,00

531

0,00

532

0,00

533

0,00

534

0,00

535

0,00

536

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

n

ab.med.patratica./temp.medie.teor.[ - ]

86


15.11.2008-25.12.2008 (976 ore) CE INCERC Bucureşti

(97

6 o

re)

CE

INC

ER

C B

ucu

rest

i.

-4-2024681012141618202224262830

048

9614

419

224

028

833

638

443

248

052

857

662

467

272

076

881

686

491

296

0

mo

men

tul [

h]

t.vent.m, t.vent.t, te [°C]t-

vent

.m [°

C]

t-ve

nt.t

[°C

]

te [°

C]

87

3. Cel de al treilea caz se caracterizează prin valorile n = 0,55,

aH = 3,106, 2m m/kWh26,15q = , 2

t mkWh8415q /,= , %,633=ε ,

ceea ce reprezintă o validare sigură. Valorile C5,12t tas °=− şi

C2,12t mas °=− atestă, la rândul lor, estimarea foarte bună prin

modelul teoretic.

În graficul din fig. IV.6 se prezintă f (n), iar în graficul din

fig. IV.7 valorile tas-t (τ), tas-m (τ), te (τ).


interval 13.01.2009-04.03.2009

0,00

768

0,00

769

0,00

77

0,00

771

0,00

772

0,00

773

0,00

774

0,00

775

0,00

776

0,00

777

0,00

778

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

n

ab.med.patratica/temp.med.teoretica [ - ]

88


13.01.2009-04.03.2009 (1217 ore), CE INCERC Bucureşti

-8-40481216202428323640

010

020

030

040

050

060

070

080

090

010

0011

0012

00

mo

men

tul [

h]

t.vent.m, t.vent.t, te [°C]

te t-ve

nt.m

[°C

]

t-ve

nt.t

[°C

]

89

Din analiza prezentată rezultă că modelul de calcul orar al

temperaturii aerului refulat în spaŃiul ocupat oferă rezultate care

permit includerea în algoritmul de calcul al răspunsului termic al

ansamblului clădirii, cu condiŃia utilizării valorii medii n = 0,62 (medie

ponderată cu duratele intervalelor de măsurare) şi a coeficienŃilor de

însorire rezultaŃi din analiza însoririi suprafeŃei captatoare a radiaŃiei

solare – obstacole naturale şi artificiale – şi din raportul de vitrare al

suprafeŃei frontale a serei captatoare.

IV.3. Sinteză metodologică alternativă

Aceasta implică tratarea elementului de captare a radiaŃiei

solare sub forma unei plăci pane omogene cu caracteristici

geometrice şi termofizice de material care se determină după cum

urmează:

1. Determinarea structurii omogene echivalente a elementului de captare a radiaŃiei solare

1.1. Elementul real – structură, proprietăŃi termofizice, rezistenŃă

termică (notarea straturilor se face de la interior la exterior)

Tabelul IV.1

Materialul Grosimea [m] λλλλ [W / mK] ρρρρ [kg / m3] c [J / kgK] a [m3 / s]

Mat. 1 δ1 λ1 ρ1 C1 a1

Mat. 2 δ2 λ2 ρ2 C2 a2

Mat. 2 δ2 λ3 ρ3 C3 a3

... ... ... ... ... ...

Mat. n – 1 δn – 1 λn – 1 ρn – 1 Cn – 1 an – 1

Mat. n δn λn ρn Cn an

90

1.2. Determinarea valorii αi

E

TRrcvi S

SF ⋅α+α=α ; )(,

iPR N620F −⋅=

1.3. Se determină valoarea eα& cu relaŃia (IV.10)

1.4. RezistenŃa termică (se exclud punŃile termice)

∑=

λ

δ+

α+

α=

n

1kkei

11R

&

1.5. Se aleg valori arbitrare ale densităŃii şi căldurii specifice

masice ale materialului unic (M), ρM şi cM.

1.6. Se determină conductivitatea termică echivalentă λM:

2

kk

k

kMMk

k

Mca

λ

δρ

δ

=λ

∑

∑

1.7. Se determină grosimea structurii omogene echivalente,

pe fiecare strat în parte:

500

MM

kk

k

MkM c

ck

,

ρρ

⋅λλ

⋅δ=δ

1.8. Se determină grosimea totală echivalentă:

∑δ=δk

MM k

91

1.9. Se determină difuzivitatea termică echivalentă:

MM

MM c

aρλ

=

2. Se determină rezistenŃa termică a structurii echivalente:

M

M

ei

11R

λδ

+α

+α

=&

(egală cu rezistenŃa termică a structurii reale).

3. Se determină coeficienŃii numerici:

p

v

SS

=β ; cv

r11A

αα

β−= − ; cv

1vcvr

1

2R

Aα

′+α+αβ=

−−

;

1vcv3 RA −′α−=

])([

)]([

22cv2pa

11cv1pa1 A1AAcg

A1AAcgB

+−⋅β⋅α+

−−β⋅α+−=&

&

;

])([

)()(

22cv2pa

3cv3pa2 A1AAcg

1A1AcgB

+−⋅β⋅α+

β+⋅α+−⋅−=&

&

;

1211 BAAC += ; 2232 BAAC += ; 2r2cv

1 BCD

α+αβτα

=&

;

M

MiiBiλδ⋅α= ;

M

MeeBiλδ⋅α= & ;

n = 0,62 (pentru soluŃia la spaŃiu solar CE INCERC Bucureşti)

M1, M2, M3, Num, conform relaŃiei (IV.14).

92

4. Se determină temperatura echivalentă tE (τ):

)](I)c1(1,1)(Ic[BC

)(t)(t dsTs

2r2cv

eE τ⋅−⋅+τ⋅α+α

βτα+τ=τ

&

(deoarece C2 = 1 – C1; B2 = 1 – B1).

5. Se determină: N1, N2 (conform (IV.15)).

RelaŃiile de calcul necesare determinării fluxurilor termice şi

temperaturilor necesare simulării dinamice sunt:

qi (x = 0, τ) conform (IV.12)

ϑp (x = Mδ , τ) conform (IV.13)

t (τ) conform (IV.5)

tas (τ) conform (IV.18)

Dintre acestea qi (x = 0, τ) şi tas (τ) sunt parametri necesari

simulării dinamice a zonei principale a clădirii dotată cu spaŃiu solar

ventilat.

93

V. SIMULAREA ÎNCĂLZIRII SPAłIILOR – MODEL CU PAS ORAR DESTINAT PROIECTĂRII ENERGETICE A CLĂDIRILOR NOI

V.1. Fundamentare teoretică

BilanŃul termic orar se justifică în special în cazul clădirilor

caracterizate de anvelope uşoare sau de capacitate termică redusă

a elementelor de construcŃii interioare. O categorie specială o

constituie clădirile caracterizate de raport de vitrare ridicat, clădiri

care fac parte din categoria clădirilor publice. În cazul acestui tip de

clădiri este posibil ca în sezonul rece să alterneze intervalele de timp

în care se procedează la încălzirea, respectiv răcirea spaŃiilor

ocupate. Modelele de simulare bazate pe calculul lunar conduc la

rezultate departe de realitatea fenomenologică care, chiar dacă pot fi

considerate acceptabile în scopul certificării energetice a clădirilor,

nu pot fi utilizate ca instrumente de proiectare energetică a unor

clădiri noi sau chiar de modernizare energetică a unora existente.

În cele ce urmează se prezintă o metodă de calcul şi analiză

care include elemente decizionale, precum şi o abordare de tipul

paşilor alternanŃi. AlternanŃa se referă la decizia de încălzire,

respectiv de intervenŃie pe calea ventilării mecanice în scopul

realizării unui microclimat acceptabil în spaŃiile ocupate. Modelul de

simulare poate fi utilizat şi în scopul realizării sistemelor de

exploatare a potenŃialului termodinamic al diferitelor spaŃii – utilizarea

pompelor de căldură reversibile în scopul managementului energetic

al spaŃiilor diferit solicitate din punct de vedere termic.

Abordarea problemei este una diferenŃială, bazată pe bilanŃul fluxurilor termice şi pe variaŃia energiei interne a elementelor de

94

construcŃie interioare, spre deosebire de metodele integrale de tip

energetic, bazate pe bilanŃ energetic, care ignoră capacitatea

termică a elementelor de construcŃie.

Dată fiind necesitatea validării experimentale a modelului

propus, relaŃiile prezentate se referă la zona principală a CE

INCERC Bucureşti, dotată cu spaŃiu solar ventilat, caracterizat de

debitul masic de aer cunoscut Gs, de temperatura cunoscută a

aerului refulat în spaŃiul ocupat, tas (τ), şi de fluxul termic specific

disipat prin suprafaŃa adiacentă spaŃiului ocupat a elementului opac

de captare a radiaŃiei solare, qis (τ) [a se vedea cap. IV].

• EcuaŃia de bilanŃ termic al aerului are expresia:

+⋅τ+τ−τ⋅α=τ++τ pissiEcvcvLOCcvaspas SqttSQSatcG )()]()([)()(

)()]()([ τ+τ−τ⋅α+ apaspapcv tcGttS (V.1)

în care Qcv (τ) reprezintă fluxul termic cedat de sursa de încălzire (de

natură prioritar convectivă – ex. corp static).

• BilanŃul termic al anvelopei, cu excepŃia peretelui captator,

parte a spaŃiului solar ventilat, este concentrat în expresia

temperaturii medii, )(τst , a suprafeŃelor interioare adiacente spaŃiului

ocupat ale elementelor opace transparente:

)()()(])([)( τ⋅α+τ⋅α−=τ −−ev

1ii

1is tRtR1t (V.2)

în care:

E

TRrcvi S

SF ⋅α+α=α (V.3)

∑

∑

τ⋅

=τ

k k

kev

kev

RS

tRS

tk)(

)( (V.4)

95

reprezintă temperatura exterioară virtuală medie a clădirii, inclusiv

transferul de căldură la interfaŃa clădire-sol. Coeficientul de cuplaj

SOLRS

şi temperatura exterioară de contur tec (τ) se determină cu

relaŃiile:

4671,1S109764,3R

SPard

7

LOC

+⋅⋅=

− (V.5)

05762S1098388S1004158S107492R Pard32

Pard53

Pard7

SOL ,,,, +⋅⋅+⋅⋅−⋅⋅= −−−

(V.6)

+β⋅+⋅⋅+⋅⋅−⋅⋅−=τ −−− ),,,,()( 59095t1073155t1037123t1087414t e12

e33

e5

ec

)(),,,,( β−⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅−+ −−− 199594t1001574t1095373t1028729 e12

e33

e6

(V.7)

în care:

−=β−=βVIIlunilepentru0

XIIVIIlunilepentru1 (V.8)

Temperatura interioară rezultantă ti (τ) se poate exprima în

funcŃie de temperatura aerului, ta (τ), de temperatura elementelor de

construcŃie interioare, tp (τ), şi de temperatura exterioară virtuală

medie )(tev τ cu relaŃia:

)()()()( τ+τ+τ=τ ev3p2a1i tAtAtAt (V.9)

din care rezultă:

)()()()( τ+τ+τ=τ ev3p2a1s tBtBtBt (V.10)

în care:

NumA i

cv

1αα

= ; Num

1SS

A E

T

i

r

2

−⋅

αα

= ; Num

RFA

1iR

i

r

3

−⋅α⋅⋅αα

=)(

;

96

])([1

iRi

r R1F1Num −⋅α−⋅⋅αα

−= ; 11

i1 AR1B ⋅⋅α−= − ])([ ;

(V.11)

21

i2 AR1B ⋅⋅α−= − ])([ ; 1i3

1i3 RAR1B −− α+⋅⋅α−= )(])([

• EcuaŃia de bilanŃ termic al elementelor de construcŃie

interioare:

τ

τ⋅⋅=τ−τ⋅α−τ−τ⋅α+⋅

d

tdc

SM

ttFttS

Sa p

pspRrpacv

P

LOCr

)()]()([)]()([

(V.12)

care, Ńinând seama de relaŃia (V.10), devine:

+τ⋅α+α⋅=τ⋅−⋅α+α⋅+τ

τ)()()()]([

)(a1rrcv

pp2Rrcv

pp tBFMc

StB1F

Mc

S

d

td

Mc

S

SS

atBFMc

S p

P

LOCrev3Rr

p ⋅⋅+τα⋅+ )( (V.13)

Strategia de management energetic al spaŃiului ocupat

cuprinde două situaŃii, respectiv:

a. realizarea temperaturii fixate a aerului din spaŃiul

ocupat, ta0, asociată cu funcŃionarea instalaŃiei de încălzire,

respectiv Qcv (τ) > 0;

b. depăşirea temperaturii fixate a aerului, ta (τ) > ta0,

asociată cu Qcv (τ) = 0.

În cazul CE INCERC Bucureşti situaŃia b. se poate manifesta

frecvent, consecinŃă a funcŃionării spaŃiului solar ventilat.

Dat fiind faptul că analiza este proprie sezonului rece,

iniŃializarea procedurii de analiză implică opŃiunea ta (τ) = ta0, valoare

fixată cunoscută.

97

EcuaŃia de bilanŃ termic (V.13), în care ta (τ) = ta0, devine:

)()()(

τ=τ⋅+τ

τ2p1

p FtDd

td (V.14)

în care:

⋅⋅+τα⋅+⋅α+α⋅=τ

−⋅α+α⋅=

MC

S

SS

atBFMc

StBF

Nc

SF

B1FMc

SD

p

p

LOCrev3Rr

p0a1Rrcv

p2

2Rrcvp

1

)()()(

)]([

(V.15)

cu soluŃia:

)]D(exp1[D

m

D

n

D

m)D(expt)(t 1

21

2

1

2

1

21pp 0

τ−−⋅

−+τ⋅+τ−⋅=τ

(V.16)

în care 0pt – valoarea tp (τ – ∆τ)

τ∆τ∆−τ−τ

=)()( 22

2FF

m ; n2 = F2 (τ – ∆τ) (V.17)

Pe baza valorii tp (τ) se determină ti (τ) şi apoi Qcv (τ).

Dacă Qcv (τ) > 0, se înregistrează valoarea şi se trece la pasul

următor, pe acelaşi traseu de calcul.

Dacă Qcv (τ) < 0, rezultă că se impune răcirea spaŃiului şi, în

consecinŃă, se adoptă Qcv (τ) = 0 (echivalent cu lipsa furnizării

căldurii în spaŃiul ocupat).

EcuaŃia de bilanŃ termic al aerului devine:

+τ−τ⋅+τ−τ⋅α+τ−τ⋅α )]()([)]()([)]()([ asapaspapcvsiEcv ttcGttSttS

LOCcvpss SaS)(q =⋅τ+ (V.18)

98

care devine ecuaŃie de legătură între funcŃiile ta (τ) şi tp (τ) ca urmare

a dependenŃei furnizată de relaŃia (V.10). Prin exprimarea ta (τ) =

= f [tp (τ)] se obŃine:

ta (τ) = C1 ⋅ tp (τ) + F1 (τ) (V.19)

în care:

+τ⋅+τ⋅α=τ

+−⋅α=+−⋅⋅α

=

1Num

SatcGtBSF

cGBSS1Num1Num

S1BSC

LOCcvaspasev3ecv1

pas1ETcvT2Ecv

1

)()()(

)(;])([

(V.20)

• EcuaŃia de bilanŃ termic al elementelor interioare de

construcŃie devine:

)()()(

τ=τ+τ

τ3p2

p FtDd

td (V.21)

în care:

⋅+τα+τ⋅α+α⋅=τ

−⋅α++−⋅α⋅=

p

LOCrev3r11rcv

p3

1cv21rp

2

SS

atBFBMc

SF

C1BB1Mc

SD

)()()()(

)}()]([{

(V.22) cu soluŃia:

)]D(exp1[D

m

D

n

D

m)D(expt)(t 2

22

3

2

3

2

32pp 0

τ−−⋅

−+τ⋅+τ−⋅=τ

(V.23) cu:

τ∆τ∆−τ−τ

=)()( 33

3FF

m ; )( τ∆−τ= 33 Fn

În continuare se determină ta (τ) (V.19) şi ti (τ) (V.9).

ImportanŃa abordării modelului de simulare şi paşii alternanŃi constă

99

în faptul că intervalele tranzitorii se remarcă prin reducerea

considerabilă a necesarului de căldură ca urmare a acumulării de

căldură în orele în care 0aa tt >τ)( . Pasul următor se supune acelu-

iaşi algoritm. Dacă 0aa tt ≥τ)( , continuă algoritmul deja prezentat.

Dacă 0aa tt <τ)( , se revine la momentul iniŃial şi se utilizează

algoritmul de tip b. din care rezultă Qcv (τ).

Temperaturile exterioare virtuale se determină pentru fiecare

element de închidere suprateran opac / transparent, în funcŃie

de structura elementului de anvelopă şi de valorile orare ale

parametrilor climatici. În cazul elementelor de construcŃie opace

supraterane, densitatea de flux termic se determină cu relaŃiile

(IV.12) şi (IV.14). În cazul transferului de căldură între clădire şi sol

temperatura exterioară virtuală este temperatura exterioară de

contur tec (τ). Necesarul de căldură pe un interval T > 1 h se determină ca

sumă a valorilor orare Qcv (τ), respectiv:

∑=τ

τ=T

0cvcv QTQ )()( (V.24)

şi Ńine seama exclusiv de valorile Qcv (τ). În paralel se determină şi

parametrii de stare ai microclimatului interior: ta (τ), respectiv ti (τ). Dacă valoarea de confort a temperaturii aerului este ta0 şi se

constată că media valorilor orare pe intervalul τ ∈ [0, T] depăşeşte

valoarea fixată, respectiv:

0aaa ttT1

Tt >τ⋅= ∑τ

)()( (V.25)

şi această valoare este asociată unei valori Qcv (T) ridicate, rezultă

că soluŃia de configurare energetică a clădirii este una nerecoman-

dabilă, în special din cauza influenŃei excesive a radiaŃiei solare, pe

de o parte, dar şi din cauza capacităŃii termice reduse asociată cu

o suprafaŃă de transfer de căldură redusă între aerul interior şi

100

elementele interioare de contur, pe de altă parte. Teoretic o valoare

0aa tTt >)( ar atrage după sine Qcv (T) = 0, ceea ce în cazul clădirilor

excesiv vitrate nu se asigură.

V.2. Validare experimentală Măsurările efectuate în intervalul 6.01.2009-4.03.200 în

clădirea experimentală INCERC Bucureşti constituie suportul experi-

mental al validării modelului matematic prezentat în cap. V.1.

• Necesarul de căldură măsurat s-a determinat pe baza

fluxurilor termice degajate de corpurile de încălzire, prin cunoaşterea

debitelor de agent termic Gs (τ) şi a temperaturilor agentului termic

tT (τ) şi tR (τ), sub forma mediilor orare. Valorile rezultate s-au

determinat cu relaŃia:

)()]()([)()( τ=τ−τ⋅⋅ρ⋅τ mRTas QttctV (V.26)

în care:

)]()([,)( τ+τ⋅=τ RT tt500t

• Fluxul termic convectiv aferent spaŃiului solar ventilat s-a

determinat cu relaŃia:

)()]()([))(( τ=τ−τ⋅⋅τρ⋅ ssasapaasss QttctV (V.27)

• Degajările de căldură aferente aparaturii de măsură din

spaŃiul ocupat au fost estimate la valoarea a ≈ 3 W / m2 şi s-a

determinat valoarea medie orară a fluxului termic aferent acestor

surse de căldură interne:

QL (τ) = a ⋅ SLOC (V.28)

101

• Pe baza valorilor susmenŃionate s-a determinat variaŃia orară

a fluxului termic, consecinŃă a transferului de căldură prin elementele

opace şi transparente de anvelopă, cu relaŃia:

)()()()]([ τ+τ−τ=τ−⋅ LssmeviE QQQtt

RS

0 (V.29)

şi apoi variaŃia orară a diferenŃei de temperaturi )(τ− evi tt0

:

1E

Lssmevi RS

QQQtt0

−

⋅τ+τ−τ=τ− )]()()([)( (V.30)

care se va compara cu diferenŃa similară determinată teoretic.

• Necesarul teoretic de căldură al CE INCERC Bucureşti cu

referire la valorile orare, Qcv (τ), s-a determinat, pentru intervalul

de timp menŃionat, în funcŃie de funcŃia de transfer a elementelor

de construcŃie opace şi transparente şi de parametrii climatici,

utilizându-se relaŃiile de calcul prezentate în cap. V.1, în principal

relaŃia (V.1). Se menŃionează că intervalul de analiză ales, 06.01-

04.03.2009, este caracterizat de valori orare Qcv (τ) > 0, ceea ce

permite exploatarea algoritmului de calcul – varianta a., fără a se

apela la procedura paşilor alternanŃi.

În graficul din fig. V.1 se prezintă funcŃiile Qcv (τ) şi Qnec (τ). Se

constată alura medie practic identică a celor două funcŃii, atestată de

funcŃiile medii.

În scopul analizei acestei diferenŃe de răspuns termic s-a

utilizat funcŃia )(tt evi 0τ− – caracteristică a transferului de căldură

prin elementele de anvelopă opace şi transparente. S-au determinat

trei funcŃii similare, respectiv:

– )(tt evi 0τ− în funcŃie de datele măsurate şi determinate

cu ajutorul relaŃiei;

102

Fig. V.1. VariaŃia necesarului de căldură al CE INCERC Bucureşti

în intervalul 06.01-04.03.2009

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

060

120

180

240

300

360

420

480

540

600

660

720

780

840

900

960

1020

1080

1140

1200

1260

1320

1380

mom

entu

l [ h

]

Qnec [W]

Q_m

Q_i

nc.t

Pol

y. (

Q_i

nc.t)

Pol

y. (

Q_m

)

103

– )(tt evi 0τ− în care tev (τ) s-a determinat pe baza

ecuaŃiei integrale a căldurii (cap. VII.1);

– )(tt evi 0τ− în care tev (τ) s-a determinat prin metoda

RTU.

În graficul din fig. V.2 se prezintă variaŃia orară a celor trei

funcŃii menŃionate, care relevă un comportament similar funcŃiilor de

necesar de căldură. Valoarea 0i

t pentru care s-a efectuat analiza

s-a determinat pe baza valorilor orare ti (τ), asociate funcŃionării

instalaŃiei de încălzire, respectiv valorilor orare măsurate, ta (τ). A

rezultat valoarea medie C423ta °= , , căreia îi corespunde valoarea

C622t0i

°= , , utilizată în analiza de faŃă. Graficul din fig. V.2 atestă

caracterul obiectiv al temperaturii tev (τ), atât prin identitatea

tev (τ) [RTU] cu tev (τ) [INT], cât şi prin diferenŃa infimă în raport cu

valorile tev (τ) [CE INCERC Bucureşti].

Se constată că răspunsul termic al anvelopei are caracter

puternic determinist pentru ti0 – tev (τ) [RTU], [INT], [CE INCERC].

În susŃinerea celor de mai sus vin şi valorile cumulate ale

necesarului de căldură pe durata intervalului analizat. Pe baza

metodei de calcul lunar (NP 048-2000), rezultă pentru cele 57 de zile

valoarea de 2.767,4 kWh. Însumarea valorilor orare calculate pe

baza tev (RTU) conduce la valoarea 2.727,1 kWh. Abaterea dintre

cele două valori de 1,45 % este lipsită de semnificaŃie. Pe de altă

parte, între valoarea cumulată orară calculată de 2.727,1 kWh şi

valoarea cumulată rezultată din măsurări de 2.810 kWh diferenŃa de

3 % este absolut neglijabilă.

104

Fig. V.2. VariaŃia orară a caracteristicii de transfer de căldură prin elementele de anvelopă – conform experiment, conform ecuaŃiei

integrale şi conform metodei RTU

024681012141618202224

060

120

180

240

300

360

420

480

540

600

660

720

780

840

900

960

102 0

108 0

114 0

120 0

126 0

132 0

138 0

mo

men

tul [

h ]

tev [°C]

ti0-t

ev C

E IN

CE

RC

ti0 -

tev

RT

U

ti0-t

evIN

T

Pol

y. (

ti0-t

evIN

T)

Pol

y. (

ti0 -

tev

RT

U)

Pol

y. (

ti0-t

ev C

EIN

CE

RC

)

105

Principalele concluzii care se desprind din această etapă a validării experimentale sunt următoarele:

– modelul matematic de calcul orar al necesarului de

căldură răspunde cu fidelitate criteriului de valori cumulate pe

durate lungi de timp şi constituie un suport consistent al

modelului de calcul lunar;

– modelul matematic de calcul orar poate fi utilizat în

analiza de configurare energetică a clădirilor, caz în care se

recomandă utilizarea tev (τ) [RTU], în special în cazul

structurilor cu vitraj generos expuse efectului de seră;

– tendinŃele de medie pe durate semnificative de timp

între valorile măsurate şi datele rezultate din prelucrarea

modelului matematic sunt practic identice;

– faŃă de cele de mai sus considerăm că etapa de

validare experimentală atestă corectitudinea modelului teoretic

prezentat în cap. V.1 al lucrării de faŃă.

V.3. Breviar de calcul – complemente

• Temperatura exterioară virtuală caracteristică unui element

de construcŃie opac suprateran se determină cu relaŃia:

)()( τ⋅−=τk0k iiev qRtt

în care:

0it – temperatura interioară rezultantă arbitrară – se

recomandă 0it = 20°C;

R – rezistenŃa termică corectată a elementului de

construcŃie omogen sau multistrat [m2K / W];

)(τikq – densitatea de flux termic la interfaŃa element de

construcŃie-mediu interior, determinată cu relaŃiile (V.12) şi (V.14).

106

• Temperatura exterioară virtuală a unui element transparent

este identică cu temperatura exterioară echivalentă )(tFE τ .

• Temperatura exterioară virtuală medie se determină cu

relaŃia:

SOLj

jSk

k

ec

SOLj

E

j

ev

Sk

ev

kev

R

S

R

S

R

S

R

S

)(tR

S)(t

R

S)(t

R

S)(t

R

S

)(t

jfSk

+

+

+

τ⋅

+τ⋅

+τ⋅

+τ⋅

=τ

∑∑

∑∑

• RezistenŃa termică medie:

SOLj jSk k

pardj

jSk

k

RS

RS

RS

RS

SSSS

R

+

+

+

+++=

∑∑

∑∑

• E

TRrcvi S

SF ⋅⋅α+α=α ; FR = 0,2 ⋅ (6 – NPi)

107

VI. PERFORMANłA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR ÎN SEZONUL CALD – SIMULAREA PROCESELOR TERMICE ÎN REGIM VARIABIL

VI.1. Estimarea variaŃiei libere a temperaturii interioare în spaŃiile ocupate în lipsa dotării cu echipamente de răcire

Directiva Europeană 91 / 2002 / CE, care are ca obiectiv

impunerea unor măsuri statelor membre ale Uniunii Europene în

scopul creşterii PerformanŃei Energetice a Clădirilor (PEC), acordă o

deosebită importanŃă instalaŃiilor de ventilare mecanică şi aer

condiŃionat. Acest domeniu oferă un potenŃial deosebit al unor

reduceri semnificative în consumul de energie al clădirilor, respectiv

creşterea PEC a acestora. CondiŃiile acestui deziderat sunt o dimen-

sionare corectă a instalaŃiei de aer condiŃionat, respectiv proiectarea

şi verificarea acesteia utilizând date de intrare corecte şi instrumente

de calcul validate, dar şi utilizarea la maxim a exergiei mediului

ambiant prin strategii de ventilare nocturnă, îmbunătăŃirea ventilării

pasive şi alte măsuri care permit reducerea consumului de energie

fără a afecta calitatea confortului spaŃiilor ocupate.

Legea 372 / 2005, care preia în legislaŃia primară autohtonă

Directiva Europeană 91 / 2002 / CEE, are ca scop fundamental

elaborarea documentelor tehnice numite Certificatul de PerformanŃă

Energetică a Clădirilor (CPEC) şi Raportul de Audit Energetic (RAE).

În scopul elaborării documentelor tehnice menŃionate, MDLPL a

elaborat în cursul anului 2006 Metodologia pentru calculul Perfor-

manŃei Energetice a Clădirilor, numită în continuare Metodologie.

108

Metodologia este structurată sub forma a trei părŃi, fiecare având

propriul sau obiect, după cum urmează:

1. Anvelopa clădirii (Partea I-a);

2. InstalaŃiile aferente clădirilor (Partea a II-a);

3. Elaborarea CPEC şi al RAE (Partea a III-a).

Determinarea practică a PEC existente dotate cu instalaŃii de

răcire / ventilare / climatizare a spaŃiilor ocupate reprezintă unul din

scopurile majore ale Metodologiei, dată fiind incidenŃa majoră a

proceselor menŃionate la nivelul spaŃiilor asupra PEC existente

aparŃinând oricăruia din tipurile de clădiri specificate în Legea 372 /

2005.

În scopul determinării PEC dotate cu instalaŃii de răcire /

ventilare / climatizare a spaŃiilor ocupate, dar şi în scopul estimării

confortului termic pe timpul anotimpului cald, respectiv al oportunităŃii

prevederii aparatelor de climatizare a aerului în momentul reabilitării

clădirilor existente sau a proiectării clădirilor noi, un prim pas este

reprezentat de calculul temperaturilor interioare în perioada de vară.

În forma actuală a Metodologiei, acest subiect face obiectul

capitolului II.2.3. Calculul temperaturii interioare în perioada de vară;

verificarea confortului interior; oportunitatea climatizării. Domeniul

declarat de aplicabilitate al acestui capitol este reprezentat de

clădirile rezidenŃiale sau nerezidenŃiale sau părŃi ale acestora.

Obiectivul declarat este determinarea temperaturii care se realizează

în interiorul unei clădiri (sau zonă a unei clădiri) în perioada de vară,

în absenŃa sistemului de climatizare (răcire). Rezultatele care ar

rezulta în cadrul acestui capitol sunt utilizate ca date de intrare în

cazul următoarelor etape logice, necesare a fi parcurse în vederea

aflării PEC, respectiv calculul necesarului de energie pentru răcirea

clădirilor şi al consumului anual de energie pentru sistemele de

climatizare.

109

Aplicarea acestui model casei experimentale cu climat

controlat INCERC Bucureşti, a pus în evidenŃă o serie de probleme,

care sunt tratate succint în continuare.

Model cu aplicabilitate redusă

Cum este menŃionat anterior, obiectivul Metodologiei este de a

furniza un model cu domeniul larg de aplicabilitate, care poate fi

aplicat atât fondului existent de locuinŃe, cât şi clădirilor nou proiectate.

Domeniu de aplicare descris în metodologie este reprezentat de

„clădiri rezidenŃiale sau nerezidenŃiale sau părŃi ale acestora”.

Metodologia prezintă însă două metode simplificate de calcul,

preluate din standardul SR EN ISO 13792 – „PerformanŃa termică a

clădirilor. Calculul temperaturii interioare a unei încăperi fără

climatizare în timpul verii. Metode de calcul simplificate”. Standardul

a fost adoptat în anul 2004 ca standard român, fiind apoi tradus în

cadrul Comitetul Tehnic CT 281 – „PerformanŃa termică a clădirilor şi

produselor pentru construcŃii” al cărui secretariat este asigurat de

INCERC Bucureşti.

Obiectivul standardului SR EN ISO 13792 este de a stabili

nivelul, cantitatea şi exactitatea datelor de ieşire şi simplificarea

admisibilă a datelor de intrare. În partea normativă a acestui

standard nu este inclusă o anumită metodă de calcul. În anexa A

(informativă) se prezintă, cu titlu de exemplu, două metode simpli-

ficate de calcul. Acestea se bazează pe simplificarea proceselor de

transfer de căldură care garantează cantitatea şi exactitatea datelor

de ieşire şi pe simplificarea datelor de intrare cerute de acest

standard.

Aceste metode simplificate de calcul, cu grad restrâns de

aplicabilitate şi valabilitate, furnizate de acest standard în anexa

informativă ca exemplu de calcul simplificat, au fost preluate şi

impuse ca principală metodă de calcul de Metodologia în vigoare, în

110

evidentă contradicŃie cu preocupările statelor membre ale Uniunii

Europene de a dezvolta şi valida metodele proprii de calcul care să

trateze cât mai corect situaŃiile particulare fiecărui stat. De fapt chiar

în standardul SR EN ISO 13792 se specifică în mod clar că

„utilizarea acestor metode simplificate de calcul nu implică

excluderea altor metode din domeniul standardizat, şi nici nu

împiedică elaborarea ulterioară a acestora”.

Metodă de calcul improprie pregătirii specialiştilor români în termotehnică

Metodele de calcul preluate fac parte din categoria metodelor

de calcul care utilizează analogia electrică în scopul tratării analogice

– dar eronat aplicată – fenomenelor termice proprii transferului de

căldură în regim nestaŃionar. Furnizate cu rol de exemplificare în

standardul European, relaŃiile de calcul sunt relaŃiile finale de calcul

şi nu permit generalizarea sau aplicarea pe alte soluŃii arhitecturale

decât cu mare greutate, fapt care este generator de erori

suplimentare în raport cu erorile semnificative ale algoritmului de

calcul care nu este simplu, în schimb este simplist. De asemenea, nu

sunt disponibili decât un număr restrâns de coeficienŃi necesari

efectuării calculelor, respectiv există valori numerice exclusiv pentru

cei furnizaŃi în scopul calculului structurii prezentate în cadrul

standardului.

VI.1.1. Prelucrarea datelor măsurate în sezonul 2008 –

valori reprezentative proprii funcŃionării în

regim termic necontrolat

Măsurările s-au desfăşurat în sezonul cald 2008, din luna iulie

2008 până la mijlocul lunii septembrie 2008.

111

Clădirea funcŃionează în regim de microclimat necontrolat. Elementele mobile nu se deschid, iar ventilarea se asigură în exclusiv prin regim de debit cvasi-constant de aer pătruns prin fantele uşii de acces şi ale ferestrelor orientate N, şi evacuat, prin efect de termosifon, prin spaŃiul serei captatoare pe durata de 24 h / zi. Intervalul de culegere şi prelucrare primară a datelor se înscrie între 01.07.08, ora 0:00 şi 09.09.08, ora 23:00 – în total 1.715 h. Datele măsurate continuu (temperaturi şi intensităŃi ale radiaŃiei solare) au fost prelucrate sub forma mediilor orare şi zilnice. Dat fiind scopul de validare experimentală a unor metode de cuantificare a regimului termic liber din spaŃiile ocupate în sezon cald, în studiul de faŃă se prezintă informaŃiile esenŃiale necesare procedurii de validare bazată pe valorile medii orare măsurate şi calculate prin cele două metode, respectiv Metoda INCERC şi SR EN 13792 / 2005 (Mc 001 / 2006).

În graficele din fig. VI.1 – VI.4 se prezintă variaŃia valorilor orare ale temperaturii exterioare, te, şi ale intensităŃii radiaŃiei solare totală şi difuză, măsurate în patru zile reprezentative (01.07.2008, 21.07.2008, 25.08.2008 şi 05.09.2008).

În graficele din fig. VI.5 şi VI.6 se prezintă variaŃia temperaturii aerului măsurată şi calculată în zilele de 21.07.2008 şi 25.08.2008, ca medie ponderată a temperaturilor camerelor care formează incinta CE INCERC Bucureşti.

Se observă abaterea sensibilă faŃă de valorile măsurate a valorilor calculate conform standardului european EN 13792 / 2005 – standard preluat ca standard naŃional, precum şi ca metodă de calcul în reglementarea naŃională Mc 001 / 2006. În acelaşi timp se constată o bună reprezentare rezultată ca urmare a aplicării Metodei INCERC.

În graficul sintetic din fig. VI.7 se prezintă variaŃia sezonieră a temperaturii aerului măsurată în CE INCERC Bucureşti. În ceea ce priveşte alura curbelor calculate conform Metodei INCERC şi conform EN 13792/2005 (Mc 001/2006) acestea sunt prezentate şi comentate în cap. VI.1.3 al lucrării de faŃă.

112

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

1617

1819

2021

2223

ora

[h]

IT, Id [W/mp.]

20222426283032

te [°C]

IT -

E

IT -

N

IT -

V

IT -

O

Id-o

riz

Id-v

ert

te

Fig. VI.1. VariaŃia parametrilor climatici în ziua de 01.07.2008 –

CE INCERC Bucureşti

113

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 48

048

148

248

348

448

548

648

748

848

949

049

149

249

349

449

549

649

749

849

950

050

150

250

3

mom

entu

l [h]

IT, Id [W/mp.]

18202224262830323436

te [°C]

IT -

E

IT -

N

IT -

V

IT -

O

Id -

oriz

Id-

vert

.

te



114

0

100

200

300

400

500

600

700

800 13

2013

2213

2413

2613

2813

3013

3213

3413

3613

3813

4013

42

mo

men

tul

[h]

IT, Id [W/mp.]

18192021222324252627282930313233

te [°C]

IT -

E

IT -

N

IT -

V

IT -

O

Id -

oriz

.

Id -

ver

t.

te



115

0

100

200

300

400

500

600

700

800 15

8415

8615

8815

9015

9215

9415

9615

9816

0016

0216

0416

06

mom

entu

l [ ]

IT, Id [W/mp.]

1517192123252729313335

te [°C]

IT- E

IT -

N

IT -

V

IT -

O

Id -

oriz

.

Id -

vert.

te



116

30.1

30.6

31.1

31.6

32.1

32.6

33.1

33.6

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

1617

1819

2021

2223

ora

[ h]

tac [°C]

ta.m

asur

at

ta.c

alc.

INC

ER

C

ta.c

alc.

EN

137

92 (

Mc0

01)

Fig. VI.5. VariaŃia temperaturii aerului în CE INCERC Bucureşti

în ziua de 21.07.2008 – valori măsurate şi calculate

117

32.2

32.4

32.6

32.8

33.0

33.2

33.4

33.6

33.8

34.0

34.2

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

1617

1819

2021

2223

ora

[h]

tac [°C]

tam

ta.c

alc.

INC

ER

Cta

.cal

c.E

N 1

3792

(M

c001

)

Fig. VI.6. VariaŃia temperaturii aerului în CE INCERC Bucureşti

în ziua de 25.08.2008 – valori măsurate şi calculate

118

1416182022242628303234363840

010

020

030

040

050

060

070

080

090

010

0011

0012

0013

0014

0015

0016

0017

00

mo

men

tul [

h]

te, ta [°]ta

c-m

te

Fig. VI.7. VariaŃia sezonieră a temperaturii interioare şi exterioare –

CE INCERC Bucureşti – vara 2008

119

VI.1.2 Metoda INCERC de calcul al temperaturii interioare

în lipsa sistemelor de climatizare a spaŃiilor –

sezon cald

VariaŃia temperaturilor interioară rezultantă ti (τ) şi medie

volumică a aerului ta (τ) reprezintă consecinŃa bilanŃurilor termice ale

mediilor reprezentative pentru un spaŃiu, respectiv aerul cuprins în

volumul liber al spaŃiului, anvelopa adiacentă mediilor exterioare şi

elementele de construcŃie interioare.

• BilanŃul termic sensibil al aerului Ńine seama exclusiv de

procesele de natură convectivă care implică circulaŃia aerului între

spaŃiul ocupat şi mediul exterior natural, fluxul termic cedat sub

formă convectivă ca urmare a proceselor asociate activităŃii umane şi

debitul de căldură / frig de natură convectivă, cedat de instalaŃiile

termice din dotarea spaŃiilor ocupate. În cazul lipsei instalaŃiilor de

climatizare această ultimă componentă a bilanŃului termic se

anulează. EcuaŃia de bilanŃ termic a aerului are expresia:

+τ⋅⋅ρ⋅⋅τ=⋅τ+τ+τ⋅⋅ρ⋅⋅τ )()()()()()( apaaLOCcvcvepaa tcVnSaQtcVn

)]()([)]()([ τ−τ⋅α⋅+τ−τ⋅α⋅+ pacvpsacve ttSttS (VI.1)

în care membrul stâng reprezintă suma fluxurilor termice care

pătrund în elementul natural constituit de volumul liber de aer la

frontiera acestuia, iar membrul drept reprezintă suma fluxurilor

termice care părăsesc volumul de aer la frontiera acestuia. Dată fiind

valoarea nesemnificativă a capacităŃii termice a aerului, se

neglijează variaŃia energiei interne a aerului conŃinut în volumul liber

al spaŃiului ocupat. Valoarea nesemnificativă susmenŃionată are ca

obiect de raportare capacitatea termică a elementelor de construcŃie

interioare a căror variaŃie a energiei interne este luată în considerare.

120

• Cea de a doua ecuaŃie de bilanŃ termic vizează anvelopa

spaŃiului ocupat, cu referire la elementele de închidere adiacente

mediului exterior natural / construit. Ca urmare a rezolvării ecuaŃiei

menŃionate, rezultă temperatura medie a suprafeŃei interioare

aparŃinând anvelopei, sub forma:

)()()( τ⋅⋅α

+τ⋅

⋅α−=τ ev

ii

is t

R

1t

R

11t (VI.2)

Expresia generală a temperaturii interioare rezultante ti (τ) are

forma:

i

RE

TRracv

i

tSS

Ftt

α

τ⋅⋅⋅α+τ⋅α=τ

)()(

)( (VI.3)

łinându-se seama de expresia temperaturii medii radiante a

incintei analizate:

)()()( τ⋅+τ⋅

−=τ s

T

Ep

T

ER t

SS

tSS

1t (VI.4)

rezultă expresia temperaturii interioare rezultante:

)()()()( τ⋅+τ⋅+τ⋅=τ ev3p2a1i tAtAtAt 1) (VI.5)

în care:

NumA i

cv

1αα

= ; Num

1SS

F

A E

TR

i

r

2

−⋅⋅

αα

= ; Num

FR

1

AR

ii

r

3

⋅⋅α

⋅αα

=

1 Valoarea )(tev τ se determină pentru o valoare ti0 oarecare (ex. 20°C).

121

Rii

r FR

111Num ⋅

⋅α−⋅

αα

−=

łinând seama de expresia (VI.5), rezultă:

)()()()( τ⋅+τ⋅+τ⋅=τ ev3p2a1s tBtBtBt (VI.6)

în care:

1i

1 AR

11B ⋅

⋅α−= ; 2

i2 A

R1

1B ⋅

⋅α−= ;

R1

AR

11B

i3

i3 ⋅α

+⋅

⋅α−=

EcuaŃia de bilanŃ termic a aerului devine:

+τ−τ⋅⋅ρ⋅⋅τ=⋅τ+τ )]()([)()()( eapaaLOCcvcv ttcVnSaQ

)]()([)]()()()[( τ−τ⋅α⋅+τ⋅−τ⋅−τ⋅−⋅α⋅+ pacvpev3p2a1cvE ttStBtBtB1S

(VI.7)

În cazul în care instalaŃia de climatizare nu funcŃionează,

Qcv (τ) = 0 şi ecuaŃia (VI.7) devine:

−τ⋅−⋅α⋅+τ−τ⋅⋅ρ⋅⋅τ )()[()]()([)( a1cvEeapaa tB1SttcVn

LOCcvpacvpev3p2 SattStBtB ⋅=τ−τ⋅α⋅+τ⋅−τ⋅− )]()([)]()( (VI.8)


interioare se scrie sub forma:

)]()([)()]()([ τ−τ⋅⋅α⋅=⋅τ+τ−τ⋅α⋅ spRrpLocrpacvp ttFSSattS +

τ

τ⋅⋅ϕ+

d

tdMcBi p )(

)( (VI.9)

122

În ecuaŃia (VI.9) funcŃia neliniară ϕ (Bi) Ńine seama de valoarea

numărului Biot calculat pentru elementele de construcŃie interioare,

iar rolul sa este de a permite utilizarea modelului cu repartiŃie

uniformă a temperaturii în masa elementelor de construcŃie

interioare. Pentru Bi < 3, cazul frecvent al elementelor uzuale,

ϕ (Bi) = 1.12 – 1.15. EcuaŃia (VI.9) devine:

=τ⋅−⋅⋅α+α⋅+τ

τ⋅ )()]([

)(p2Rrcvp

p tB1FSd

tdMc

Locrev3Rrpa1Rrcvp SatBFStBFS ⋅τ+τ⋅⋅⋅α⋅+τ⋅⋅⋅α+α⋅= )()()()(

(VI.10)

EcuaŃia (VI.8) conduce la expresia temperaturii medii volumice

a aerului ta (τ):

)()()( τ+τ⋅=τ 1p1a FtCt (VI.11)

în care:

1

T2Ecv1 Num

S1BSC

])([)(

+−⋅⋅α=τ

)(

)()()()()(

τ

⋅τ+τ⋅⋅α⋅+τ⋅⋅ρ⋅⋅τ=τ

1

Loccvev3cvEepaa1 Num

SatBStcVnF

)()()( 1ETcvpaa1 BSScVnNum ⋅−⋅α+⋅ρ⋅⋅τ=τ

EcuaŃia (VI.10) prin explicitarea temperaturii ta (τ) capătă

forma:

)()()()(

τ=τ⋅τ+τ

τ2p

p FtDd

td (VI.12)

în care:

]})([)]([{)( 112Rr1cvp BCB1FC1

Mc

SD ⋅τ−−⋅⋅α+τ−⋅α⋅=τ

123

)()]()()[()( τ⋅+τ⋅⋅⋅α+τ⋅⋅⋅α+α⋅=τ rLoc

ev3Rr11Rrcvp

2 aMcS

tBFFBFMc

SF

EcuaŃiei (VI.12) i se asociază condiŃia iniŃială (valoare

arbitrară, dar cu sens fizic):

0pp t0t ==τ )( (VI.13)

Sistemul format din ecuaŃia (VI.12) şi condiŃia (VI.13) se

bucură de proprietatea de ergodicitate, fapt care se traduce în

stingerea rapidă a efectelor condiŃiei de iniŃializare (VI.13). Practic,

dacă se consideră un interval de 10 zile ca interval de iniŃializare

(∆ τin = = 240 h), în intervalul menŃionat se stinge orice efect al valorii

0pt asupra soluŃiei tp (τ) a ecuaŃiei (VI.12).

O cale practică de integrare a ecuaŃiei diferenŃiale neomogene

(VI.12) constă în aproximarea funcŃiilor D (τ) şi F2 (τ) cu câte un

contur poligonal cu pas constant sau variabil de timp ∆ τ.

Pentru fiecare interval de timp ∆ τ, funcŃiile D (τ) şi F2 (τ) se

aproximează cu forma liniară:

11 nmD +τ=τ)( (VI.14.1)

222 nmF +τ=τ)( (VI.14.2)

în care coeficienŃii „m“ şi „n“ se determină în funcŃie de valorile reale

ale funcŃiilor D (τ) şi F2 (τ) la momentele 0 (corespunzător

momentului τj – 1) şi ∆ τ (corespunzător momentului τj), după cum

urmează:

τ∆

τ−τ= − )()( 1jj

1

DDm , )( 1j1 Dn −τ= (VI.15)

τ∆

τ−τ= − )()( 1j2j2

2

FFm , )( 1j22 Fn −τ= (VI.16)

124

EcuaŃia (VI.12) se integrează pentru fiecare interval de timp

∆ τ, iar soluŃia tp (τ = ∆ τ) devine condiŃie iniŃială pentru intervalul

următor de timp ∆ τ. În funcŃie de alura funcŃiilor D (τ) şi F2 (τ)

intervalele de discretizare ∆ τ pot fi inegale astfel încât eroarea de

aproximare a funcŃiei cu valoare maximă dintre funcŃiile D (τ) şi F2 (τ)

să fie cât mai redusă.

łinând seama de relaŃiile (VI.14.1), (VI.14.2), (VI.15) şi

(VI.16), ecuaŃia (VI.12) devine:

22pj11pj nmtnmd

td+τ⋅=τ⋅+τ⋅+

τ

τ)()(

)(, ],[ τ∆∈τ∀ 0

(VI.17)

cu condiŃia de iniŃializare:

0j p1jp tt =τ − )( (VI.18)

Cu schimbarea de variabilă )(, 11 nma707110z +τ⋅⋅⋅= , în

care 11ma −= , se obŃine soluŃia analitică:

+−−−⋅+−−⋅= )]}zz([exp1{mm

)]zz([exp)z(t)z(t 20

21

1

220

210p1p

+⋅−

+⋅⋅−⋅

⋅−⋅+ ∑ ∑

= =

n

0j

n

0j

j0

j12

111

22 )1j2(!j

z

)1j2(!j

z)z(expn

mm

n4142,1

(VI.19)

care devine soluŃie iniŃială pentru următorul interval de timp ∆ τ,

cuprins între momentul τj şi τj + 1.

Utilizarea relaŃiei (VI.19) implică următorii paşi de calcul:

1. Pentru τ = 0 se cunoaşte valoarea iniŃială arbitrară 0pt .

2. Se determină z0 = 1na707110 ⋅⋅, , căreia i se asociază

valoarea 0pt .

125

3. Se determină )(, 111 nma707110z +τ∆⋅⋅⋅= , cu care se

determină noua valoare )z(t 1p1, conform relaŃiei (VI.19).

4. Valoarea )z(t 1p1 se asociază cu coordonata transformată z1.

Pe baza relaŃiilor (VI.19) (VI.11), (VI.6), (VI.4) şi (VI.5), se determină toate valorile temperaturilor din spaŃiul ocupat, în lipsa intervenŃiei instalaŃiilor de climatizare, dar prin controlul ratei de ventilare a spaŃiilor (ventilare mecanică).

Se impune o menŃiune specială în ceea ce priveşte rata de

ventilare na (τ) a spaŃiului ocupat.

1. În cazul ventilării mecanice a spaŃiului ocupat, valorile na (τ) pot fi reglate în funcŃie de un program stabilit de utilizatori astfel încât se poate adopta un profil diurn, caracteristic atât spaŃiului deservit, cât şi parametrilor climatici ai fiecărei zile din sezonul estival.

2. În cazul ventilării naturale a spaŃiilor, valorile ratei de

ventilare na (τ) se stabileşte în funcŃie de diferenŃa de temperatură

dintre aerul din interior, caracterizat de temperatura ta (τ), şi aerul

exterior, caracterizat de temperatura te (τ), conform relaŃiei:

0apa

300eaFD

a ncV

ttS5928n +

⋅ρ⋅

τ−τ⋅⋅=τ

,)()(,

)( [s – 1] (VI.20)

în care:

SFD – suprafaŃa liberă a ferestrelor deschise [m];

0an – rata de ventilare caracteristică ferestrelor închise [sch / h].

Valoarea 0an depinde de lungimea rosturilor mobile ale

ferestrelor închise L0, precum şi de coeficientul de infiltraŃii,

caracteristic tipului de fereastră, şi se determină cu relaŃia:

VLi

1510n 0a0

⋅⋅= , [sch / h] (VI.21)

126

Utilizarea valorii absolute pentru diferenŃa de temperatură

ta (τ) – te (τ) este necesară pentru determinarea valorii reale a

funcŃiei na (τ).

Din punct de vedere fizic este suficientă cunoaşterea valorii

na (τ). Sensul transferului de căldură de natură convectivă dintre

spaŃiile puse în contact termic convectiv (ferestre deschise) este dat

de semnul diferenŃei de temperatură ta (τ) – te (τ).

Rezolvarea problemei, care beneficiază de metode numerice

rapid convergente (Runge-Kutta de ordinul 4), pentru cazul ventilării

naturale a spaŃiilor, respectiv determinarea variaŃiei funcŃiei tp (τ),

implică o abordare de tip iterativ, numărându-se paşii de calcul

conform schemei cu control al convergenŃei soluŃiei specifice

metodei numerice Runge-Kutta de ordinul 4.

RelaŃiile de calcul sunt:

– (VI.11) pentru determinarea temperaturii medii volumice

a aerului ta (τ);

– (VI.12) asociată cu (VI.13) pentru determinarea funcŃiei

tp (τ).

Rata de ventilare, variabilă în timp, na (τ), se determină cu

relaŃia:

VLi

002820V

ttS02370n 0

300eaFD

a⋅

⋅+τ−τ⋅

⋅=τ ,)()(

,)(

,

[sch / h]

(VI.22)

Este recomandată utilizarea metodei în special în orele de

ventilare naturală necontrolată a spaŃiilor din sezonul cald (aşa

numita ventilare nocturnă a spaŃiilor). Metoda constituie un

instrument destul de precis de simulare a comportamentului termic şi

aeraulic al spaŃiilor ocupate în lipsa dotării acestora cu instalaŃii de

climatizare. Cunoaşterea variaŃiei probabile a temperaturii ta (τ) în

127

ziua senină de vară oferă posibilitatea fie a modificării configuraŃiei

energetice a unei clădiri aflată în stadiu de proiect, fie a căutării

soluŃiilor pasive care pot limita disconfortul termic în clădirile

existente, care sunt supuse activităŃii de modernizare energetică.

În ambele cazuri o depăşire, într-un interval de timp de

maximum 2 h în ziua senină a lunii iulie, a temperaturii interioare

rezultante de confort termic, ti0v, impune intervenŃii, într-o primă

etapă, de natură pasivă (fără consum de energie) şi, dacă acestea

nu rezolvă starea de disconfort, se apelează, într-o a doua etapă, la

climatizarea spaŃiilor ocupate (dotarea cu instalaŃii termice de

realizare a confortului termic şi fiziologic).

În ceea ce priveşte metoda de calcul care face obiectul

cap. II.2.3 din metodologia de calcul Mc 001 / 2006, metodă preluată

din standardul european devenit standard naŃional SR EN 13792 /

2005, nu se pot face comentarii metodologice deoarece forma de

prezentare, în ambele documente invocate, este cea a unui şir de

relaŃii de calcul şi a unor ipoteze mai mult sau mai puŃin justificate.

Prin urmare nu se recomandă utilizarea metodei SR EN 13792 / 2005 în activitatea de proiectare energetică a clădirilor sau de certificare energetică a acestora. În sprijinul celor afirmate vine

chiar exemplul de calcul din SR EN 13792 / 2005 (Anexa E), în care

amplitudinea diurnă de cca. 10°C a variaŃiei temperaturii din incinta

test este complet nesusŃinută fenomenologic (metoda simplificată

atestă t.min = 27,4°C şi t.max. = 36,1°C, iar metoda admitanŃei

conduce la valorile t.min. = 27,4°C, respectiv t.max. = 36,8°C). Astfel

de amplitudini se pot înregistra fie în încăperi complet lipsite de

capacitate termică, fie în încăperi ale căror elemente de anvelopă

sunt de tip uşor sau exclusiv vitrate – ambele cazuri neputând

constitui suportul unor exemple de calcul reprezentative. În

concluzie, în lipsa atât a validării experimentale, demonstrată fără

echivoc în cap. VI.1.3 al lucrării, cât şi a suportului teoretic care

să delimiteze domeniul de aplicare a metodei care face obiectul

128

SR EN 13792 / 2005, considerăm că nu se justifica aplicabilitatea

metodelor standardizate ca instrument de calcul dinamic. Detalii cu

privire la testele de validare experimentală a metodelor de calcul

sunt prezentate în cele ce urmează.

VI.1.3. Validarea experimentală a metodelor de calcul

VI.1.3.1. Metoda de calcul tac (τ) INCERC Bucureşti

Prima fază a lucrări are drept obiect validarea algoritmului de

calcul al variaŃiei temperaturii în interior unui spaŃiu nedotat cu

instalaŃie de răcire şi ventilare mecanică, în sezonul cald.

Elementul de referinŃă îl reprezintă variaŃia temperaturii aerului

în interiorul Clădirii Experimentale INCERC Bucureşti (CE INCERC

Bucureşti) în sezonul cald 2008, respectiv 1.07.2008-10.09.2008.

Clădirea a fost ventilată natural, exclusiv prin fantele cu care sunt

prevăzute uşile şi o parte din ferestre, respectiv spaŃiul solar care a

asigurat evacuarea aerului din clădire prin efect de termosifon.

S-au înregistrat continuu valorile temperaturilor şi ale

intensităŃii radiaŃiei solare. Validarea s-a realizat prin determinarea

prin calcul a variaŃiei temperaturii aerului interior tac (τ), cu pasul de

timp de o oră şi prin identificarea caracteristicii de ventilare a clădirii

(rata de ventilare), impunându-se două condiŃii, după cum urmează:

– minimizarea diferenŃei de temperatură amac tt − , în care

mediile s-au calculat pe intervalul de timp susmenŃionat;

– minimizarea abaterii medii pătratice între valorile orare

ale temperaturii aerului, cu referire la valori calculate tac (τ) şi

valori măsurate tam (τ), determinată cu relaŃia: 500n

1j

2amac

t 1nn

tt

a

,

)(

)]()([

−

τ−τ=σ

∑=

129

O altă precizare în ceea ce priveşte gradul de încredere al metodei de calcul adoptate este dată de încadrarea diferenŃelor

dintre valorile orare de temperatură tac (τ) – tam (τ) în plaja de admi-

sibilitate de ± 1°C. Gradul de încredere se evaluează ca procentaj

din numărul maxim de ore, al orelor în care se realizează condiŃia:

C1tt amac °≤τ−τ )()(

Cele trei elemente menŃionate conduc la îndeplinirea condiŃiei

de validare a metodei de calcul testate.

S-a avut în vedere două metode de calcul, respectiv metoda

elaborată de INCERC Bucureşti, cu variantele:

– complexă, bazată pe Răspunsul Termic Unitar al

elementelor de închidere opace supraterane;

– simplificată, bazată pe soluŃia analitică a ecuaŃiei inte-

grale a conducŃiei căldurii prin elemente de închidere opace

supraterane considerate sub forma structurilor omogene

echivalente.

În ceea ce priveşte transferul de căldură la frontiera dintre

clădire şi sol, acesta s-a considerat sub forma determinării tempe-

raturii exterioare de contur tsc (τ), în raport cu o temperatură

exterioară rezultată din succesiunea valorilor medii lunare (rezultate

din măsurări) ale temperaturilor exterioare reale, sub forma unei

funcŃii spline de tip polinomial. Coeficientul de cuplaj termic specific

frontierei clădire-sol s-a determinat în funcŃie de suprafaŃa utilă

măsurată la nivelul pardoselii clădirii, Spard.

Datele de intrare pentru utilizarea metodei INCERC sunt

următoarele:

• SpaŃiul interior şi elemente de frontieră:

αcv = 3 W / m2K

αr = 5 W / m2K

130

αi = 12,46 W / m2K (conform relaŃiei de definire)

SE = 157,66 m2

SPi = 215,08 m2 (inclusiv pardoseala clădirii)

ST = 372,74 m2

Mci = 41,40 MJ / K (elemente interioare de construcŃie)

αabs PE = 0,40

αabs AC = 0,80

280F ,=τα&

5150RF ,= m2K / W

αe (elemente adiacente mediului exterior natural) =

= 17 W / m2K

sseα (element adiacent spaŃiului solar) = 1,364 W / m2K

CS Ac = 0,80

CS Pe = 0,38 2

F m63SE

,=

2PE m0616S

E,=

2SSPES m1023S ,)( =

2PEN m2017S ,=

2FV m465S ,=

2pard m8064S ,=

2AC m8066S ,=

Pregătirea datelor necesare calcului tac (ττττ)

Metoda complexă de calcul (RTU)

• PereŃii exteriori verticali supraterani (cu excepŃia peretelui

adiacent spaŃiului solar, orientat S)

131

InfluenŃa punŃilor termice K/W984,15L =ψ∑ este preluată

de către stratul termoizolant (polistiren expandat) a cărui conducti-

vitate termică modificată devine λv = 1,6484 W / mK. Rezultă o

structură de tip tristrat cu proprietăŃile (de la interior la exterior):

Material Grosime λλλλ ρρρρ c a

Tencuială 0,01 0,890 1.700 1840 6,275 ⋅ 10 – 7

BCA*) 0,29 0,165 11825 1870 2,300 ⋅ 10 – 7

Polistiren 0,06 1,648 17120 1460 5,645 ⋅ 10 – 5

λBCA determinată experimental

• Acoperişul termoizolat interior 8,66L =ψΣ W/K, cu conse-

cinŃă în modificarea conductivităŃii termice reprezentată de vata

minerală:


Gips carton 0,012 0,210 2.700 1840 3,57 ⋅ 10 – 7

Vată minerală 0,100 0,074 2.100 1750 9,88 ⋅ 10 – 7

Beton armat 0,080 1,740 2.500 1840 8,29 ⋅ 10 – 7

BCA 0,020 0,294 2.825 1870 4,10 ⋅ 10 – 7

Tencuială 0,010 0,890 1.700 1840 6,28 ⋅ 10 – 7

• Peretele adiacent spaŃiului solar 0L =ψΣ


Tencuială 0,01 0,890 1.700 .1840 6,275 ⋅ 10 – 7

BCA 0,29 0,165 2.825 .1870 2,300 ⋅ 10 – 7

Polistiren 0,06 0,044 2.520 1.460 1,507 ⋅ 10 – 6

Beton armat 0,02 1,740 2.840 1840 8,280 ⋅ 10 – 7

132

Pentru fiecare din elementele de încălzire menŃionate s-a

determinat Răspunsul Termic Unitar (RTU) prin două metode:

– metoda analitică, prin programul INVAR, prin care se

determină RTU pentru fiecare strat în parte )()( }{,}{ nk

nk YX şi

apoi prin procedura de convoluŃie în raport cu temperaturile

mediilor adiacente se determină qi (τ) – densitatea de flux

termic la suprafaŃa (considerată izotermă) adiacentă mediului

interior [W / m2K] şi apoi temperatura exterioară virtuală

)(τnevt cu relaŃia: )()( τ⋅−=τ inniev qRtt

0n (n – număr de ordine

al elementului de închidere opac);

– metoda numerică, prin programul ANSYS, prin care

rezultă Răspunsul Termic Unitar al întregii structuri nn YX }{,}{

şi apoi prin convoluŃie se determină qin (τ) şi )(τnevt .

FuncŃia de excitaŃie termică în ambele cazuri este semnalul

Dirac. Practic răspunsurile obŃinute prin cele două metode sunt identice.

În cazul metodei simplificate de calcul s-a determinat pentru

fiecare element de închidere opac structura echivalentă omogenă şi

apoi, prin utilizarea ecuaŃiei integrale a căldurii, s-a determinat

temperatura exterioară virtuală )(tnev τ′ .

Structurile de închidere echivalente omogene au următoarele

proprietăŃi:

• PereŃi exteriori supraterani (cu excepŃia peretelui adiacent

spaŃiului solar:

Grosime λλλλ ρρρρ c a

0,722 0,40 2.000 .150 1,334 ⋅ 10 – 6

133

• Acoperiş:


0,443 0,206 2.000 .150 6,883 ⋅ 10 – 7

• Perete adiacent spaŃiului solar:


0,806 0,248 2.000 .150 8,272 ⋅ 10 – 7

Odată determinate valorile )(tnev τ , respectiv )(t

nev τ′ s-a

aplicat metoda analitică de determinare succesivă a variaŃiei

temperaturii elementelor interioare de construcŃie tp (τ) şi apoi a

variaŃiei temperaturii aerului interior tac (τ). Elementul variabil a fost

reprezentat de rata de ventilaŃie an a clădirii, considerată prin

valoarea sa medie sezonieră.

Determinarea câmpului de temperaturi tac (τ) s-a făcut cu

condiŃia realizării egalităŃii:

amac tt =

în care:

T

tt

T

1mac

ac

∑=

τ=

)(

T

tt

T

1mam

am

∑=

τ=

)(

în care T reprezintă numărul de ore de regim termic stabilizat.

Stabilizarea regimului termic este consecinŃa proprietăŃii de

ergodicitate a ecuaŃiilor de transfer de căldură, proprietate care face

ca într-un interval de timp relativ redus (maxim 10 zile) orice condiŃie

iniŃială să nu se mai resimtă în soluŃia problemei. EcuaŃia funda-

134

mentală de transfer de căldură de tip integral la nivelul structurii

anvelopei, asociată cu ecuaŃia caracteristică elementelor interioare

generează un sistem cu două condiŃii iniŃiale (arbitrare) a căror

influenŃă se stinge în intervalul de timp menŃionat (pentru structurile

comune).

Egalitatea menŃionată se realizează pentru o valoare an .

O consecinŃă suplimentară priveşte aşa numitul grad de

încredere al operaŃiunii de validare exprimat prin raportul dintre

numărul de ore în care:

C1tt amac °≤τ−τ )()(

şi numărul total de ore de măsurare, corelat cu abaterea medie

pătratică care, la rândul său variază în raport cu an .

Va fi declarată soluŃie finală acea soluŃie care verifică

simultan condiŃiile:

)Suficienta()1T(T

)](t)(t[min))(t(

)Necesara(1oretotal.Nr

}1)(t)(t{ore.Nr

)Necesara(0tt

5,0T

1

2amac

a

amac

amac

−

τ−τ=τσ

=≤τ−τ

=−

∑

care conduce la soluŃia an pe baza căreia se determină tac (τ).

Pe baza modelului matematic de prelucrare a datelor s-au

efectuat atât identificarea menŃionată, cât şi analiza de tip studiu de

caz.

În continuare se prezintă rezultatele identificării şi studiile de

caz.

135

Identificarea valorii an prin prisma criteriilor menŃionate

În graficul din fig. VI.8 se prezintă funcŃia )),(( aa nt τσ . Se

constată că simultan cu îndeplinirea condiŃiilor necesare (N) se

îndeplineşte şi condiŃia suficientă (S) pentru hsch320na /,= , valoare

fizic acceptabilă, Ńinând seama de sistemul de ventilare adoptat

(evacuare exclusiv prin sfera spaŃiului solar).

În graficul din fig. VI.9 se demonstrează realizarea gradului de

încredere de 100 % prin plasarea tuturor valorilor în intervalul

C1tt amac °≤τ−τ )()( .

În graficul din fig. VI.10 se prezintă sintetic corelarea tac (τ) =

= f [tam (τ)] sub forma dreptei de regresie cu ecuaŃia:

tac (τ) = 1,0206 ⋅ tam (τ) – 0,6351

R2 = 0,9523

extrem de apropiată de bisectoarea întâi care semnifică coincidenŃa

tac (τ) = tam (τ).

În graficul din fig. VI.11 se prezintă curba clasată a valorilor

)()( τ−τ amac tt . Practic se citeşte pe ordonată o valoare care

reprezintă numărul de ore în care diferenŃa xtt amac ≤τ−τ )()( ,

valoare înscrisă pe abscisă.

În graficul din fig. VI.12 se prezintă, pe intervale de valori

)()( τ−τ amac tt cu pasul de 0,1°C, numărul de ore în care se

înregistrează diferenŃa din abscisă.

136

y =

0,02

79x2 -

0,01

74x

+ 0,

0114

R2 =

0,9

997

0,00

86

0,00

87

0,00

88

0,00

89

0,00

9

0,00

91

0,00

92

0,00

93

0,00

94

0,2

0,22

0,24

0,26

0,28

0,3

0,32

0,34

0,36

0,38

0,4

0,42

0,44

0,46

0,48

na [s

ch./h

]

ab.med.patratica [°C]

Fig. VI.8. Determinarea celei mai probabile valori a ratei medii de ventilare

a CE INCERC BUCUREŞTI – vara 2008, regim termic necontrolat –

grad de încredere 100 %

137

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,20,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 25

035

045

055

065

075

085

095

010

5011

5012

5013

5014

5015

5016

5017

50

mom

entu

l [h]

tac- tam [°C]

del.t

a

ab.m

ed.p

atr.

med

.(tat

-tam

)

Fig. VI.9. Împrăştierea valorilor orare calculate "tac" în jurul

valorilor orare măsurate "tam" – CE INCERC Bucureşti,

vara 2008 – regim termic natural (na.med. = 0.32 sch/h)

138

term

ic n

econ

trol

at –

na.

med

ie =

0.3

2 sc

h/h

– C

E IN

CE

RC

Buc

ureş

ti

y =

1,02

06x

- 0,6

351

R2 =

0,9

523

28,0

28,5

29,0

29,5

30,0

30,5

31,0

31,5

32,0

32,5

33,0

33,5 28

,028

,529

,029

,530

,030

,531

,031

,532

,032

,533

,0

ta.m

[°C

]

ta.m, ta.teoretic [°C]

ta -

t

tac-

m

Fig. VI.10. Corelarea valorilor orare calculate şi măsurate ale

temperaturilor aerului în vara 2008 – regim termic necontrolat –

na.medie = 0.32 sch/h – CE INCERC Bucureşti

139

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Dife

rent

a su

b "x

" [°

C]

Numar aparitii

Fig. VI.11. Valoarea cumulată a numărului de ore în care diferenŃa,

în modul, dintre valoarea calculată şi cea măsurată a temperaturii

aerului interior este inferioară valorii din abscisă – CE INCERC

BUCUREŞTI (VII-IX 2008)

140

392

351

267

229

137

53

30

87

00

050100

150

200

250

300

350

400

450

n<0.

10.

1<n<

0.2

0.2<

n<0.

30.

3<n<

0.4

0.4<

n<0.

50.

5<n<

0.6

0.6<

n<0.

70.

7<n<

0.8

0.8<

n<0.

90.

9<n<

1.0

n>1

Inte

rval

[°C

]

Numar aparitii

Fig. VI.12. Numărul de ore în care valoarea modulului diferenŃei dintre

temperatura aerului interior, calculată şi măsurată aparŃine

intervalului din abscisă – CE INCERC BUCUREŞTI (VII-IX 2008)

141

În graficele din fig. VI.13 şi fig. VI.14 se prezintă valorile

relative la totalul orelor de măsurare. Cea mai sugestivă este

fig. VI.13 care atestă faptul că în 90 % din cazuri valorile

C450tt amac °≤τ−τ ,)()( , ceea ce reprezintă o validare cu caracter

excepŃional a modelului matematic utilizat. Cu referire la acesta se

face sublinierea că graficele prezentate s-au determinat pe baza

modelului simplificat care coincide, practic, ca performanŃă cu

modelul complex. Meritul modelului simplificat este acela de a utiliza

exclusiv relaŃii de calcul algebrice, simplu de implementat într-o filă

de calcul tabelar.

În graficul din fig. VI.15 se prezintă variaŃia orară a tempera-

turilor semnificative ale CE INCERC Bucureşti în vara 2008, din care

se disting trei aspecte:

– suprapunerea aproape perfectă a tac (τ) cu tam (τ);

– evidenŃierea intervalului de stabilizare de la momentul 0

la momentul 240;

– disconfortul pronunŃat caracteristic clădirii slab ventilată

pe toată durata sezonului de măsurări (01.07-09.09.2008).

142

2030405060708090100

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Dife

rent

a di

ntre

tem

pera

turi

[°C

]

Frecventa de aparitie [%]

Fig. VI.13. FrecvenŃa cumulată a numărului de ore în care valoarea

modulului diferenŃei dintre temperatura aerului calculată şi cea măsurată

este inferioară celei din abscisă – CE INCERC BUCUREŞTI (VII-IX 2008)

143

26,5

9

23,8

1

18,1

1

15,5

4

9,29

3,60

2,04

0,54

0,47

0,00

0,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,0

0

12,0

0

14,0

0

16,0

0

18,0

0

20,0

0

22,0

0

24,0

0

26,0

0

28,0

0

30,0

0

n<0.

10.

1<n<

0.2

0.2<

n<0.

30.

3<n<

0.4

0.4<

n<0.

50.

5<n<

0.6

0.6<

n<0.

70.

7<n<

0.8

0.8<

n<0.

90.

9<n<

1.0

n>1

Dife

rent

a de

tem

para

tura

[°C

]

Frecventa de aparitie [%]

Fig. VI.14. FrecvenŃa numărului de ore în care modulul diferenŃei dintre

valorile calculate şi cele măsurate ale temperaturii aerului interior

aparŃine intervalului din abscisă – CE INCERC BUCUREŞTI (VII-IX 2008)

144

121416182022242628303234363840

012

024

036

048

060

072

084

096

010

8012

0013

2014

4015

6016

80

mom

entu

l [ h

]

tam, tac, te, tev.med, ti0 confort [°C]

te ta -

t

tac-

m

tev.

med

.

ti0

Fig. VI.15. EvoluŃia temperaturilor semnificative caracteristice CE INCERC

Bucureşti – vara 2008 – regim termic liber (01.07.08-08.09.08)

145

De remarcat şi diferenŃa semnificativă între te (τ) – măsurate –

şi )(tve τ – calculate, acestea din urmă reprezentând temperaturile

care trebuie luate în calcul în ipoteza (extrem de avantajoasă

procedural) considerării transferului de căldură în regim staŃionar în

analiza clădirilor.

În graficul din fig. VI.16 se prezintă evoluŃia diferenŃei de

temperatură între valorile calculate şi cele măsurate şi a abaterii

medii pătratice în primul interval de 10 zile (240 de ore). Ambii

parametri atestă proprietatea de ergodicitate menŃionată anterior.

În suita de figuri de la fig. VI.17 la fig. VI.23 se prezintă variaŃia

orară tac (τ), tam (τ), te (τ), )(t medevτ şi confi0t , valoare fixată la

27°C. Se constată foarte buna estimare a regimului termic obŃinută

prin modelul de calcul INCERC, validată prin practic coincidenŃa

curbelor tac (τ) şi tam (τ).

În concluzie modelul de calcul tac (τ) propriu metodei INCERC

se consideră validat experimental.

146

-2,6

-2,2

-1,8

-1,4

-1,0

-0,6

-0,20,2

020

4060

8010

012

014

016

018

020

022

024

0

ora

de la

01.

07.0

8 or

a 0:

00

del.ta [°C]

0,0

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,5

ab.med. patratica ta [°C]

del.t

a

ab.m

ed.p

atr.

Fig. VI.16. Eroarea absolută şi abaterea medie pătratică proprii valorilor teoretice şi măsurate ale temperaturii aerului în intervalul de iniŃializare

01.07.2008-10.07.2008 – CE INCERC BUCUREŞTI – regim termic natural

147

121416182022242628303234363840

020

4060

8010

012

014

016

018

020

022

024

0

ora,

cu

ince

pere

de

la o

ra 0

:00,

01.

07.2

008

ta-teoretic, ta-masurat, te, tev.med, ti0 conf. [°C]

te ta -

t

tac-

m

tev.

med

.

ti0

Fig. VI.17. Temperatura interioară a aerului calculată şi măsurată

în intervalul 01.07.2008-10.07.2008 ca interval de iniŃializare

(na = 0.32 sch/h) – CE INCERC BUCUREŞTI

148

16182022242628303234363840

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

ora

[h]

ta - teoretic, ta - masurat, te, tev. med, ti0 + conf. [°C]

te ta-t

tac-

m

tav.

med

.ti0


în intervalul 11.07.2008-20.07.2008 (na = 0.32 sch/h) –

CE INCERC BUCUREŞTI

149

14161820222426283032343638

480

500

520

540

560

580

600

620

640

660

680

700

720

ora

[h]

ta - teoretic, ta - masurat, te, tev.med, tio + conf [°C]

te ta-t

tac-

m

tev.

med

.ti0




150

16182022242628303234363840

720

740

760

780

800

820

840

860

880

900

920

940

960

ora

[h]

ta - teoretic, ta - masurat, te, tev.med., ti0 - conf. [°C]

te ta-t

tac-

m

tev.

med

.

ti0




151

18202224262830323436384042

960

980

1000

1020

1040

1060

1080

1100

1120

1140

1160

1180

1200

ora

[h]


te ta-t

tac-

m

tev.

med

.ti0

Fig. VI.21. Temperatura interioară a aerului calculată şi măsurată în

intervalul 10.08.2008-19.08.2008 (na = 0.32 sch/h) –


152

182022242628303234363840

1200

1220

1240

1260

1280

1300

1320

1340

1360

1380

1400

1420

1440

ora

[h]


te ta -

t

tac

- m

tev.

med

.

ti0

Fig. VI.22. Temperatura interioară a aerului calculată şi măsurată în

intervalul 20.08.2008-29.08.2008 (na = 0.32 sch/h) –


153

1214161820222426283032343638

1440

1460

1480

1500

1520

1540

1560

1580

1600

1620

1640

1660

1680

1700

1720

ora

[h

]

ta - teoretic, ta - masurat, te, tev.med., ti0 - conf [°C]

te ta -

t

tac

- m

tev.

med

.

ti0




154

VI.1.3.2. Metoda de calcul conform standardului european

SR EN 13792 / 2005

O a doua metodă de calcul, oficială, prezentată în Metodologia autohtonă de calcul Mc 001 / 2006 (şi preluată din standardul european transpus în standard naŃional SR EN 13792 / 2005) a fost

utilizată pentru determinarea tac (τ). În lucrarea de faŃă, algoritmul SR

EN 13792 / 2005 a fost utilizat în scop de validare experimentală pe suportul experimentărilor efectuate în CE INCERC Bucureşti, în vara anului 2008. Rezultatul aplicării algoritmului SR EN 13792 / 2005

este prezentat sub formă grafică în fig. VI.24, sub forma curbei tac (τ),

alături de tac INCERC (τ) şi tam (τ). DiferenŃa dintre tac Mc 001 / 2006 şi

celelalte două curbe este evidentă.

În graficul din fig. VI.25 se prezintă corelarea tac INCERC (τ) şi

tac Mc 001 / 2006 (τ) cu tam (τ), pentru intervalul de timp în care procesele

termice sunt stabilizate ( h240>τ ). Atât ecuaŃia dreptei de regresie:

tac Mc 001 / 2006 (τ) = 0,9247 ⋅ tam (τ) + 3,183,

cât şi gradul de corelare

R2 = 0,6707

demonstrează inconsistenŃa metodei de calcul recomandată prin standardul european preluat prin traducere ca standard naŃional, SR EN 13792 / 2005.

Pe de altă parte valorile de temperatură sensibil superioare obŃinute prin utilizarea standardului european SR EN 13792 / 2005, anulează practic posibilitatea adoptării unor soluŃii pasive de răcire a clădirilor în condiŃiile climatice ale României, conducând la concluzia necesităŃii utilizării fără excepŃie a sistemelor de climatizare în sezonul estival. Calculul desfăşurat conform procedurii prezentate în lucrarea de faŃa conduce la rezultate apropiate de realitatea fizică şi permite cuantificarea corectă a efectului cumulat al soluŃiilor pasive de diminuare a disconfortului în spaŃiile ocupate, în sezonul cald.

155

2829303132333435

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

mom

entu

l [h]

tam, tac.INCERC, tac.Mc001/2006 [°C]ta

c.IN

CE

RC

tam

tacM

c001

Fig. VI.24. VariaŃia orară a temperaturii aerului măsurată şi calculată

conform procedură INCERC şi metoda Mc 001/2006 (SR EN 13792/2005) –

CE INCERC Bucureşti, vara 2008 – regim termic liber

156

y =

1,02

06x

- 0,

6361

R2 =

0,9

523

y =

0,92

47x

+ 3,

183

R2 =

0,6

707

2829303132333435

2828

,529

29,5

3030

,531

31,5

3232

,533

tam

[°C

]

tam, tac. INCERC, Mc001/2006 [°C]

tac.

INC

ER

C

tam

.

tac

Mc0

01

Fig. VI.25. Corelarea valorilor orare ale temperaturilor calculate

(INCERC, Mc001/2006 – SR EN 13792/2005) ale aerului în

CE INCERC Bucureşti cu valorile corespunzătoare măsurate – vara 2008

157

VI.2. Ventilare mecanică controlată şi răcire în sezonul cald

VI.2.1. Organizarea experimentărilor în cadrul


Monitorizarea clădirii experimentale INCERC se realizează

prin intermediul unui sistem de achiziŃie de date complex în vederea

determinării parametrilor termodinamici necesari evaluării performan-

Ńei energetice în condiŃii reale de funcŃionare, prin măsurări de lungă

durată – cu referire la sezonul cald, cu ventilarea mecanică şi

climatizarea spaŃiilor, după cum urmează:

- temperatura aerului în spaŃiile încălzite ale clădirii

experimentale;

- temperatura elementului de captare a radiaŃiei solare

(pe suprafaŃă şi în grosime);

- gradientul termic al aerului în sera captatoare (gradient

vertical şi orizontal);

- temperatura exterioară;

- intensitatea totală şi difuză a radiaŃiei solare în plan

orizontal;

- fluxul termic la nivelul peretelui SUD măsurat la

suprafaŃa interioară a peretelui menŃionat;

- temperatura pe suprafaŃa interioară a peretelui SUD;

- debitul de aer de ventilare introdus în casa experimentală;

- cantitatea de căldură extrasă din spaŃiul răcit, prin

măsurarea puterii electrice consumate de aparatul de

climatizare şi a fluxului termic evacuat prin unitatea exterioară

a aparatului de climatizare,

- umiditatea relativă a aerului interior şi exterior,

- presiunea atmosferică,

158

- diferenŃa de temperatură între spaŃiul interior şi cel

exterior,

- explorare în infraroşu:

interior: PereŃi Exteriori,

exterior: PereŃi Exteriori, seră.

Casa experimentală a fost dotată cu un aparat de climatizare

tip SPLIT, model Nordstar KFR-35GW/AGX1c, având puterea de

răcire 12.000 Btu/h. De asemenea a fost realizat un sistem de

asigurare a aerului de ventilare cu două trepte de ventilare: un debit

care asigură necesarul de aer proaspăt pentru confort fiziologic (cca.

0,6 sch/h), respectiv un debit de ventilare nocturnă, pentru răcirea

liberă în timpul nopŃii în cazul în care temperatura aerului exterior o

permite (cca. 8,5 sch/h).

În intervalul cald al zilei, clădirea este ventilată mecanic cu

debitul care asigură valoarea constantă a numărului de schimburi de

aer necesar asigurării confortului fiziologic, respectiv na = 0,6 sch/h şi

este climatizată la temperatura interioară a aerului fixată la nivelul

aparatului de climatizare. În perioadele în care temperatura

exterioară a aerului este cu cel puŃin 3°C mai scăzută decât

temperatura aerului interior (de regulă în timpul nopŃii), cu condiŃia ca

temperatura interioară să nu aibă valori mai mici de 23 … 24°C,

debitul de ventilare se modifică automat (prin comutarea funcŃionării

ventilatoarelor V2 şi V3), asigurându-se debitul de ventilare

corespunzător na = 8,5 sch/h pentru răcirea liberă a clădirii.

În fig. VI.26 şi VI.27 se prezintă schemele standurilor pentru

măsurarea debitului de ventilare şi respectiv a fluxului termic evacuat

la nivelul unităŃii exterioare a aparatului de climatizare SPLIT din

clădirea experimentală INCERC.

159

Fig. VI.26. Determinarea debitului de aer introdus

în clădirea experimentală

Legendă

∆p - senzor presiune diferenŃială 0-100 Pa

p - senzor presiune absolută 0-1,6 bar(a)

t - senzor temperatură RTD Pt100

ϕ - senzor umiditate relativă 0-100% fără condensare

V2 - ventilator axial DN 100, debit nominal 100 m³/h

V3 - ventilator axial DN 315, debit nominal 1400 m³/h

CS - clapetă de sens (DN 100, DN 315)

D1 - dispozitiv de strangulare reglabil, DN 100, d = 60 … 70 mm

D2 - dispozitiv de strangulare reglabil, DN 315, d = 250 … 285 mm

160

Fig. VI.27. Determinarea fluxului termic evacuat

la nivelul unităŃii exterioare a aparatului de climatizare

Legendă

UE - Unitate exterioară SPLIT

∆p - senzor presiune diferenŃială 0-100 Pa

p - senzor presiune absolută 0-1,6 bar(a)

t - senzor temperatură RTD Pt100

ϕ - senzor umiditate relativă 0-100% fără condensare

V - ventilator axial DN 100, debit nominal 50 m³/h

D - dispozitiv de strangulare cu prize la flanşe, DN 100, d = 60 mm

Figurile VI.28 – VI.30 prezintă amplasarea tubulaturilor şi

modul de realizare a conexiunilor către sistemele de monitorizare,

înainte de termoizolarea sistemului.

Fig. VI.28. InstalaŃia de ventilare mecanică. Se poate observa unitatea

externă a sistemului de condiŃionare a aerului şi tubulaturile

de introducere a aerului proaspăt

∆p

D

p, t, ϕ

V UE t, ϕ

161

Fig. VI.29. Tubulatura instalaŃiei de ventilare mecanică (stânga).

Se poate observa standul experimental pentru determinarea

puterii frigorifice (dreapta)

162

Fig. VI.30. Ventilatoarele cu turaŃie reglabilă

163

LanŃul de măsurare utilizat în sezonul cald 2009 se compune

din două sisteme de achiziŃie a datelor: primul pentru monitorizarea

funcŃionării spaŃiului solar şi a parametrilor termodinamici caracte-

ristici spaŃiului condiŃionat, iar cel de-al doilea pentru măsurarea

parametrilor climatici relevanŃi.

VI.2.2. Prelucrarea datelor măsurate

Măsurările s-au desfăşurat în sezonul cald 2009, începând din

luna iulie 2008 până la mijlocul lunii august 2009.

Acest interval de realizare a măsurărilor a permis înregistrarea

unei perioade în care sistemul de climatizare nu a fost utilizat,

valorile relativ reduse ale temperaturii exterioare permiŃând menŃi-

nerea climatului interior prin ajustarea ventilării şi utilizarea ventilării

nocturne. În acest scop a fost conceput şi realizat un sistem de

asigurare a aerului proaspăt cu două trepte de ventilare: un debit

care asigură necesarul de aer proaspăt pentru confort fiziologic (cca.

0,6 sch/h), respectiv un debit de ventilare nocturnă, pentru răcirea

liberă în timpul nopŃii sau în orice alt interval orar în care temperatura

aerului exterior o permite (cca. 8,5 sch / h).

Ulterior, sistemul de climatizare a fost setat pe o valoare

inferioară a temperaturii interioare, ceea ce a condus la funcŃionarea

preponderentă a instalaŃiei de aer condiŃionat. Acest regim constituie

de asemenea o sursă deosebită de date experimentale utilizabile în

scopul validării programelor de calcul din domeniul termotehnicii

clădirilor, întrucât sunt monitorizaŃi parametrii intensivi relevanŃi la

nivelul incintelor clădirii, parametrii aerului exterior, puterea frigorifică

utilizată în scopul climatizării.

Sistemul implementat la CE INCERC poate fi analizat sub

forma a două sisteme independente, interconectate prin instalaŃia de

automatizare:

- sistemul de ventilare mecanica (fig. VI.26);

164

- instalaŃia de monitorizare a unităŃii exterioare a

aparatului de aer condiŃionat (fig. VI.27).

Sistemul de ventilare mecanică este format din două tron-soane de tubulatură. Prin utilizarea a două tronsoane de tubulatură se poate acŃiona independent fiecare ventilator, conform unei scheme de automatizare. Pe durata experimentărilor, condiŃia impusă pentru ventilare intensivă este ca temperatura exterioară a

aerului să fie cu cel puŃin 3°C mai scăzută decât temperatura aerului

interior, iar temperatura interioară să nu aibă valori mai mici de

23…24°C. În cazul îndeplinirii acestor condiŃii, se opreşte alimen-tarea cu energie electrică a ventilatorului V2 şi se porneşte ventilatorul V3. Ca urmare a modificării regimului de presiuni, clapeta de sens prevăzută pe tronsonul ventilatorului V2 se închide, asigurând astfel direcŃionarea debitului de aer în spaŃiul CE. Similar, în momentul creşterii temperaturii exterioare, sistemul de automa-tizare comandă oprirea ventilatorului V3 şi pornirea ventilatorului V2, ceea ce conduce la ventilarea CE cu rata de schimburi de aer corespunzătoare necesarului fiziologic.

Fiecare tronson de tubulatură este dotat cu diafragmă reglabilă şi traductor de presiune diferenŃială. Împreună cu senzorii de temperatură şi presiune, această schemă de preluare a datelor permite monito-rizarea continuă a debitului de aer furnizat casei experimentale.

Pasul ulterior este de a obŃine coeficientul de performanŃă al

instalaŃiei de aer condiŃionat. Această etapă este posibilă prin

monitorizarea consumului de putere electrică, şi permite analiza

COP-ului şi în general a parametrilor de funcŃionare a instalaŃiei de

aer condiŃionat.

Deoarece o parte a puterii frigorifice este utilizată în scopul

uscării aerului introdus, condensul rezultat este preluat şi înregistrat.

În scopul determinării cu precizie cât mai bună a cantităŃii de

condens, condiŃie absolut necesară Ńinând cont de căldura latentă de

condensare a vaporilor de apă, este utilizată tehnica de măsurare

165

masică, folosindu-se în acest scop o balanŃă de mare precizie.

Devine astfel posibilă cunoaşterea puterii frigorifice utilizată exclusiv

în regim sensibil, respectiv cea care intră în bilanŃul de flux termic

scris la nivelul incintei.

Succint, prelucrarea datelor experimentale furnizează urmă-

toarele informaŃii:

- temperatura aerului din interiorul CE efectiv realizată de sistemul de aer condiŃionat (sau realizată în cazul ventilării mecanice, în funcŃie de regimul impus), ca medie ponderată cu volumul încăperilor;

- debitele de aer vehiculate în instalaŃia de ventilare mecanică, care se pot exprima ca rata de schimburi de aer;

- debitul de aer vehiculat în standul de monitorizare a unităŃii exterioare de aer condiŃionat, cu care se poate intra în ecuaŃia de conservare a energiei scrisă la nivelul unităŃii exterioare, ceea ce conduce în final la determinarea puterii frigorifice a unităŃii de condiŃionare a aerului şi la determinarea coeficientului de performanŃă al acesteia;

- puterea frigorifică necesară menŃinerii spaŃiilor la tempe-ratura interioară setată.

Modelul matematic utilizat este prezentat în cap. V al lucrării

de faŃă.

VI.2.3. Validare experimentală pe suportul


VI.2.3.1. VariaŃie liberă a temperaturilor interioare şi

ventilare mecanică controlată (interval

01.07.2009-20.07.2009)

InstalaŃia de ventilare mecanică a fost realizată în vara anului

2009 şi completează structura de laborator pentru energetica

166

clădirilor a clădirii experimentale CE INCERC Bucureşti. Valorile

medii orare ale ratei de ventilare se plasează între valorile na min şi

na max (0,5 h – 1 ÷ 10 h – 1).

În graficul din fig. VI.31 se prezintă variaŃiile orare ta.m (τ) –

valori măsurate şi ta.t (τ) – valori calculate. Se constată o bună

aproximare prin calcul a variaŃiei temperaturii aerului în spaŃiul ventilat. În ceea ce priveşte indicatorii de validare, aceştia se rezumă

la valorile medii m.at şi t.at = 24,4°C, egale practic cu valoarea

medie a temperaturii exterioare et = 24,2°C. Se constată că pe

durata intervalului de măsurări în spaŃiul CE INCERC s-au menŃinut condiŃii de confort termic fără să fie necesară intervenŃia echipa-

mentului de răcire artificială (ta min = 22°C şi ta max = 27,3°C). Raportul

00126,0t

)t(

a

a =σ

.

Cea de a doua metodă utilizată pentru determinarea ta.t1 (τ) este metoda prezentată în standardul european SR EN 13792-2006, preluat ca standard naŃional. În graficul din fig. VI.32 se prezintă

simultan funcŃiile ta.m (τ), ta.t (τ) – determinată conform metodei

INCERC şi ta.t1 (τ) – determinată conform SR EN 13792-2006.

Se constată abaterea semnificativă a valorilor orare obŃinute prin metoda SR EN 13792-2006 preluată în Mc 001 / 2006 faŃă de valorile măsurate. În condiŃiile în care solicitările climatice şi rata schimburilor de aer sunt identice, această amplitudine exagerată a variaŃiei diurne a temperaturii interioare poate fi asociată în primul rând modului simplist al standardului European de a trata fluxurile termice disipate prin elementele de construcŃie opace. FaŃă de cele de mai sus şi având în vedere şi analiza comparată cu privire la regimul termic interior ca urmare a evoluŃiei libere a temperaturilor interioare (cap. VI.1), se desprinde concluzia că modelul care

descrie cel mai corect variaŃia ta (τ) şi care poate fi utilizat, în special

ca instrument de evaluare a configuraŃiei energetice a clădirilor în activitatea de proiectare energetică, este modelul INCERC.

167

2122232425262728

025

5075

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

425

450

mom

entu

l [h]

ta m,t [°C]

ta -

t

ta -

m

Fig. VI.31. VariaŃia orară a temperaturilor măsurate şi

calculate ale aerului în clădirea CE INCERC Bucureşti –

vara 2009 – ventilare mecanică controlată

168

Fig. VI.32. VariaŃia orară a valorilor temperaturii aerului interior:

valori măsurate, calculate cu metoda INCERC şi cu metoda Mc 001 / 2006

20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

30,0

32,0

34,0

025

5075

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

425

450

mom

entu

l [h]

ta, ti [°C]

ta -

INC

ER

Cta

- m

ta -

Mc0

01

169

VI.2.3.2. Răcire artificială şi ventilare mecanică controlată

(interval 20.07.2009-05.08.2009)

InstalaŃia de răcire a funcŃionat simultan cu ventilarea

mecanică controlată în scopul realizării confortului termic cu consum

minim de energie electrică.

InstalaŃia de răcire, pe partea de condensator (răcire cu aer

exterior), este dotată cu o instalaŃie care permite determinarea

debitului volumic de aer, valoare controlată, şi temperaturile aerului

în amonte şi în aval de condensator.

)]()([)( τ−τ⋅⋅ρ⋅=τ eecpaCD ttcVQ (VI.23)

Debitul de căldură cedat la condensator este format din suma

debitului de căldură sensibilă preluat de la aerul răcit recirculat în

spaŃiul ocupat şi debitul de căldură latentă datorat uscării aerului

interior. Cantitatea de condens este măsurată şi se determină o

valoare medie orară QLAT (τ) a fluxului termic aferent căldurii latente

de condensare a vaporilor de apă. Rezultă:

)()()( τ+τ=τ LATSENSCD QQQ (VI.24)

din care se determină:

)()()( τ−τ=τ LATCDSENS QQQ (VI.25)

Procedura de determinare a valorii necesarului sensibil de frig

(pe cale experimentală) poate genera erori, dar este singura care

poate produce valori reale ale necesarului de frig al unei clădiri

existente.

În plus, procedura prezentată permite şi determinarea variaŃiei

COP al echipamentului de răcire, definit prin relaŃia:

)(

)()(

ττ

=τEL

CD

QQ

COP (VI.26)

170

Cantitatea de căldură evacuată la condensator implică suma

dintre căldura preluată la vaporizator QVAP şi echivalentul termic al

energiei electrice necesar utilizării compresorului.

Deci:

)(

)()(

ττ

+=τEL

VAP

QQ

1COP (VI.27)

Cu QCD (τ) determinat experimental rezultă:

])([)()( 1COPQQ ELVAP −τ⋅τ=τ (VI.28)

Valoarea COP (τ) este afectată de temperatura de răcire a

aerului exterior. Astfel la temperaturi exterioare foarte ridicate,

≥τ)(et 40°C, răcirea condensatorului este dificilă şi, deci, procesul

de condensare a vaporilor de agent frigorific devine dificil şi valoarea

COP scade sensibil.

Rezultatele experimentului desfăşurat în CE INCERC Bucu-

reşti în regim de răcire artificială şi ventilare mecanică controlată

atestă o apropiere acceptabilă a valorilor cumulate ale necesarului

de frig măsurat (– 211,1 kWh) şi celui calculat (– 219,5 kWh).

Abaterea este de 3,98 %. Indicatorul abatere medie pătratică

raportat la medie:

050Q

Q,

))((=

τσ

are o valoare acceptabilă, la rândul său.

Curbele cumulate prezentate în fig. VI.33 atestă caracterul

satisfăcător al modelului pe durate superioare intervalelor diurne.

171

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100-8

0

-60

-40

-200

030

6090

120

150

180

210

240

270

300

330

360

390

mom

entu

l [ h

]

Q.cumul. t,m [kWh]

Q.c

umul

.t

Q.c

umul

.m

Fig. VI.33. Necesarul cumulat de frig CE INCERC Bucureşti –

vara 2009 – ventilare controlată

172

Fig. VI.34. Necesarul cumulat de frig CE INCERC Bucureşti – vara 2009 –

ventilare controlată. Aplicare metoda Mc 001 / 2006

-300

-250

-200

-150

-100-500

010

020

030

040

0

Mom

entu

l [h]

Q frig sens. [W]

Q_r

ac_M

C00

1 cu

mul

at

Qr.

sens

. m c

umul

at

173

Analiza similară efectuată cu metoda prezentată în Mc 001/

2006 conduce la valoarea cumulată Qnec (Mc) = – 284,8 kWh,

valoare care se abate cu 20,7 % faŃă de valoarea determinată

experimental. DiferenŃele notabile se pot observa în special din

analiza figurilor VI.33 (compararea necesarului de frig obŃinut

experimental cu valorile necesarului de frig rezultat prin aplicarea

metodei de calcul INCERC) şi VI.34 (compararea necesarului de frig

obŃinut experimental cu valorile necesarului de frig rezultat prin

aplicarea metodei de calcul Mc 001).

Rezulta ca modelul Mc 001 / 2006 este inacceptabil chiar şi

pentru simplu scop de certificare energetică a clădirilor.

VI.3. Studii de caz – aplicarea metodelor

de calcul analizate

VI.3.1. VariaŃia liberă a temperaturii interioare

VI.3.1.1. Clădire de birouri

Clădirea aleasă ca suport al experimentului numeric are un

volum al zonei principale de 10.628,8 m3 şi o suprafaŃă ocupată de

4.088 m2. PereŃii exteriori verticali sunt orientaŃi NE, SV, S, NV.

SuprafaŃa totală are valoarea de 1.684 m2 partea opacă şi 582 m2

suprafaŃa vitrată. Terasa are suprafaŃa de 1.022 m2. Clădirea are

pereŃi verticali opaci realizaŃi sub formă de structură multistrat cu

protecŃie exterioară metalică cu rezistenŃă termică corectată cuprinsă

între 1,72 m2K / W şi 2,02 m2K / W. Terasa are o structură carac-

terizată de rezistenŃa termică corectată de numai 0,564 m2K / W.

Regimul de exploatare luat în calcul presupune ocuparea

continuă pe parcursul a 24 h / zi, cu un total de 350 de persoane şi

174

ventilare mecanică controlată cu rate de ventilare cuprinse între

0,5 sch / h şi 4 sch / h.

În graficul din fig. VI.35 se prezintă variaŃia în sezonul cald

(clima Bucureşti, vara 2008) a temperaturilor semnificative interioare

ta (τ), ti (τ) în zona principală atât conform model INCERC, cât şi

conform Mc 001 / 2006. Se constată, în medie, o temperatură

interioară superioară prin utilizarea metodei Mc 001 / 2006 faŃă de

modelul INCERC cu 2,8°C (31,2°C faŃă de 28,4°C).

În intervalul de timp analizat temperatura exterioară medie a

avut valoarea 25,8°C. Relativa apropiere dintre at – model INCERC

(28,3°C) şi temperatura exterioară este consecinŃa ventilării

interioare nocturne.

VI.3.1.2. Clădire de tip bloc de locuinŃe

Clădirea de tip bloc de locuinŃe este clădirea blocului M28 din

Bucureşti. Clima este cea a verii anului 2008. S-au avut în vedere

două scenarii de ventilare mecanică:

1. na = 0,5 sch / h pe durată de 24 h / zi;

2. na min = 0,5 sch / h; na max = 4 sch / h.

• Model INCERC Bucureşti – fig. VI.36.

Temperaturile medii sezoniere aferente cazului 1 sunt at =

= 32,1°C şi ti1 = 32,1°C, care atestă un disconfort pronunŃat în lipsa

utilizării răcirii artificiale.

Temperaturile medii sezoniere aferente cazului 2, în care se

practică ventilarea nocturnă, sunt at = 27°C şi ti2 = 27,2°C, foarte

apropiate de starea de confort termic. Valoarea maximă orală,

ta max2 = 32,3°C (în zona de disconfort), iar cea minimă ta min2 = 20,7°C

ca urmare a ventilării nocturne intense.

175

121416182022242628303234363840

015

030

045

060

075

090

010

5012

0013

5015

0016

50

mam

entu

l [ h

]

ta, ti [°C]

ti - M

c001

/200

6

ta 2

ti 2

te

Fig. VI.35. VariaŃia liberă a temperaturilor interioare – fără climatizare –

clădire birouri: na.min. = 0.5 sch/h, na.max = 4 sch/h

176

202224262830323436

015

030

045

060

075

090

010

5012

0013

5015

0016

50

mom

entu

l [h]

ta, ti [°C]

1416182022242628303234363840

te [°C]

ta 1

ti 1

ta 2

ti 2

te

Fig. VI.36. VariaŃia liberă a temperaturilor interioare în clădirea

de tip bloc în două variante de exploatare, vara 2008:

1 - na = ct.= 0.5 sch/h, 2 - na.min.= 0.5 sch/h, na.max.= 4 sch/h

177

VI.3.2. Răcirea şi ventilarea mecanică controlată

VI.3.2.1. Clădire de birouri

Scenariile de răcire artificială implică întreruperea răcirii în

intervalul 2100 – 700 şi utilizarea ventilării mecanice controlate cu rata

de ventilare de na = 0,5 sch / h, respectiv na min = 0,5 sch / h şi

na max = 4 sch / h. Temperatura interioară de confort utilizată este

=0it 27°C.

•••• Modelul INCERC

Rezultatele sunt prezentate în graficul din fig. VI.37. Prima

constatare importantă este aceea că utilizarea ventilării intense în

orele cu potenŃial termodinamic de răcire naturală reduce cu circa

30 % consumul de frig al clădirii, de la – 70,36 MWh / sezon la

– 48,79 MWh / sezon. Indicii de necesar de frig sunt de

– 17,22 kWh / m2 şi de – 11,93 kWh / m2.

•••• Modelul Mc 001 / 2006 – metoda orară de calcul

Este posibilă utilizarea metodei în scopul determinării

necesarului de frig, atât în varianta utilizării unei rate constante a

schimburilor de aer şi a climatizării continue a clădirii, cât şi în

varianta 2, a funcŃionării instalaŃiei de climatizare pe durata de

utilizare a spaŃiilor şi ventilare nocturnă în afara acestui interval.

Simularea funcŃionării în cele două regimuri conduce la obŃine-

rea unei valori a necesarului de energie frigorifică de – 67,31 MWh / sezon în cazul ventilării clădirii de birouri cu un număr constant de

schimburi de aer climatizat, respectiv de – 36,77 MWh / sezon în

cazul în care se asigură furnizarea de aer condiŃionat numai în timpul

programului de lucru, iar în intervale în care regimul temperaturilor o

permite se realizează ventilare nocturnă.

178

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-100

VII

VII

VII

VII

VIII

VIII

VIII

VIII

IX IXIXIXSezon

Sezon

Sezon

Sezon

Luna

Qnec.[MWh]

ti - 0

.5 s

ch/h

= 2

7°C

ti na

=0.5

/ 4

sch/

h =

27°

C

Fig. VI.37. Necesarul sezonier de frig al clădirii de birouri

(model INCERC) – clima Bucureşti 2008

179

•••• Modelul Mc 001 / 2006 aplicat CE INCERC Bucureşti –

metoda de calcul lunară comparată cu metoda de calcul orară

Aplicarea metodei de calcul pe intervale de timp de ordinul

unei luni a fost realizată pe suportul CE INCERC, clima corespun-

zătoare anului 2008. Rezultatele sunt prezentate în fig. VI.38.

0

100

200

300

400

500

600

Iulie August

Nec

esar

frig

[kW

h/lu

na]

MC 001 calcul lunar [kWh]

MC 001 calcul orar [kWh]

Fig. VI.38. Aplicare Mc 001 / 2006: Compararea rezultatelor obŃinute

prin aplicarea metodei orare şi a celei lunare pe suportul


•••• Modelul Mc 001 / 2006 – clădire de birouri, metoda de

calcul lunar comparată cu metoda de calcul orar

DiferenŃele dintre valorile obŃinute cu cele două metode de

calcul propuse în Mc 001 /2006 sunt foarte mari, după cum se poate

observa în figura VI.39. Considerăm inacceptabilă această diferenŃă

între metode de calcul enunŃate în cadrul aceleiaşi metodologii.

180

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

Iulie August

Luna

Ene

rgie

fri

gori

fica

[kW

h/lu

na]

.MC 001 calcul orar [kWh]

MC 001 calcul lunar [kWh]

Fig. VI.39. Necesarul de energie frigorifică. Compararea valorilor

obŃinute cu metoda lunară de calcul şi cu metoda de calcul

orar Mc 001/2006 – clădire de birouri

VI.3.2.2. Analiza influenŃei valorii na max asupra consumului

de energie pentru răcirea clădirilor de birouri –

model INCERC

În graficul din fig. VI.40 se prezintă necesarul sezonier de frig

pentru răcirea clădirii de birouri în funcŃie de valoarea na max.

Domeniul de variaŃie al ratei de ventilare na max ∈ [0,5; 7] sch / h. Se

prezintă şi indicele specific de necesar de frig „i“ [kWh / m2].

181

max

ima

-700

00

-600

00

-500

00

-400

00

-300

00

-200

00

-100

000 0,5

11,

52

2,5

33,

54

4,5

55,

56

6,5

7Q [kWh]

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

na [s

ch/h

]

i [kWh/mp.]

Q V

II

Q V

III Q

IX

Q T

otal

I sez

on

Fig. VI.40. VariaŃia necesarului de frig şi a indicelui specific de

necesar de frig în funcŃie de rata de ventilare maximă

182

Practic rezultă că pentru 4n maxa > sch / h eficienŃa ventilării

se reduce sensibil astfel încât, pentru clădirea analizată, valoarea

na max = 4 sch / h.

În graficul din fig. VI.41 se prezintă atât variaŃia orară a

necesarului de frig, cât şi variaŃia orară a temperaturii interioare

rezultante, ti (τ), ca efect al răcirii combinată cu ventilare mecanică

controlată.

VI.3.2.3. Clădire de locuinŃe tip bloc – răcire intermitentă

Şi în cazul acestui tip de clădire s-a analizat influenŃa utilizării

intermitente a răcirii (se întrerupe răcirea între orele 2200 – 800).

Rezultatul este prezentat în graficul din fig. VI.42 şi atestă o reducere

cu circa 16 % a necesarului de frig, ceea ce justifică utilizarea

regimului analizat.

183

-140

-120

-100-8

0

-60

-40

-20020

010

020

030

040

050

060

070

080

090

010

0011

0012

0013

0014

0015

00

Mom

entu

l [ h

]

Q.R [kW]

212223242526272829

ti [°C]

Q.R

ti

Fig. VI.41. VariaŃia orară a necesarului de frig propriu unei clădiri de birouri

(răcire intermitentă cu na = 0.50 / 4 sch/h) – clima Bucureşti vara 2008

184

-35

000

-30

000

-25

000

-20

000

-15

000

-10

000

-500

00

VII

VII

VII

VII

VIII

VIII

VIII

VIII

IXIXIXIX

Sezon

Sezon

Sezon

Sezon

Lu

na

Qnec [kWh]

ti.rc

=

27°C

ti.r.

int.

= 2

7°C

Fig. VI.42. Necesarul sezonier de frig pentru răcire continuă şi

intermitentă – bloc de locuinŃe

185

VII. MODERNIZAREA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR DE TIP ŞCOALĂ

VII.1. Stadiul actual al certificării energetice a clădirilor de tip şcoală

În ultimii ani, clădirile de tip şcoală au făcut obiectul unor

programe speciale de reabilitare termică pentru care s-au efectuat

audituri energetice şi au fost elaborate certificate energetice.

Analizele efectuate pe rapoartele de audit energetic a trei clădiri de

tip şcoală (din Bucureşti, municipiul Giurgiu şi municipiul Orăştie) au

relevat următoarele:

• DocumentaŃiile au fost întocmite în cadrul unor proiecte de

reabilitate termică a clădirilor;

• Lucrările au cuprins:

– analiza stării actuale a clădirii cu evidenŃierea elemen-

telor caracteristice privind amplasarea în mediul construit, a

vecinătăŃilor clădirii etc.;

– determinarea caracteristicilor geometrice şi termo-

tehnice ale clădirii;

– determinarea performanŃelor energetice şi a consumului

anual de energie al clădirii pentru încălzirea spaŃiilor, apă

caldă de consum, ventilare / climatizare şi iluminat;

– elaborarea raportului de analiză termică şi energetică a

clădirii;

– stabilirea soluŃiilor tehnice de creştere a performanŃei

pentru construcŃie şi instalaŃii cu estimarea influenŃei interven-

Ńiilor asupra consumului energetic al clădirii;

– analiza eficienŃei economice a soluŃiilor tehnice de

creştere a performanŃei energetice, cu analiza indicatorilor

186

eficienŃei economice a soluŃiilor tehnice de reabilitare /

modernizare energetică a clădirii existente (valoarea netă

actualizată aferentă investiŃiei suplimentare datorată aplicării

pachetului de soluŃii şi economiei de energie rezultată ∆VNA(m)

şi a duratei de recuperare a investiŃiei suplimentare datorită

aplicării soluŃiei de modernizare);

– elaborarea raportului de audit energetic;

– elaborarea certificatului de performanŃă energetică al

clădirii pe baza datelor din raportul de analiză termică şi

energetică a clădirii, cuprinzând valori reprezentative ale

consumului anual specific de energie al clădirii reale analizate

şi al clădirii de referinŃă aferentă clădirii analizate, caracteri-

zată de utilizarea eficientă a energiei. Notele energetice s-au

calculat în funcŃie de consumul specific anual de energie

estimat qT şi de penalizările acordate po; s-a calculat şi

indicele de emisii echivalent CO2;

– elaborarea certificatului de performanŃă energetică al

clădirii reabilitată energetic, valabil numai după executarea

lucrărilor de reabilitare energetică recomandate în pachetul

de soluŃii.

• Consumul anual specific de energie a fost stabilit pe baza:

– consumului anual normal de căldură pentru încălzire;

– consumului anual normal de căldură pentru prepararea

apei calde de consum;

– consumului anual normal de energie electrică pentru

iluminat,

– clădirile nu sunt prevăzute cu instalaŃii de ventilare şi

climatizare.

• ReferenŃialele utilizate nu sunt unele specifice pentru acest

tip de clădiri.

187

• Sistemul folosit pentru notarea energetică a acestor clădiri

este cel general.

Este de remarcat faptul că, atât reglementările tehnice

naŃionale cât şi cele europene nu cuprind prevederi speciale pentru

clădirile de tip şcoală. Numai în standardul SR EN 15217:2008

(EN 15217 : 2007) – „PerformanŃa energetică a clădirilor. Metode de

exprimare a performanŃei energetice şi de certificare energetică a

clădirilor” se precizează că trebuie să fie definite valori de referinŃă

diferite pentru clasele de clădiri care au funcŃii diferite (de exemplu

clădiri de locuit unifamiliale, apartamente de bloc, clădiri de birouri,

clădiri de învăŃământ, spitaluri, hoteluri şi restaurante).

În cadrul unui studiu efectuat asupra unor clădiri de învăŃă-

mânt construite după proiecte tip, au fost sintetizate soluŃii pentru

reducerea consumurilor energetice prin îmbunătăŃirea protecŃiei

termice a anvelopei clădirilor.

SoluŃiile selectate au fost analizate în trei variante:

• varianta 1: aplicarea unei termoizolaŃii suplimentare la

planşeul peste subsol, planşeul spre terasă sau spre pod

neîncălzit;

• varianta 2: înlocuirea tâmplăriei existente cu tâmplărie

termoizolantă din PVC cu 3 camere şi geam termoizolant low-

e 4-16-6, cu strat de aer;

• varianta 3: aplicarea unei termoizolaŃii suplimentare la

pereŃii exteriori parte opacă, la planşeul peste subsol, planşeul

spre terasă sau spre podul neîncălzit şi înlocuirea tâmplăriei

existente cu tâmplărie termoizolantă din PVC cu 3 camere şi

geam termoizolant low-e 4-16-6, cu strat de aer.

Rezultatele obŃinute au arătat o reducere a „coeficientului

global de pierderi de căldură” (C 107-2005), semnificativă în cazul

aplicării soluŃiei complexe (varianta 3), aşa cum se poate vedea şi

din tabelul de mai jos.

188

G

1ref

[W/(

m3 K

)]

G1

[W/(

m3 K

)]

G1/

G1r

ef

[%]

G1.

1/G

1

[%]

G1.

2/G

1

[%]

G1.

3/G

1

[%]

Şco

ală

cu 4

să

li de

cla

să î

n

med

iul r

ural

0,

667

0,98

6 14

8%

67

,3%

93

,2%

36

,9%

Şco

ală

cu 8

să

li de

cla

să î

n

med

iul r

ural

0,

497

0,69

1 13

9%

78

,6%

90

,3%

50

,5

Şco

ală

cu 2

0 să

li de

cla

să

0,42

2 0,

485

115

%

78,6

87

,9

50,5

Lice

u ag

roin

dust

rial

0,35

2 0,

495

141

%

85,3

90

,9

39,8

Lice

u in

dust

rial

0,35

5 0,

491

138

%

85,5

90

,0

40,5

Nota

Ńii: G

1ref

– c

oefic

ient

ul g

loba

l de

izol

are

term

ică

al c

lădi

rii d

e re

ferin

Ńă;

G1

–

coe

ficie

ntul

glo

bal d

e iz

olar

e te

rmic

ă al

clă

dirii

exi

sten

te;

G1.

1 –

coe

ficie

ntul

glo

bal d

e iz

olar

e te

rmic

ă al

clă

dirii

la c

are

s-a

aplic

at v

aria

nta

1 de

îm

bună

tăŃir

e a

prot

ecŃie

i ter

mic

e;

G1.

2 –

coe

ficie

ntul

glo

bal d

e iz

olar

e te

rmic

ă al

clă

dirii

la c

are

s-a

aplic

at v

aria

nta

2 de

îm

bună

tăŃir

e a

prot

ecŃie

i ter

mic

e;

G1.

3 –

coe

ficie

ntul

glo

bal d

e iz

olar

e te

rmic

ă al

clă

dirii

la c

are

s-a

aplic

at v

aria

nta

3 de

îm

bună

tăŃir

e a

prot

ecŃie

i ter

mic

e

188

189

Din analiza tehnico-economică efectuată pe un studiu de caz

(clădire de tip şcoală cu P+2 etaje, compusă din trei corpuri de

clădire, cu o suprafaŃă construită de 995 m2) a rezultat că lucrările de

reabilitare sunt nerentabile, duratele de recuperare a investiŃiei fiind

foarte mari, pentru cele trei variante:

– cca. 40 de ani în cazul intervenŃiei numai la terasă;

– cca. 45 de ani în cazul intervenŃiei la terasă şi

tâmplărie;

– cca. 22 de ani în cazul intervenŃiei la terasă, tâmplărie

şi pereŃi exteriori opaci.

Deşi în cadrul studiului s-a făcut şi o analiză asupra îmbună-

tăŃirii climatului interior datorită aplicării soluŃiilor de îmbunătăŃire a

protecŃiei termice, aceasta s-a referit exclusiv la temperatura pe suprafaŃa elementelor de închidere şi diferenŃa dintre tempera-tura aerului interior şi temperatura pe suprafaŃa interioară a elementelor de construcŃie, fără a se analiza modul în care este asigurată calitatea aerului interior astfel încât activitatea din sălile de clasă să de desfăşoare în condiŃii normale. Cu alte

cuvinte s-a abordat condiŃia necesară dar nu şi condiŃia suficientă de

asigurare a microclimatului propriu acestui tip de clădiri.

Se cunoaşte că, în general, măsurile prevăzute pentru

creşterea performanŃei energetice a unei clădiri conduc la realizarea

unor elemente de închidere cât mai etanşe, fapt ce are implicaŃii

majore, şi nu din cele favorabile, asupra calităŃii aerului interior, în

special în cazul clădirilor de tip şcoală.

Ca urmare, la stabilirea soluŃiilor de reabilitare energetică

pentru acest tip de clădiri trebuie să se aibă în vedere, în mod

special, satisfacerea cerinŃei de asigurare a calităŃii aerului şi, în

consecinŃă, la calculul consumul de energie trebuie să se ia în

considerare şi consumul suplimentar aferent instalaŃiilor de ventilare.

190

Reglementările actuale autohtone şi europene nu cuprind astfel de prevederi.

Având în vedere cele de mai sus se propune ca, la revizuirea

Metodologiei de calcul a performanŃei energetice a clădirilor să se

facă completări referitoare la:

– Stabilirea grilei de clasificare energetică a clădirilor de

tip şcoală;

– Stabilirea referenŃialelor pentru clădirile de tip şcoală;

– Stabilirea metodei de notare din punct de vedere

energetic a clădirilor de tip şcoală prin introducerea unei

penalizări referitoare la asigurarea igienei compoziŃiei aerului

din unităŃile funcŃionale ale acestora;

– Introducerea unui capitol special, în cadrul exper-tizei energetice a şcolilor, referitor la modul în care este asigurată calitatea aerului interior pentru desfăşurarea în condiŃii normale a activităŃii.

VII.2. CondiŃii de confort conform reglementărilor în vigoare în clădirile de tip şcoală

Conform clasificării din reglementarea autohtonă C 107/2-

2005, clădirile de tip şcoală intră în categoria clădirilor cu „ocupare

discontinuă” a căror funcŃionalitate permite ca abaterea de la

temperatura normală de exploatare să fie mai mare de 7°C pe o

perioadă de 10 ore pe zi, din care cel puŃin 5 ore în intervalul „ora 0 –

ora 7”. În plus, clădirile de tip şcoală (unităŃile funcŃionale de tip clasă

sau laborator) se caracterizează şi printr-un grad foarte ridicat de

ocupare (cca. 1-1,5 m2/pers.).

191

Toate acestea conferă clădirilor de tip şcoală un caracter

aparte şi ele sunt tratate separat în reglementările de proiectare

actuale.

De exemplu, prin NP 010-1997 „Normativ privind proiectarea,

realizarea şi exploatarea construcŃiilor pentru şcoli şi licee” se

stabilesc cerinŃele de calitate ce trebuie să fie respectate la proiec-

tarea şi realizarea şcolilor şi liceelor, conform Legii nr. 10/1995

privind calitatea în construcŃii.

La cerinŃa „Igiena, sănătatea oamenilor şi protecŃia mediului” –

condiŃiile prevăzute pentru asigurarea „igienei aerului” sunt:

• asigurarea unui volum de aer de minim 5 m3/pers. în sălile în

care se desfăşoară procesul de învăŃământ (săli de clasă,

cabinete, laboratoare);

• concentraŃiile maxime admisibile în aerul din încăperi se

recomandă a fi:

� dioxid de carbon provenit din respiraŃie: 0,010 % din

volum sau 100 ppm sau 180 g/m3;

� monoxid de carbon provenit din arderi incomplete,

scăpări de gaze:

- 345 mg/m3 (300 ppm) – timp de 5 minute;

- 100 mg/m3 (88 ppm) – timp de 15 minute

nerepetabil;

- 10 mg/m3 (10 ppm) – expunere continuă

� formaldehidă provenită din materialele de construcŃii şi

din pământ: 120 mg/m3 (0,1 ppm);

� radon provenit din materialele de construcŃii şi din

pământ: 140 Bq;

192

• realizarea unei ventilări naturale prin care să se asigure

minim 3 schimburi / oră în sălile în care se desfăşoară

procesul de învăŃământ;

• prevederea unei ventilări mecanice numai în laboratoarele

de chimie.

CerinŃa privind „Igiena aerului” a făcut obiectul şi unei regle-

mentări speciale şi anume „Normativ privind igiena compoziŃiei

aerului în spaŃii cu diverse destinaŃii, în funcŃie de activităŃile

desfăşurate, în regim de iarnă-vară” – indicativ NP 008-1997, în care

sunt stabilite nivelurile admise pentru parametrii ce definesc această

cerinŃă şi care trebuie să fie asigurate din faza de proiectare şi

menŃinute pe toată durata de exploatare a unei clădiri. Normativul

cuprinde de asemenea metode de determinare a concentraŃiei de

substanŃe poluante, măsuri tehnice pentru realizarea nivelurilor de

performanŃă şi exemple de calcul pentru stabilirea debitului de noxe.

ConcentraŃiile maxime admisibile pentru substanŃele poluante

din aerul interior în unităŃile funcŃionale ale clădirilor, prevăzute în

NP 008-1997 sunt:

� conŃinutul de formaldehidă din aer (degajat sub formă de

substanŃe volatile în special din materialele de construc-

Ńie): 0,035 mg/m3;

� radioactivitatea conŃinutului de radon 220 şi sau radon 222

din aer (provenit din sol sau din materiale de construcŃie):

140 Bq/m3 (valoare medie anuală);

� conŃinutul de monoxid de carbon: 6 mg/m3 aer, în cele mai

defavorabile 30 de minute dintr-un interval de 24 ore;

� conŃinutul de dioxid de carbon (provenit din respiraŃie):

1600 mg/m3 aer (cca. 0,05%);

193

� conŃinutul de vapori de apă din aer:

15.400 mg/m3, în regim de vară;

9.450 mg/m3, în regim de iarnă.

Normativul cuprinde şi niveluri de performanŃă pentru cantita-

tea de aer proaspăt şi numărul de schimburi de aer, necesare pentru

asigurarea confortului. Pentru unităŃile funcŃionale din şcoli (săli de

clasă) se prevede:

• raŃia de aer proaspăt: minim 15 m3/(h·pers.), recomandat

20-50 m3/(h·pers.);

• numărul de schimburi de aer pe oră: minim 3, recomandat

5-8.

Analizând datele cuprinse în cele două reglementări se

constată deosebiri semnificative referitoare la concentraŃiile noxe

admisibile pentru aerul interior.

Totodată normativul NP 010-1997 nu cuprinde, în cadrul

cerinŃei „IzolaŃia termică, hidrofugă şi economia de energie”, referire

la performanŃa energetică a clădirilor de tip şcoală.

Ca urmare, se impune revizuirea normativului NP 010-1997

pentru completări şi modificări referitoare la:

� Introducerea criteriului privind performanŃa energetică a

clădirii – PEC şi stabilirea referenŃialului pentru clădirile de

tip şcoală;

� Actualizarea / modificarea nivelurilor admisibile pentru

concentraŃiile de noxe din aerul interior;

� Introducerea recomandării de dotare a clădirilor cu un

sistem de ventilare / condiŃionare mecanică, eficient din

punct de vedere energetic, în vederea asigurării igienei

194

aerului din interior (limitării concentraŃiilor de noxe – dioxid

de carbon, umiditate relativă / absolută – la valorile admisi-

bile) din unităŃile funcŃionale din şcoli (săli de clasă,

laboratoare).

VII.3. Evaluarea performanŃei energetice a clădirilor de tip şcoală

În conformitate cu cele prezentate, principala lipsă a

reglementărilor tehnice autohtone şi europene în ceea ce priveşte

evaluarea energetică a clădirilor de tip şcoală constă în neglijarea

evaluării calităŃii aerului din spaŃiile de curs. Indirect, calitatea aerului,

cu referire la principalele noxe cauzate de prezenŃa unui număr

ridicat de persoane, are influenŃă asupra performanŃei energetice ca

urmare a necesităŃii de a se asigura o rată de ventilare suficient de

ridicată în scopul menŃinerii noxelor în limitele admise şi prescrise

prin reglementări specifice. Principalele noxe care fac obiectul

evaluării sunt vaporii de apă şi bioxidul de carbon, ambele produse

ale metabolismului uman. AtenŃia este concentrată asupra claselor

de şcoală în mod aparte deoarece prezintă câteva caracteristici spre

deosebire de alte clădiri publice şi chiar de învăŃământ:

– în clase, în intervalul orei de curs, se află un număr

relativ constant de persoane (elevi şi profesori), Npers, care

depun o activitate identică în fiecare oră;

– în scopul desfăşurării normale a orelor de instruire

şcolară ferestrele sunt închise, în special pentru a nu pătrunde

în clasă zgomotul din mediul exterior;

– ventilarea claselor se face în prezent necontrolat, sub

forma infiltraŃiilor de aer exterior prin rosturile mobile ale

195

ferestrelor sau prin admisia de aer prin ochiurile deschise ale

ferestrelor;

– modul de ventilare naturală necontrolată nu constituie o

garanŃie a menŃinerii noxelor sub limitele reglementate, pe de

o parte, şi poate produce îmbolnăvirea elevilor prin curenŃii de

aer rece în zilele cu temperaturi exterioare reduse, pe de altă

parte;

– ulterior încheierii programului zilnic de şcoală, rosturile

neetanşate ale ferestrelor reprezintă o sursă importantă de aer

rece (în sezonul de încălzire) care are drept consecinŃă

necesitatea funcŃionării instalaŃiei de încălzire pentru reali-

zarea temperaturii de gardă şi, implicit, consum de energie

semnificativ;

– modernizarea clădirilor de şcoală, cu referire la cea

energetică, se bazează, ca şi în cazul locuinŃelor, pe măsuri

clasice, respectiv înlocuirea ferestrelor actuale, în general

deteriorate şi cu infiltraŃii mari de aer, cu ferestre termoizolante

şi izolarea termică a anvelopei;

– măsurile menŃionate vor conduce la afectarea amplificată a microclimatului în orele de curs (lipsa aerului proaspăt provenit din exterior, deoarece fantele cu care sunt uneori prevăzute ferestrele termoizolante nu asigură rata de ventilare necesară), dar vor avea conse-cinŃe favorabile în orele de nedesfăşurare a procesului de învăŃământ;

– în prezent evaluarea energetică a clădirilor de tip şcoală

utilizează modelul clasic al clădirilor de locuit; nu se are în

vedere nici calitatea aerului şi nici caracterul discontinuu al

funcŃionării clădiri şi, implicit, al instalaŃiilor din dotare, reflectat

de programul de funcŃionare al şcolii.

196

FaŃă de cele de mai sus se impune o nouă abordare a

problemei energetice a şcolilor, pe etape care particularizează

etapele de diagnoză şi cele de recomandare a soluŃiilor de

modernizare energetică, dacă se are în vedere activitatea de audit

energetic al clădirilor existente, dar şi proiectarea energetică a unor

clădiri noi.

Una din consecinŃele indicate atât ca abordare specifică

auditului energetic, cât şi ca proiectare energetică, o reprezintă

încadrarea şcolilor în referenŃiale energetice specifice şi diferenŃiate

de referenŃialele clădirilor de locuit. Prioritatea asigurării unei rate de

ventilare semnificative conduce, cu siguranŃă, la valori diferite de

cele convenŃionale ale PerformanŃei Energetice a Clădirii (PEC), dar

şi la un sistem de penalizări diferit care conŃine aspectul specific al

calităŃii aerului în orele de curs.

În prezent, şi examinarea unor auditori energetici o confirmă,

evaluarea PEC se efectuează conform metodologiei clasice

(NP 048-200 sau Mc 001 / 2006), fără a se Ńine seama nici de

caracterul intermitent al funcŃionării clădirii / instalaŃiilor din dotare şi

nici de calitatea aerului, ca parametru fundamental de încadrare a

clădirii în sistemul de penalizări. Atât Directiva 91 / 2002 / CE, cât şi

legislaŃia autohtonă, atât cea primară cât şi cea secundară,

stipulează condiŃia în care se efectuează o evaluare energetică cu

referire la asigurarea condiŃiilor normale de desfăşurare a activităŃii

pentru care este destinată clădirea.

Prin urmare, evaluarea PEC fără a se Ńine seama de calitatea

aerului va conduce la valori care NU respectă condiŃia de evaluare

menŃionată. Dat fiind faptul că ventilarea şcolilor este de tip natural

neorganizat, rapoartele de expertiză care însoŃesc lucrările de audit

energetic consideră valori ale ratei de ventilare na în conformitate cu

condiŃiile proprii locuirii (permeabilitatea clădirii şi expunerea sa), dar

nu fac nici o apreciere asupra suficienŃei sau insuficienŃei debitului

de aer considerat, cu referire la calitatea aerului. Este evident că

197

încadrarea în clase energetice şi ulterior notarea energetică este

eronată şi, în consecinŃă, şi măsurile de modernizare energetică sunt

eronate, amplificând de fapt potenŃialul disconfort din spaŃiul de

şcoală.

În raport cu cele menŃionate se pune o întrebare legată de

costurile de exploatare ale clădirilor de tip şcoală. În cazul în care

s-ar adopta un sistem corect de evaluare energetică, bazat pe

evaluarea calităŃii aerului, este posibil ca valoarea PEC pentru

situaŃia actuală a clădirilor să difere sensibil de valoarea PEC

obŃinută pe baze operaŃionale (prin măsurarea cantităŃii de căldură

consumată de clădire). Dacă expertiza ar fi însoŃită şi de o evaluare,

cel puŃin pe bază de calcul, a calităŃii aerului în orele de curs, s-ar

putea ajunge la concluzia că valoarea PEC bazată pe măsurare este

proprie unui sistem care nu asigură condiŃiile reglementate de

funcŃionare şi aplicarea penalităŃilor nu ar mai comporta discuŃii.

Dacă, dimpotrivă, de data aceasta prin teste de evaluare a

variaŃiei concentraŃiei de noxe pe baza măsurării variaŃiei de

umidităŃii aerului şi, în special, a variaŃiei conŃinutului de bioxid de

carbon, se va constata că nu se depăşesc limitele de admisibilitate,

simultan se va constata că debitul de aer infiltrat prin rosturile mobile

ale ferestrelor depăşesc valorile specifice ventilării clădirilor de locuit

şi, prin urmare, atât încadrarea în clase energetice, cât şi notarea

energetică vor fi neconforme cu realitatea fizică.

În condiŃiile în care se proiectează o clădire de tip şcoală sau

se modernizează energetic o astfel de clădire, tendinŃa de reducere

a infiltraŃiilor de aer, firească în cazul locuinŃelor, fără măsuri supli-

mentare de asigurare a calităŃii aerului, va conduce la elaborarea

unei soluŃii greşite, cu risc sporit de neasigurare a calităŃii aerului,

chiar dacă energetic s-ar aduce ameliorări ale PEC dar, paradoxal,

s-ar aplica şi penalizări majorate, ceea ce este un nonsens pentru o

soluŃie de proiect.

198

În consecinŃă, fie că se are în vedere o clădire existentă sau

proiectarea unei clădiri noi, de tip şcoală, prima etapă vizează

evaluarea calităŃii aerului în spaŃiul ocupat prin două metode:

• Ventilarea naturală neorganizată prin verificarea

variaŃiei concentraŃiilor de noxe (vaporii de apă şi bioxid de

carbon) pe durata unei ore de curs, în funcŃie de caracteristica

de etanşare a rosturilor mobile ale ferestrelor. Nu se admite

menŃinerea ferestrelor deschise şi în special în zilele cu

temperaturi exterioare reduse sau în zone zgomotoase.

• Ventilarea mecanică controlată care asigură debitul

de aer proaspăt constant necesar menŃinerii calităŃii aerului

interior.

Se face menŃiunea că se parcurge simultan verificarea

ambelor concentraŃii, iar debitul necesar este dictat de noxa cu

concentraŃia cel mai dificil de menŃinut sub cota reglementată.

Totodată se verifică şi asigurarea umidităŃii relative a aerului,

în funcŃie de umiditatea absolută x [g/kg] şi de temperatura

aerului din sala de curs, ta [°C].

Cea de a doua etapă constă în evaluarea PEC proprie clădirii

cu regim normal de funcŃionare, Ńinând seama de caracterul

intermitent de funcŃionare atât ca ocupare, cât şi de furnizare a

utilităŃilor termice. Acest mod de abordare este cu atât mai important

cu cât eficienŃa soluŃiilor de modernizare depinde de minimizarea

consumului energetic în afara programului de învăŃare.

Se poate decide, şi aceasta pare să fie soluŃia normală, ca în

scopul asigurării condiŃiilor normale de învăŃare, cu referire la

asigurarea calităŃii aerului, ventilarea claselor să fie de tipul ventilare

mecanică controlată atât la introducerea aerului proaspăt, cât şi la

evacuarea sa. Pe traseul de aducere a aerului proaspăt şi pe traseul

aerului evacuat se vor monta recuperatoare de căldură (recoman-

199

dăm pompele de căldură cu compresie). Modul de amplasare a

pompelor de căldură depinde de frecvenŃa de ocupare a sălilor

pentru a se putea exploata descentralizat sistemul de recuperare a

căldurii (entalpiei) aerului. Suplimentar, este posibil ca o parte din

condensul rezultat ca urmare a răcirii aerului la trecerea prin

vaporizatorul pompei de căldură să fie reintrodus în spaŃiul ocupat,

dat fiind faptul că, în general, la temperaturi exterioare scăzute

umiditatea relativă a aerului scade sub valoarea recomandată

de 30 %.

În cele ce urmează se prezintă atât modelul de calcul, cât şi

un studiu care vizează o clasă de şcoală.

Modelul de calcul al PEC (inclusiv evaluarea calităŃii aerului)

A. Asigurarea calităŃii aerului în sala de curs 1. Stabilirea limitelor superioare admisibile ale concentraŃiilor

de vapori de apă şi de dioxid de carbon

Documentul tehnic recomandat este normativul NP 008-97,

elaborat de INCERC Bucureşti (in cele ce urmează, anexele şi

articolele menŃionate aparŃin normativului de mai sus) .

• ConŃinutul de bioxid de carbon din aerul interior nu trebuie să

depăşească 1,6 g/m3 (cca. 0,05 %) – art. 3.1.4.

• ConŃinutul de vapori de apă nu trebuie să depăşească în

sezonul rece valoarea de 9,45 g/m3 – art. 3.1.5.

• Stabilirea debitului mediu de bioxid de carbon evacuat de

persoane (metabolism):

200

RelaŃia de calcul recomandată este (ANEXA 4, A.1):

AM1085K 4CO2

⋅⋅⋅= − [m3/h] (VII.1)

în care:

M – nivelul metabolic specific activităŃii (tab. 1, art. 1.3); pentru

clase de şcoală se consideră M (met) = 1,5;

A – suprafaŃa totală a corpului uman; pentru elevi se consideră

în medie A = 1,2 m2.

Densitatea bioxidului de carbon este

2COρ = 1,7968 kg/m3

(ANEXA 5).

• Stabilirea debitului mediu de vapori de apă evacuaŃi de

persoane (metabolism):

RelaŃia de calcul recomandată este (ANEXA 4, B.2):

32OH 10M40MA185087K

2⋅⋅+⋅⋅⋅= ),(, [mg/h] (VII.2)

Densitatea vaporilor de apă este ρ = 0,8028 kg/m3.

•••• Caracteristicile aerului exterior

◊ ConŃinutul de dioxid de carbon se consideră 0,05 %1). La o

densitate a aerului (valoare de calcul) de 1,2928 kg/m3, rezultă:

)(, e2CO tF500C2

⋅= [g/m3] (VII.3)

1) Dată fiind creşterea poluării prin creşterea numărului de automobile, se

consideră ca valoare mai corectă 0,05%.

201

◊ ConŃinutul de vapori de apă „x“ se determină în funcŃie de

temperatura aerului şi de umiditatea relativă. Se recomandă relaŃia:

)()()( e2e1e tFtFtx ⋅= [g/m3] (VII.4) în care:

03783t202210t00508950t0000144830tF e2e

3ee1 ,,,,)( +⋅+⋅+⋅−=

29281t00478210t0000179760tF e2ee2 ,,,)( +⋅−⋅=

Cu referire la şcoli, relaŃiile (VII.1) şi (VII.2) devin:

0153021511085K 4CO2

,,, =⋅⋅⋅= − m3/h ⋅ pers (VII.5)

pershg0455521514051871850K 2OH2

⋅=⋅⋅+⋅⋅= /,,),,,(,

(VII.6)

2. Verificarea concentraŃiei de noxe în funcŃie de rata de

ventilare asigurată de ventilarea naturală a sălilor de clasă

Debitul specific de aer infiltrat se poate determina cu relaŃia:

)()()( τ+τ=τ tw VVV &&& [m3/h ⋅ m] (VII.7) în care:

pa

34

w cw

i3600V⋅τρ

⋅⋅=τ)(

)(/

& [m3/h ⋅ m] (VII.8)

δ⋅

τρτ∆

⋅=τ400

tp

73054V,

)(

)(,)(& [m3/h ⋅ m] (VII.9)

cu referire la lungimea rosturilor mobile ale ferestrelor / uşilor

exterioare, în care:

i – coeficientul de infiltraŃii al rosturilor mobile:

202

( ) ]//[,/ 34

dublugeam smKmW10i ⋅⋅=

( ) ]//[,/ 34

nttermoizolageam smKmW040i ⋅⋅=

sau în funcŃie de informaŃiile oferite de producătorii de ferestre,

pentru cele noi;

w – viteza vântului [m/s];

cpa – căldura specifică la presiune constantă a aerului, cu

valoarea de 1003 J/kgK;

ρ (τ) – densitatea aerului determinată cu relaŃia:

29281t00478210t000079760 e2e ,,,)( +⋅−⋅=τρ [kg/m3]

(VII.10)

∆ p(τ) – diferenŃa de presiune între mediile interior şi exterior,

care se determină cu relaŃia:

aaee0F ttttH819p ⋅β−⋅β⋅ρ⋅⋅=τ∆ )()(,)( [Pa] (VII.11)

HF – înălŃimea ferestrei, [m];

δ – deschiderea rostului, [m]:

δd = 0,0008 m – geam dublu de bună calitate;

δiz = 0,0002 m – geam termoizolant

Exemplu de calcul Se consideră o clasă de şcoală cu dimensiunile: H = 3 m,

L = 9 m, l = 6 m. Peretele vitrat are suprafaŃa Sp = L ⋅ H = 27 m2.

Ferestrele însumează suprafaŃa SF = = 10,8 m2, iar lungimea

rosturilor mobile este LR = 48,6 M. ÎnălŃimea ferestrelor HF = 2,5 m.

Se cunosc: Numărul de elevi, Npers = 20 pers., viteza vântului,

w = 3 m/s, Temperatura aerului interior, ta = 22°C.

203

Temperatura exterioară:

a. C15t1e °−= ;

b. C10t2e °= .

Ferestrele sunt de tipul:

a. duble;

b. termoizolante.

Să se determine rata de ventilare asigurată prin infiltraŃiile de

aer prin rosturile ferestrelor.

1. DiferenŃa de presiune:

Pa2142215273

221515273

152928152819C15tp

1e ,,,

,,,)( =

+

−−

−⋅⋅⋅=°−=∆

Pa2412215273

221015273

102928152819C10tp

2e ,,,

,,,)( =

+

−+

⋅⋅⋅=°=∆

2. Debitul volumic specific de aer infiltrat

Cazul 1. Geam dublu şi 15t

1e −= °C

hmm5937ct

3103600V 3

pa

34

w ⋅=⋅ρ

⋅⋅= /,)(

,/

&

3mkg27631C532

1522t /,),()( =°ρ=

−

ρ=ρ

hmm436140008027631

21473054V 3

50

t ⋅=⋅

⋅= /,,,

,,

,

&

hmm0312V 3 ⋅= /,&

hm618584V 3d /,=

hsch613tn1ead /,)( =

204

Cazul 2. Geam dublu şi 10t2e = °C

hsch123tn2ead /,)( =

Cazul 3. Geam termoizolant şi 15t

1e −= °C

hsch241tn1eiza /,)( =

Cazul 4. Geam termoizolant şi 10t2e = °C

hsch141tn2eiza /,)( =

Din exemplul numeric rezultă că temperatura exterioară nu joacă un rol determinant în realizarea ventilării naturale a sălii de clasă, în schimb calitatea vitrajului este esenŃială în stabilirea

ratei de ventilare a clasei.

Pe baza valorii ratei de ventilare, na, se determină variaŃia în

timp a concentraŃiei de noxe din spaŃiul ocupat.

BilanŃul de masă este reprezentat în schema de calcul din

fig. VII.1.

Fig. VII.1. Schema de calcul a bilanŃului de masă

al unei incinte ocupate

205

ττ

⋅+τ⋅⋅=⋅+⋅⋅dCd

VCVnKNtCVn aperseea)(

)()( (VII.12)

respectiv:

VK

NtCCndCd

perseea ⋅=−τ⋅+ττ

)]()([)(

(VII.13)

care devine:

V

KN)t(Cn)(Cn

d

)(Cdperseeaa ⋅+⋅=τ⋅+

τ

τ (VII.14)

cu condiŃia iniŃială C (τ = 0) = Ce (te), care presupune o aerisire totală

a spaŃiului.

SoluŃia ecuaŃiei (VII.14) este dată de relaŃia:

)]n(exp1[Vn

KN)t(C)(C a

a

persee τ−−⋅⋅

⋅+=τ (VII.15)

Dată fiind valoarea maximă admisibilă a concentraŃiei de noxe

din spaŃiul ocupat, cu valoarea Cmax, relaŃia (VII.15) furnizează

valoarea ratei de ventilare necesară pentru menŃinerea concentra-

Ńiilor de noxe sub valorile maxime.

Practic, la finalul orei de studii, caracterizată de τ = T, se

impune condiŃia realizării:

maxmax CCC)T(C ⋅ε=∆−==τ ; 001,<ε (VII.16)

din care rezultă ecuaŃia de determinare a valorii na:

2

2

COpers

COmax

a

aKN

CVC

n)Tn(exp1

⋅

⋅−⋅ε=

−− (VII.17)

Dat fiind faptul că analiza vizează două noxe, vaporii de apă şi

bioxidul de carbon, rezultă două valori OHa 2n şi

2COan , din care se

reŃine ca valoare necesară:

206

}n,n{maxn22 COaOHaa = (VII.18)

Revenind la analiza de diagnostic, relaŃia (VII.15) este utilă

determinării valorii concentraŃiei de noxe pentru fiecare din cei doi

poluanŃi menŃionaŃi la momentul τ = T, dacă se utilizează exclusiv

infiltraŃiile de aer proprii ventilării naturale necontrolate a sălii de

clasă.

AplicaŃie numerică 1. Se verifică dacă debitul de aer datorat ventilării naturale,

determinat în exemplul anterior, este suficient pentru menŃinerea

calităŃii aerului, respectiv cele două valori reglementate ale

conŃinutului de noxe, respectiv:

g2,259V6,1C2COmax =⋅=

g9,1530V45,9C OHmax 2=⋅=

ConcentraŃiile de noxe din mediul exterior se determină cu

relaŃiile:

3e21COe mg680tF500C

12/,)(,, =⋅=

3e22COe mg620tF500C

22/,)(,, =⋅=

3e2e11OH mg641tFtFC

112/,)()(, =⋅=

3e2e12OH mg936tFtFC

222/,)()(, =⋅=

La momentul τ = 2700 s (sfârşitul orei de curs) concentraŃiile

de noxe au valorile conform tabelului VII.1.

RelaŃia de calcul utilizată este (VII.15), iar valorile din tabelul

VII.1 se obŃin prin multiplicarea cu valoarea V = 162 m3.

207

Tabelul VII.1.

temp ext [°C] nad

[sch / h] na iz

[sch / h] dCO2

C [g] dOH2

C [g] izCO2

C

[g]

izOH2

C

[g]

– 15 3,61 1,24 267,3 265,68 405 293,22

10 3,12 1,14 275,4 1122,66 406,6 1150,20

Rezultă că în cazul bioxidului de carbon concentraŃia de CO2

maxim admisă (259,2 g) este depăşită şi în cazul geamurilor duble şi

evident şi în cazul geamurilor termoizolante. ConcentraŃia de vapori

de apă nu este depăşită în nici o situaŃie. Prin urmare numărul

de schimburi de aer necesar asigurării calităŃii aerului este

na nec > 3,6 sch/h, valoare care depăşeşte cu mult valorile utilizate curent în auditurile energetice realizate conform reglementărilor în vigoare. De obicei se utilizează na = 0,9 sch/h. Un calcul elementar arată că pentru exemplul de calcul propus creşterea fluxului termic aferent încălzirii aerului rece infiltrat depăşeşte cu 400 % valoarea rezultată din calculul convenŃional, ceea ce demonstrează gradul inadmisibil al erorii de calcul.

2. Determinarea debitului necesar de aer în scopul menŃinerii

calităŃii aerului pe durata orei de curs

Asociind calitatea aerului cu necesitatea minimizării consu-

mului de energie aferent realizării microclimatului confortabil în sala

de curs, rezultă că soluŃia înlocuirii ferestrelor duble cu ferestre termoizolante se impune nu pentru orele de curs ci pentru orele în care clădirea nu este ocupată, ceea ce reprezintă o linie strategică neexploatată în nici o lucrare de audit sau de proiectare energetică a clădirilor de tip şcoală.

208

Prin urmare rata de ventilare necesară asigurării calităŃii aerului în ora de curs se determină în condiŃiile dotării cu geam termoizolant (nu se recomandă geamul fix deoarece în sezoanele de tranziŃie se poate asigura ventilarea naturală a claselor, dacă şi condiŃiile exterioare permit aceasta sau în caz de avarie a instalaŃiilor de ventilare mecanică – întreruperea accidentală a alimentării cu energie electrică sau defecŃiuni de natură mecanică).

Rata de ventilare se determină pentru noxa CO2 cu relaŃia

(VII.16) şi pentru T = 2700 s (0,75 h). Rezultă ecuaŃia:

VK

N

CCn

)Tn(exp1

pers

emax

neca

neca

⋅

−⋅ε=

⋅−− (VII.19)

respectiv:

)2

)1

a

a

49,19750153,020

16268,02,259n

)n75,0(exp1

⋅⋅

⋅−⋅ε=

⋅−− 12

sau:

1822,04288,0n

)n75,0(exp1

a

a −ε⋅=⋅−−

În graficul din fig. VII.2 se prezintă funcŃia de variaŃie na (ε).

1 Calculul se face pentru situaŃia cea mai dezavantajoasă, respectiv pentru

te1 = – 15°C, valoare la care concentraŃia de 0,05 % din masa de aer

conduce la 3CO m/g68,0C

2= .

2 Valoarea de la numitor trebuie să fie dată în g, ceea ce implică utilizarea

valorii 2COK în g /h ⋅ pers.

209

4,2

4,4

4,6

4,85

5,2

5,4

5,6

5,86

6,2

6,4

6,6

6,87

7,2 0,

750,

7625

0,77

50,

7875

0,8

0,81

250,

825

0,83

750,

850,

8625

0,87

50,

8875

0,9

0,91

250,

925

0,93

750,

95

epsi

[ - ]

na [ sch/h ]

Fig. VII.2. VariaŃia ratei de ventilare a clasei în funcŃie de nivelul

de exigenŃă privind asigurarea calităŃii aerului interior

210

Decizia cu privire la adoptarea valorii na se ia şi în funcŃie de

gradul de afectare a umidităŃii relative a aerului interior. Dat fiind

faptul că în zilele cu temperaturi exterioare scăzute şi conŃinutul de

apă din aer este redus (aerul este uscat), rezultă că o valoare

ridicată na va putea conduce la uscarea excesivă a aerului interior.

Din acest motiv se va prefera obŃinerea unei valori ε ≅ 0,95, căreia îi

corespunde valoarea na = 4,26 sch/h.

3. Verificarea valorii umidităŃii relative a aerului din sala de

curs în condiŃiile utilizării ventilării mecanice controlate

S-au stabilit următoarele relaŃii utile analizei procesului de

variaŃie ϕ (τ) în spaŃiul unei clase în funcŃie de temperatura

exterioară ca parametru termodinamic determinant.

Parametrii de stare ai aerului exterior (clădirea este amplasată

în oraşul Bucureşti) pentru stabilirea corelaŃiei x = x (te), se obŃin cu

relaŃiile:

03783t202210t00508950t0000144830tx e2e

3eem ,,,,)( +⋅+⋅+⋅−= [g / kg]

(VII.20)

respectiv:

)()()( eemev ttxtx ρ⋅= [g/m3] (VII.21)

Raportarea se face la masa / volumul de aer uscat.

În funcŃie de temperatura interioară a aerului, ta, în cazul de

faŃă ta = 22°C, valoare reprezentativă pentru orice clădire în sezonul

rece, se determină variaŃia umidităŃii relative a aerului ϕ (x) cu relaŃia:

100002259860tx06050x ⋅+⋅=ϕ ],)(,[)( [%] (VII.22)

211

Prin urmare dacă se cunoaşte variaŃia conŃinutului de

umiditate x în funcŃie de rata de ventilare na, se determină şi variaŃia

umidităŃii relative a aerului interior.

RelaŃia de determinare a variaŃiei x (τ) într-o oră în care rata de

ventilare are valoarea na nec determinată în funcŃie de concentraŃia de

bioxid de carbon, este relaŃia (VII.15). Analiza se face pe intervalul de

temperaturi posibile în sezonul rece, respectiv te ∈ [– 15°C, 10°C], cu

atenŃie asupra temperaturilor reduse. Astfel, pentru te = – 15°C şi na =

4,26 sch / h, variaŃia x (τ) conduce la valoarea maximă xv (T) =

= 1,72 g / m3, respectiv xm (T) = 1,44 g / kg, prin împărŃirea la ρ =

=1,20 kg / m3 (pentru ta = 22°C).

Valorii xm = 1,44 g/kg îi corespunde umiditatea relativă a

aerului interior de ϕi = 9 %, extrem de redusă faŃă de valoarea

admisibilă de 30 %. Se impune o umidificare a aerului interior cu un

surplus de apă de 2,5 kg/h care conduce la realizarea valorii xm =

= 4,38 g / kg, respectiv ϕi = 27 %, considerată acceptabilă.

Aceeaşi analiză efectuată pentru te =10°C conduce la valoarea

xm = 5,62 g / kg, căreia îi corespunde ϕi = 29 %, fără umidificarea

suplimentară a aerului. Prin urmare se impune o instalaŃie de tratare

a aerului astfel încât să se obŃină valoarea xm > 4,40 g / kg cu

condiŃia suplimentară:

507x404 m ,, ≤< [g/kg]

B. Analiza energetică a funcŃionării unei clădiri de tip şcoală – soluŃia de minimizare a consumului de energie pentru încălzirea spaŃiilor

O clădire de tip şcoală funcŃionează în două etape:

I. Orele de predare, timp în care se asigură ventilarea

mecanică / condiŃionarea aerului conform celor menŃionate în

212

partea A a acestui capitol, prin vehicularea debitului volumic

de aer proaspăt VnV neca ⋅=& [m3 / h].

II. Orele ulterioare etapei I şi în zilele de sfârşit de

săptămână, în care se asigură exclusiv încălzirea de gardă,

practic fără nici o ventilare a spaŃiilor (ferestrele termoizolante

se menŃin în poziŃia închisă). Cu câteva ore înainte de

începerea orelor de curs se procedează la reîncălzirea

spaŃiilor şi apoi la ventilare, intrându-se în etapa I.

DiferenŃa de funcŃionare este foarte mare, în prima etapă

clădirea fiind permeabilă ca urmare a ratei mari de ventilare impusă

de menŃinerea concentraŃiilor de bioxid de carbon în limitele admise,

iar în etapa a II-a clădirea comportându-se ca un întreg extrem de

conservativ din punct de vedere energetic. Un element suplimentar,

care din punct de vedere energetic reprezintă o rezolvare elegantă şi

totodată eficientă este reprezentat de realizarea unui sistem

recuperativ al căldurii (latente şi sensibile din aerul evacuat) prin

intermediul unei pompe de căldură caracterizată de valori COP

foarte ridicate deoarece reintroduce căldură în sistem. Acest sistem

este convenabil şi din punct de vedere al protecŃiei mediului

deoarece asigură evacuarea aerului la o entalpie apropiată de cea a

mediului exterior natural.

Evaluarea PEC în aceste condiŃii implică utilizarea unor

modele dinamice de simulare deoarece atât răcirea clădirii, cât şi

reîncălzirea sunt procese dinamice în care variaŃia parametrilor

climatici, pe de o parte, şi caracteristicile constructive ale anvelopei

şi elementelor interioare de construcŃie, pe de altă parte, sunt extrem

de importante şi modifică răspunsul termic al clădirii cu consecinŃe

sensibile asupra PEC.

213

Etapa I

• EcuaŃia de bilanŃ termic al aerului

+τ−τ⋅⋅α=τ⋅⋅ρ⋅⋅+τ )](t)(t[S)(tcVn)(Q saEcvacpaacv

)t(qN)(tcVn)](t)(t[S appersapaapapcv ⋅−τ⋅⋅ρ⋅⋅++τ−τ⋅⋅α+

(VII.23)

Utilizarea sistemului de recuperare a clădirii de tip pompă de

căldură, în care sursa rece o reprezintă aerul evacuat caracterizat de

temperatura ta şi de umiditatea x (ta), implică o ecuaŃie de definire a

temperaturii tac (τ) în funcŃie de COP propriu pompei de căldură.

Fluxul termic pe partea de condensator este dat de relaŃia:

)]()([ τ−τ⋅⋅ρ⋅⋅= eacpaaCD ttcVnQ (VII.24)

COP se defineşte cu relaŃia:

EL

CD

QQ

COP)(τ

=

Fluxul termic pe partea de vaporizator se determină cu

relaŃia:

ρ⋅τ−τ⋅⋅=τ )]()([)( evaav iiVnQ (VII.25)

în care entalpia aerului se determină în funcŃie de temperatură şi de

conŃinutul de umiditate:

xi250t841ti aa ⋅⋅+τ⋅+τ= ])(,[)( [kJ/kg] (VII.26)

Rezultă:

+⋅τ−⋅τ⋅+τ−τ=τ−τ )]t(x)(t)t(x)(t[84,1)(t)(t)(i)(i evevaaevaeva

)]t(x)t(x[2501 eva −⋅+ (VII.27)

214

Dacă se utilizează simplificarea ∆x ≅ 0, rezultă:

)]()([ τ−τ⋅⋅ρ⋅⋅≅ evapaav ttcVnQ (VII.28)

Rezultă:

EL

ELevapaa

Q

QttcVnCOP

+τ−τ⋅⋅ρ⋅⋅=

)]()([ (VII.29)

sau:

1COPQ

ttcVn

EL

evapaa −=τ−τ⋅⋅ρ⋅⋅ )()([

(VII.30)

Din relaŃia de definire a COP rezultă:

COPQ

Q CDEL = (VII.31)

şi apoi:

1COPtttt

COPeac

ea −=τ−ττ−τ

⋅)()(

)()( &

; eve tt ≡& – temperatura aerului evacuat

şi

β=−

=τ−ττ−τ

1COPCOP

tttt

ea

eac

)()(

)()(&

(VII.32)

din care:

)]()([)()( τ−τ⋅β+τ=τ eaeac tttt & (VII.33)

Se defineşte:

rtttt

ea

ea =τ−ττ−τ)()(

)()( &

(VII.34)

şi deci:

)]()([)()( τ−τ⋅⋅β+τ=τ eaeac ttrtt (VII.35)

215

Această expresie se introduce în relaŃia de bilanŃ termic al

aerului:

=⋅+τ−τ⋅−⋅β⋅⋅ρ⋅⋅+τ )()]()([)()( apperseapaacv tqNtt1rcVnQ

)]()([)]()([ τ−τ⋅⋅α+τ−τ⋅⋅α= papcvsaEcv ttSttS (VII.36)

• EcuaŃia de definire a temperaturii )(τst :

)()()(])([)( τ⋅⋅α+τ⋅⋅α−=τ −−ev

1ii

1is tRtR1t (VII.37)

• EcuaŃia de definire a temperaturii interioare rezultante:

)()()( τ⋅⋅⋅αα

+τ⋅αα

=τ RE

TR

i

ra

i

cvi t

SS

Ftt (VII.38)

în care:

)()()( τ⋅

−+τ⋅=τ p

T

Es

T

ER t

SS

1tSS

t (VII.39)


interioare:

)]()([)]()([)(

τ−τ⋅⋅⋅α−τ−τ⋅⋅α=τ

τ⋅⋅ sppRrpapcv

p ttSFttSd

tdcM

(VII.40) Ansamblul ecuaŃiilor (VII.36) ... (VII.40) definesc:

– necesarul de căldură asigurat de instalaŃia

convenŃională (corpuri statice), Qcv (τ) pentru ta = ta0 valoare

setată;

– variaŃia ta (τ) asociată valorii Qcv = 0 pentru cazul în

care 0aa t)(t >τ .

216

Etapa a II-a

Implică prima oră după terminarea programului zilnic în care

clădirea este ventilată mecanic, dar fără utilizarea pompei de căldură

şi a instalaŃiei de încălzire. Nu se consumă energie, dar se

urmăreşte variaŃia ta (τ) şi tp (τ). EcuaŃiile de bilanŃ termic sunt

următoarele:

+τ−τ⋅⋅α+τ⋅⋅ρ⋅⋅=τ⋅⋅ρ⋅⋅ )](t)(t[S)(tcVn)(tcVn saEcvapaaepaa

)](t)(t[S papcv τ−τ⋅⋅α+ (VII.41)

)]()([)]()([)(

τ−τ⋅⋅⋅α−τ−τ⋅⋅α=τ

τ⋅⋅ sppRrpapcv

p ttSFttSd

tdcM

(VII.42) Etapa a III-a

Răcirea liberă a clădirii fără sursa de aer / căldură:

0)](t)(t[S)](t)(t[S papcvsaEcv =τ−τ⋅⋅α+τ−τ⋅⋅α (VII.43)

asociată cu ecuaŃia (VII.42).

Se urmăreşte ca Ga tt ≥τ=τ )( & , în care tG este temperatura de

gardă. Posibilitatea atingerii tG devine reală în cazul clădirilor uşoare

şi slab izolate termic, precum şi în zilele de vacanŃă sau sfârşit de

săptămână.

Etapa a IV-a De la valorile )(),( τ=ττ=τ && pa tt se reia procesul de reîncălzire

a claselor fără sursă de aer şi cu sursa convenŃională de încălzire la

capacitate maximă ⋅ξ Q0 ( 1≥ξ ).

217

EcuaŃiile de bilanŃ termic sunt:

)]()([)]()([ τ−τ⋅⋅α+τ−τ⋅⋅α=⋅ξ papcvsaEcv0 ttSttSQ

(VII.44)

asociată cu ecuaŃia (VII.42). Se stabileşte valoarea Q0 pentru ziua de iarnă de calcul şi un

interval de reîncălzire de maxim 7 h astfel încât la ora de începere a

cursurilor clasele să beneficieze de un microclimat confortabil. Apoi

se reia analiza cu etapa I.

Pe baza modelului matematic elaborat s-a efectuat, în

continuare, studiul de caz al sălii de clasă menŃionată în lucrare, pe

suportul climei din iarna 2009, Bucureşti, intervalul 01.01.2009 –

12.03.2009.

Rezultate semnificative:

1. Clădire cu anvelopă opacă: RPe = 0,76 m2K / W; RF =

= 0,43 m2K/W; na = 4,26 h – 1, fără pompă de căldură: i1 = = 114,07 kWh/m2.

2. Clădire cu RPe = 3,04 m2K / W; RF = 0,55 m2K/W; na =

= 4,26 h – 1, fără pompă de căldură: i2 = 108,94 kWh/m2.

3. Clădire cu anvelopa opacă: RPe = 0,76 m2K / W; RF =

= 0,43 m2K/W; na = 4,26 h – 1, cu pompă de căldură cu COP = 5: i3 =

= 78,46 kWh/m2.

4. Clădire cu anvelopa opacă: RPe = 0,76 m2K / W; RF =

= 0,55 m2K/W; na = 4,26 h – 1, cu pompă de căldură cu COP = 5: i4 =

= 77,01 kWh/m2.

5. Clădire cu RPe = 3,04 m2K / W; RF = 0,55 m2K/W; na =

= 4,26 h – 1, cu pompă de căldură cu COP = 5: i5 = 74 kWh/m2.

218

Rezultă că maximum de eficienŃă se obŃine în varianta 5, i =

= 74 kWh / m2, faŃă de situaŃia actuală în care i = 114,07 kWh / m2.

Reducerea de consum de căldură este de 35 %. Această variantă

implică şi costurile cele mai ridicate ca investiŃii. SoluŃia cu costuri

minime şi performanŃă energetică apropiată este soluŃia 4 în care

i = 77,01 kWh/m2, care implică o reducere a consumului de energie

termică cu 32,5 %. MenŃionăm că în valoarea „i“ s-a luat în calcul energia primară, considerând un randament de producere a energiei electrice din energie termică de 40 %.

În concluzie: soluŃia de modernizare energetică vizează

înlocuirea ferestrelor cu ferestre termoizolante şi includerea insta-

laŃiei de ventilare / condiŃionare dotată cu pompă de căldură cu

funcŃia de recuperare de căldură sensibilă şi latentă.

Abordarea evaluării PEC conform algoritmului prezentat se constituie în instrument de proiectare energetică util atât modernizării energetice a clădirilor de tip şcoală, cât şi proiectării energetice a acestor tipuri de clădiri.

ComparaŃia cu rezultatele furnizate de aplicarea reglemen-

tărilor NP 048-2000 şi Mc 001 / 2006 nu are sens. Lucrarea de faŃă

fundamentează atât soluŃia tehnică cea mai avantajoasă energetic,

cât şi algoritmul de cuantificare a PEC.

În ceea ce priveşte încadrarea clădirilor de tip şcoală în clase

energetice şi apoi notarea energetică a acestora, se impune

abordarea referenŃialelor specifice în raport cu care se acordă nota

energetică. Expertizarea clădirilor de tip şcoală va pune în evidenŃă

lipsa instalaŃiilor de ventilare şi apoi, prin calcul, nerealizarea calităŃii

aerului în clădire. Cu cât naV necesar se îndepărtează de debitul

caracteristic infiltraŃiilor de aer, cu atât se poate lua în considerare un

coeficient de penalizare energetică. Acest coeficient de penalizare

afectează valoarea PEC caracteristică clădirii actuale dotată cu

ventilare mecanică (fără recuperator de căldură) care asigură

219

calitatea aerului. În raport cu această valoare de referinŃă, se

determină eficienŃa economică a soluŃiei de modernizare.

Desigur această abordare va declanşa proteste din partea

administratorilor clădirilor, deoarece valoarea de referinŃă a PEC,

bazată pe principii operaŃionale, se va situa cu mult (probabil) sub

valoarea de referinŃă corectă. Spre exemplu, studiul de caz abordat

conduce la o valoare PEC de 84 kWh/m2 (na = 3,26 h – 1), faŃă de

114,07 kWh/m2, valoare aferentă soluŃiei de referinŃă normală. Este

spectaculoasă creşterea cu 39 % a consumului de căldură prin

creşterea debitului de la 3,26 h – 1 la 4,26 h – 1, dar şi prin conversia

în energie termică a energiei electrice utilizată de compresorul

pompei de căldură. Utilizarea complet nejustificată a reglemen-tărilor în vigoare asociată debitului de 0,9 sch/h, reduce consumul de căldură la valoarea neverosimilă de 12,61 kWh / m2 a cărei unică funcŃie este să arate ordinul de mărime al erorilor care se comit în prezent în cuantificarea energetică şi în proiectarea energetică a clădirilor de tip şcoală.

În cazul în care nu se ia în calcul randamentul de conversie a energiei termice în energie electrică, valoarea PEC devine 55,78 kWh/m2, care se compară cu valoarea de referinŃă PEC0 = 114,07 kWh/m2, ceea ce conduce la o reducere de consum de căldură cu circa 50 %. Valoarea de 55,78 kWh/m2 este sub valoarea care ar fi normal să se obŃină prin aplicarea metodelor operaŃionale de 84 kWh/m2.

O soluŃie complementară o reprezintă utilizarea motoarelor

cu ardere internă ca surse de energie proprii clădirii, respectiv

implementarea echipamentelor de cogenerare de mică / medie

putere în funcŃie de capacitatea clădirii şi de sarcina termică /

electrică necesară.

220

VII.4. Propuneri de modernizare a reglementărilor tehnice

1. Din analizele efectuate asupra stadiului actual al certificării

energetice a clădirilor de tip şcoală şi asupra modului în care este tratată

problema asigurării condiŃiilor de confort în spaŃiile clădirilor de

învăŃământ, cu referire în special la igiena compoziŃiei aerului interior, a

rezultat necesitatea unei abordări speciale la evaluarea performanŃei

energetice a clădirilor de tip şcoală, cu accent pe evaluarea igienei

compoziŃiei aerului din sălile de clasă. Ca urmare se impune

completarea / modificarea reglementărilor actuale, după cum urmează:

a) „Metodologia de calcul a performanŃei energetice a

clădirilor” – Mc 001-2006:

• stabilirea grilei de clasificare energetică a clădirilor

de tip şcoală;

• stabilirea referenŃialelor pentru clădirile de tip şcoală;

• stabilirea metodei de notare din punct de vedere

energetic a clădirilor de tip şcoală si introducerea unei

penalizări referitoare la asigurarea igienei compoziŃiei

aerului din unităŃile funcŃionale ale acestora;

• introducerea unui capitol special, în cadrul expertizei

energetice a şcolilor, referitor la modul în care este asigu-

rată calitatea aerului interior pentru desfăşurarea în condiŃii

normale a activităŃii;

• adoptarea metodelor de calcul adecvate conform

celor arătate mai sus.

b) „Normativ privind proiectarea, realizarea şi exploatarea

construcŃiilor pentru şcoli şi licee” , indicativ NP 010-1997:

• introducerea criteriului privind performanŃa ener-

getică a clădirii – PEC şi stabilirea referenŃialului pentru

clădirile de tip şcoală;

221

• actualizarea / modificarea nivelurilor admisibile

pentru concentraŃiile de noxe din aerul interior;

• introducerea recomandării de dotare a clădirilor de

tip şcoală cu un sistem de ventilare mecanică, eficient din

punct de vedere energetic, în vederea asigurării igienei

aerului interior (limitării concentraŃiilor de noxe – dioxid de

carbon, umiditate relativă/absolută – la valorile admisibile).

2. S-a elaborat un model de calcul al PEC specific clădirilor de

tip şcoală în care evaluarea calităŃii aerului are un rol important şi în

care:

• se stabilesc parametrii definitorii pentru asigurarea calităŃii

aerului:

o limitele admisibile ale concentraŃiilor de vapori de

apă şi de CO2;

o debitul mediu de vapori de apă emişi de persoane;

o caracteristicile aerului exterior;

• se face verificarea concentraŃiei de noxe în funcŃie de rata

de ventilare asigurată de ventilarea naturală a sălilor de

clasă;

• se determină variaŃia în timp a concentraŃiilor de noxe din

spaŃiul ocupat;

• se stabileşte necesitatea ventilării/condiŃionării aerului

pentru asigurarea condiŃiilor normale de desfăşurarea a

activităŃii din sălile de clasă.

Modelul de calcul este însoŃit şi de un exemplu de calcul.

3. S-a elaborat de asemenea şi un model de calcul pentru

analiza energetică a funcŃionării clădirii de tip şcoală cu aplicarea unei

soluŃii de minimizare a consumului de energie pentru încălzirea

spaŃiilor Ńinându-se seama de cele două etape distincte de funcŃionare:

222

orele de curs, în care se asigură ventilare / condiŃionare mecanică şi

orele ulterioare orelor de curs precum şi cele din zilele de sfârşit de

săptămână, în care se asigură numai încălzirea de gardă.

4. Ca urmare, se face propunerea de actualizare a metodei de

calcul al performanŃei energetice din Mc 001-2006, cu prevederi

speciale pentru clădirile de tip şcoală.

5. În baza rezultatelor calculelor efectuate utilizând noile

modele pentru analiza energetică a clădirilor de tip şcoală au fost

propuse soluŃii pentru:

• racordarea instalaŃiilor termice ale clădirilor noi şi existente

la sistemul de cogenerare / trigenerare cu:

– sistem de cogenerare de mare putere care la nivelul

Punctelor Termice completat cu pompă de căldură cu

absorbŃie care utilizează soluŃia de bromură de litiu ca

mediu absorbant şi apa ca agent frigorific;

– sistem de cogenerare de mare putere care în locul

actualelor Puncte Termice utilizează puncte de distribuire a

agentului termic primar către utilizatori;

– sistem de medie putere care produce atât energie

electrică cât şi energie termică şi care alimentează un grup

de clădiri;

– sistem de mică putere reprezentat de un singur

consumator care utilizează integral atât energia electrică

cât şi energia termică;

• instalaŃii interioare de furnizare a căldurii şi de răcire a

spaŃiilor;

• sisteme eficiente cu plafon radiant şi echipamente de

stocaj termic diurn destinate încălzirii / răcirii spaŃiilor

ocupate, inclusiv şcoli.

223

BIBLIOGRAFIE

Blomsterberg,

A.

Ventilation and airtightness in low rise residential

buildings, Swedish Council for Building Research,

1990

Bratu, C.D. ş.a Clădiri existente pentru învăŃământ cu confort

termic interior îmbunătăŃit şi consumuri energetice

reduse, Editura universitară „Ion Mincu“,

Bucureşti, 2005

Constantinescu,

D.

Model de simulare a Răspunsului Termic al

ConstrucŃiilor INVAR, Conf. Academia Română,

Bucureşti, mai 1993

Constantinescu,

D. ş.a

Assessment of the Optimal Energy Functional

Solution for an Intelligent Apartment Building,

Proc. TIEES Trabzon., 1996

Constantinescu,

D. ş.a.

The Virtual Outdoor Temperature – a

Thermodynamic Parameter Specific to the

Apartment Buildings, Clima 2000, Liège, 1997

Constantinescu,

D.

Tratat de inginerie termică – Termotehnica în

construcŃii, vol. I, ISBN 978-973-720-222-2,

Ed. AGIR, Bucureşti, 2008

Constantinescu,

D.; Petran, H.;

Petcu, C.

Validarea Numerică şi Experimentală a Metodei

de Calcul a PerformanŃei Energetice a Clădirilor

(PEC), ConferinŃa InternaŃională Sinaia, 2007

224

Constantinescu,

D.; Petran, H.;

Petcu, C.

PerformanŃa Energetică a Clădirilor Noi şi

Existente – Fundamentare teoretică şi aplicaŃii,

ISBN 978-973-1884-10-3, Ed. Universitară „Ion

Mincu”, Bucureşti, 2008

Constantinescu,

D.; Petran, H.;

Petcu, C.

PerformanŃa energetică a clădirilor noi şi existente

– fundamentare teoretică – ediŃie revizuită,

ISBN 978-973-1884-49-3, Editura Universitară

„Ion Mincu”, Bucureşti, 2009

Hamburger, L. Introducere în teoria Propagării Căldurii;

ConducŃia prin solide; Ed. Academiei RPR, 1956

NP 008-1997 Normativ privind igiena compoziŃiei aerului

în spaŃii cu diverse destinaŃii, în funcŃie de

activităŃile desfăşurate, în regim de iarnă-vară

NP 010-1997 Normativ privind proiectarea, realizarea şi

exploatarea construcŃiilor pentru şcoli şi licee

NP 048-2000 Normativ pentru expertizarea termică şi

energetică a clădirilor existente şi a instalaŃiilor

de încălzire şi preparare a apei calde

de consum aferente acestora, Buletinul

ConstrucŃiilor, vol. 4/2001

C107/3-2005 Normativ privind calculul termotehnic al

elementelor de construcŃie ale clădirilor.

Partea a III-a – Normativ privind calculul

performanŃelor termoenergetice ale

elementelor de construcŃie ale clădirilor,

Buletinul ConstrucŃiilor, vol. 2-3/2007

225

Mc 001/2006 Metodologia de calcul a performanŃei energetice

a clădirilor. Partea I – caracteristici termotehnice

ale elementelor ce alcătuiesc anvelopa clădirii,

compartimentarea interioară, inclusiv etanşeitatea

la aer, poziŃia şi orientarea clădirilor, inclusiv

parametrii climatici exteriori, sistemele solare

pasive şi de protecŃie solară şi iluminatul

natural, Buletinul ConstrucŃiilor, vol. 4-7/2007

SR EN

5217 : 2008 (EN

15217 : 2007)

PerformanŃa energetică a clădirilor. Metode de

exprimare a performanŃei energetice şi de

certificare energetică a clădirilor

* * * PerfecŃionarea criteriilor de optimizare a alcătuirii

elementelor de închidere din punct de vedere al

transferului de căldură. Faza 4: SoluŃii de

optimizare din punct de vedere termoeconomic

a rezistenŃelor termice ale elementelor de

închidere. Efectul permeabilităŃii la aer a

elementelor de închidere asupra pierderilor

globale de căldură, Contract INCERC 305/1992

* * * Recensământul locuinŃelor şi populaŃiei,

Comisia NaŃională pentru Statistică, 2002

* * * SoluŃii eficiente privind priorităŃile şi metodele

de reabilitare a fondului de locuinŃe existente,

Proiect INCERC 3B01 – AMTRANS/2002

* * * Sistem de evaluare şi certificare a clădirilor

existente din punct de vedere al consumului de

energie şi utilităŃi şi al impactului asupra calităŃii

mediului înconjurător, Contract INCERC

223/2002, Etapa 3/2003

226

* * * Impactul soluŃiilor moderne de reabilitare

energetică a clădirilor existente asupra

performanŃei energetice şi economice a

acestora, în contextul prevederilor directivei

europene 2002/91/EEC, Contract 6B02 Amtrans,

Fazele 3 şi 4 / 2004

* * * Dimensiuni europene ale metodelor de evaluare

a performanŃelor energetice ale clădirilor noi

şi existente, Proiect Program Nucleu INCERC

PN 06 11 03 01/2006

* * * Modul de determinare şi procedura de calcul a

performanŃei energetice clădirilor dotate cu

instalaŃii de încălzire a spaŃiilor ocupate,

Contract INCERC – MDRL 337/2008

pec vol.2 ed.2 (2009).pdf

Documents