protectia termica a cladirilor

19
1 PROTECŢIA TERMICĂ A CLĂDIRILOR 1. Protecţia termică a anvelopei clădirilor Anvelopa clădirii este alcătuită din elementele de închidere, prin proprietăţile lor, au un rol hotărâtor în realizarea confortului. Elementele de închidere a unei clădiri sunt caracterizate prin dimensiuni geometrice finite şi prin anumite caracteristici termofizice cum ar fi conductivitatea termică, permeabilitatea la aer şi vapori, etc. Din punct de vedere al protecţiei termice, aceste elemente este important să asigure: realizarea unui climat interior confortabil (în conformitate cu destinaţia clădirii) în condiţiile reducerii pierderilor de căldură către exterior; evitarea condensării vaporilor de apă atât la suprafaţa interioară a elementelor de construcţie, cât şi în interiorul acestora; realizarea unei stabilităţi termice necesare limitării oscilaţiilor temperaturii aerului interior şi pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie; realizarea unei rezistenţe la infiltraţiile de aer pentru reducerea pierderilor de căldură corespunzătoare încălzirii acestora. Elementele de închidere ale clădirilor sunt acoperişul şi pereţii exteriori. Acestea se realizează din elemente opace şi elemente vitrate. Elementele vitrate, care asigură iluminatul natural, oferă o protecţie termică mult mai redusă decât cele opace, de aceea ponderea lor în întregul ansamblu de închidere se rezumă la strictul necesar asigurării iluminatului natural. Pentru asigurarea unei protecţii termice eficiente se folosesc materiale termoizolante. Grosimea stratului de material termoizolant influenţează direct protecţia termică. Creşterea grosimii duce la reducerea pierderilor de căldură şi implicit la reducerea puterii necesare a instalaţiei de încălzire şi, deci, a consumului de combustibil. În acelaşi timp, mărirea izolaţiei termice conduce la creşterea costului acesteia. Soluţia de alcătuire a elementelor de închidere, atât a celor vitrate, cât şi a celor opace, influenţează în mod direct costul investiţiei pentru partea constructivă, pentru instalaţia de încălzire, consumul de energie folosit sub formă de combustibil pentru producerea căldurii în instalaţia de încălzire, consumul de energie înglobată în partea de construcţii şi în partea de instalaţii de încălzire. Energia înglobată este energia consumată sub formă de combustibil sau energie electrică la producerea materialelor folosite în construcţia respectivă, începând cu materia primă până la forma lor finită, precum şi pentru transportul lor. 2. Izolaţia termică Izolarea termică a anvelopei unei clădiri are ca efect evident diminuarea pierderilor de căldură şi implicit micşorarea consumului de combustibil, reducând astfel cheltuielile de exploatare necesare pentru încălzirea clădirilor. De asemenea, sporirea gradului protecţiei termice a construcţiilor este necesară pentru diminuarea emisiilor nocive, în special a celor de bioxid de carbon, care accentuează efectul de seră la nivel global precum şi creşterea gradului de confort şi îmbunătăţirea condiţiilor de igienă. Conform normativului C 107/0-02, prin izolarea termică a clădirilor se urmăreşte: · asigurarea unei ambianţe termice corespunzătoare în interiorul spaţiilor închise; · eliminarea riscului de condens pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie; · evitarea acumulării de apă în structura elementelor de construcţie ca urmare a condensării vaporilor de apă în structura lor; · reducerea consumurilor energetice în exploatare.

Upload: sdp

Post on 02-Aug-2015

268 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Protectia Termica a Cladirilor

1

PROTECŢIA TERMICĂ A CLĂDIRILOR

1. Protecţia termică a anvelopei clădirilor

Anvelopa clădirii este alcătuită din elementele de închidere, prin proprietăţile lor, au unrol hotărâtor în realizarea confortului. Elementele de închidere a unei clădiri sunt caracterizateprin dimensiuni geometrice finite şi prin anumite caracteristici termofizice cum ar ficonductivitatea termică, permeabilitatea la aer şi vapori, etc. Din punct de vedere al protecţieitermice, aceste elemente este important să asigure: realizarea unui climat interior confortabil (în conformitate cu destinaţia clădirii) în

condiţiile reducerii pierderilor de căldură către exterior; evitarea condensării vaporilor de apă atât la suprafaţa interioară a elementelor de

construcţie, cât şi în interiorul acestora; realizarea unei stabilităţi termice necesare limitării oscilaţiilor temperaturii aerului

interior şi pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie; realizarea unei rezistenţe la infiltraţiile de aer pentru reducerea pierderilor de căldură

corespunzătoare încălzirii acestora.Elementele de închidere ale clădirilor sunt acoperişul şi pereţii exteriori. Acestea se

realizează din elemente opace şi elemente vitrate. Elementele vitrate, care asigură iluminatulnatural, oferă o protecţie termică mult mai redusă decât cele opace, de aceea ponderea lor înîntregul ansamblu de închidere se rezumă la strictul necesar asigurării iluminatului natural.

Pentru asigurarea unei protecţii termice eficiente se folosesc materiale termoizolante.Grosimea stratului de material termoizolant influenţează direct protecţia termică. Creştereagrosimii duce la reducerea pierderilor de căldură şi implicit la reducerea puterii necesare ainstalaţiei de încălzire şi, deci, a consumului de combustibil. În acelaşi timp, mărirea izolaţieitermice conduce la creşterea costului acesteia.

Soluţia de alcătuire a elementelor de închidere, atât a celor vitrate, cât şi a celor opace,influenţează în mod direct costul investiţiei pentru partea constructivă, pentru instalaţia deîncălzire, consumul de energie folosit sub formă de combustibil pentru producerea căldurii îninstalaţia de încălzire, consumul de energie înglobată în partea de construcţii şi în partea deinstalaţii de încălzire. Energia înglobată este energia consumată sub formă de combustibil sauenergie electrică la producerea materialelor folosite în construcţia respectivă, începând cumateria primă până la forma lor finită, precum şi pentru transportul lor.

2. Izolaţia termică

Izolarea termică a anvelopei unei clădiri are ca efect evident diminuarea pierderilor decăldură şi implicit micşorarea consumului de combustibil, reducând astfel cheltuielile deexploatare necesare pentru încălzirea clădirilor. De asemenea, sporirea gradului protecţieitermice a construcţiilor este necesară pentru diminuarea emisiilor nocive, în special a celor debioxid de carbon, care accentuează efectul de seră la nivel global precum şi creşterea gradului deconfort şi îmbunătăţirea condiţiilor de igienă.

Conform normativului C 107/0-02, prin izolarea termică a clădirilor se urmăreşte:· asigurarea unei ambianţe termice corespunzătoare în interiorul spaţiilor închise;· eliminarea riscului de condens pe suprafaţa interioară a elementelor de construcţie;· evitarea acumulării de apă în structura elementelor de construcţie ca urmare a condensăriivaporilor de apă în structura lor;· reducerea consumurilor energetice în exploatare.

Page 2: Protectia Termica a Cladirilor

2

Există un număr de elemente de construcţie cărora trebuie să li se asigure o anumităcapacitate de izolare termică. Acestea sunt:· elemente ce separă mediul exterior de mediul interior, cu temperaturi diferite;· elemente interioare de compartimentare care delimitează spaţii închise cu temperaturi deexploatare care diferă între ele cu mai mult de 5oC.

Izolarea termică a anvelopei presupune utilizarea raţională în alcătuirea anvelopei uneiclădiri, a unor materiale ce împiedică transmiterea căldurii interior-exterior, iarna, exterior-interior, vara. Acesta înveleşte anvelopa clădirii pentru a-i reduce pierderile de căldură spreexterior. Aerul în repaus nu este bun conductor termic, astfel că el reprezintă în principiu unizolant relativ bun. Însă, în spaţii mai mari, precum cavităţile din pereţi, căldura se poate pierdetotuşi prin convecţie şi radiaţie. Rolul izolaţiei este exact acela de a diviza volumul de aer încompartimente suficient de mici pentru a împiedica formarea curenţilor convectivi, aerulrămânând în repaus. În acelaşi timp, materialul izolator reduce radiaţia de la o suprafaţă la alta acompartimentului cu aer.

Materialele folosite în mod curent pentru izolare termică, denumite materialetermoizolante, au conductivitate termică şi densitate reduse, sunt de natură organică sauanorganică şi se prezintă sub formă de plăci, blocuri, saltele etc. Proprietăţile lor şi domeniile deaplicabilitate sunt în general bine cunoscute, ca şi soluţiile constructive în a căror alcătuire suntincluse: structuri omogene uşoare, structuri stratificate compacte, structuri ventilate, acoperişuriverzi, pereţi cu izolaţie transparentă, etc.

Materialele termoizolatoare se pot clasifica conform tipului:

Vegetale: plută, fibre de lemn, in, paie, etc. Minerale: fibră de sticlă, vata minerală, argila expandată, carburi metalice, sticlă

spongioasă, etc. Materiale sintetice: polistiren expandat, spume fenolice şi poliuretan, PVC, etc.

Vata minerală (figura 1) se realizează prin topirea la temperaturi înalte a rocii de bazalt,şi prin centrifugarea materialului obţinut, până când ajunge să formeze fibre. Peste aceste fibre seaplică o substanţă răşinoasă care împiedică degajarea prafului din produs şi care capătă orezistenţă crescută la orice acţiune mecanică, făcând ca vata minerala să-şi păstreze dimensiunileşi forma. Poate fi găsită cel mai adesea sub forma de rulouri, saltele, dar şi de plăci termoizolanteşi poate fi aplicata atât în interior cât şi la exterior, prin montare în dibluri sau pur şi simplu prinataşarea cu ajutorul unui liant puternic. Pentru faţadele ventilate, se poate aplica un adeziv la rececare fixează materialul pe perete. Vata minerală este un material izolator foarte eficient si flexibilce este compatibil cu foarte multe lucrări efectuate în aproape orice zona din casa, începând cupardoseala şi terminând cu acoperişurile mansardate. Datorita flexibilităţii si densităţiimaterialului, acest tip de izolaţie nu este doar termica, ci şi fonică. Vata minerală se poate folosişi pentru structuri de lemn, cum ar fi căpriorii uşilor şi ferestrelor, dar şi pentru izolarea podurilorşi mansardelor din lemn necirculabile.

Figura 1. Izolare cu vată minerală

Page 3: Protectia Termica a Cladirilor

3

Plăcile de polistiren sunt o variantă ceva mai ieftină a vatei minerale şi foarte potrivitepentru hidroizolaţie. Termoizolarea unei locuinţe cu polistiren prezintă anumite avantajedeosebit de importante. Prin intermediul acestui material are loc creşterea eficientă atermoizolarii pereţilor si eliminarea punţilor termice. Plăcile de polistiren au o greutate redusacare nu afectează structura de rezistenţă a clădirii. Polistirenul permite refacerea fatţadei şipăstrarea detaliilor arhitecturale şi oferă posibilitatea mascării eventualelor fisuri ale pereţilor.Plăcile de polistiren (figura 2), expandat sau extrudat, sunt folosite cu precădere in izolaţiile deexterior: terase, balcoane, acoperişuri. Polistirenul expandat are diferite densităţi si este folositpentru izolarea termică a pereţilor în timp ce polistirenul extrudat (cu o densitate mai ridicata)este folosit cu precădere la izolarea termica a pereţilor fundaţiilor şi a pardoselilor. Cel din urma,având o densitate mai mare are si rezistenta mărită si se poate turna şapă şi se poate fixa parchetdeasupra acestuia.

Figura 2. Plăci de polistiren

Cu o bună rezistenţă la condiţiile meteo (îngheţ/dezgheţ, înfiltraţii), plăcile de polistirensunt de preferat celor din vata minerală, datorita uşurinţei cu care se montează. Fixarea se facetot prin dibluri sau printr-un adeziv special şi necesită mult mai puţină muncă. Pentru realizareaunei termoizolaţii de calitate a podelelor şi pentru un aspect uniform al suprafeţelor, serecomandă folosirea şapei mecanizată. Utilizarea acesteia impune câteva recomandări: nu setoarnă sub 5oC, iar la grosimi de peste 5 cm se armează cu plasa de sârmă. Şapa mecanizatăturnată la exterior trebuie urmărită permanent pentru a nu se fisura, până la uscarea completa.

Există şi alte tipuri de materiale cu proprietăţi termice superioare în curs de introducereîn practica (Bliuc):

materiale izolante sub formă de straturi subţiri asociate cu folii reflectante,care au rolul de a reflecta radiaţia infraroşie şi deci de a suprima transferulde căldură prin radiaţie. FFoolloossiirreeaa mmaatteerriiaalleelloorr tteerrmmooiizzoollaannttee bbaazzaattee ppeerreefflleexxiiaa rraaddiiaaţţiieeii şşii bbaarriieerreellee tteerrmmiiccee rreeaalliizzeeaazzăă aacceesstt lluuccrruu eeccoonnoommiissiinnddeenneerrggiiaa nneecceessaarrăă îînnccăăllzziirriiii şşii nneevvooiiii ddee rrăăccooaarree cceeeeaa ccee dduuccee llaa rreedduucceerreeaacchheellttuuiieelliilloorr;;

materiale izolante sub vid obţinute prin evacuarea aerului dintr-un suportfibros sau celular ambalat intr-o foaie etanşă; printre acestea nanogelul desiliciu prezintă proprietăţi speciale, fiind mai puţin conductiv decât aerulla presiune normală;

În normativul C107/0+02, Normativ pentru proiectarea şi executarea lucrărilor deizolaţii termice la clădiri, se prezintă caracteristicile termotehnice ale unor materialetermoizolante utilizate în mod curent. În tabelul 1 sunt date conductivităţile termice ale unormateriale termoizolante.

Page 4: Protectia Termica a Cladirilor

4

Tabel 1. Valori ale conductivităţii termice ale unor materiale termoizolante

MATERIAL CONDUCTIVITATETERMICĂ [W/mK]

Poliuretan 0,018Polistiren extrudat 0,035Polistiren expandat 0,04Vată minerală 0,041Plută 0,045

Modul de montare a izolaţiei pe peretele exterior al unei clădiri este prezentat în figura 3:

Figura a. perete exterior cu alcătuire compactă, cu inerţie termică mică, b. perete exterior cu alcătuirecompactă cu inerţie termică medie, c. perete exterior cu alcătuire compactă, cu inerţie termică mică

Pentru economisirea energiei clădirilor, cei mai importanţi factori ai construcţiei suntpereţii exteriori. Calitatea confortului termic din interiorul locuinţelor influenţează esenţial oproiectare corespunzătoare a modului de realizare a pereţilor exteriori. Pereţii exteriori clasici cuun singur strat nu asigură cerinţele termoizolante, nici cerinţele fonice ale interiorului clădirii, deaceea se propun construcţii cu mai multe straturi, eventual sisteme ulterioare de protecţietermică. O însemnătate esenţiala la clădirile nou construite si la cele renovate o are întotdeaunaizolaţia termica. Izolarea externă a pereţilor de zid are beneficiul că păstrează structura caldă.Masa termică a pereţilor de zid externi ajută la menţinerea temperaturii stabile – acumulândcăldura iarna şi reducând pătrunderea razelor solare vara. Izolarea externă a pereţilor esteadecvată pentru proiectele noi şi de renovare.

Page 5: Protectia Termica a Cladirilor

5

Multe dintre clădirile vechi, în special cele construite în anii 60 şi 70, suferă datoritădeteriorării materialului extern al peretelui, penetrării apei, condensului şi pierderii excesive acăldurii datorită lipsei unei izolaţii adecvate. În proiectele de renovare şi reabilitare, izolareaexternă este de obicei combinată cu înlocuirea ferestrelor astfel evitându-se un blocajtermic. Montarea izolaţiei şi aplicarea tencuielii este prezentată în figura 4:

Figura 4. Aplicarea izolaţiei şi a tencuielii pe peretele exterior al unei clădiri

Din punctul de vederea al fizicii construcţiilor, în zonele cu clima rece, soluţia optimă deizolaţie termica, este cea pe suprafaţa exterioara a clădirii, micşorându-se riscul apariţieicondensării interstiţiale a vaporilor de apa; în cazul acestei soluţii şi structura va fi protejatatermic, iar capacitatea acesteia de a stoca căldura va fi utilizata din plin. Atunci când nu esteposibilă aplicarea izolaţiei la exteriorul pereţilor, aceasta se poate aplica şi la interior (figura 5.)şi poate fi folosită pentru:

Căptuşirea pereţilor solizi, noi, care prezintă blindaj extern sau tencuială, Îmbunătăţirea pereţilor solizi, existenţi pentru a ameliora izolaţia termică.

Figura 5. Aplicarea izolaţiei termice pe interiorul unui perete

Plasarea izolaţiei pe partea internă a unui perete exterior, îmbunătăţeşte timpulrăspunsului termic al clădirii şi este adecvat pentru un regim intermitent de încălzire.

Page 6: Protectia Termica a Cladirilor

6

La folosirea izolaţiei interne trebuiesc luate în calcul următoarele probleme:

Blocaj termic – când izolaţia este întreruptă la joncţiuni, acolo unde se separă pereţii şi ladeschizături;

Infiltrarea aerului – prevenirea trecerii aerului de la cavitate, în spatele izolaţiei, înspreclădire;

Condensul pereţilor din zid – încorporarea unui strat de combatere a vaporilor pe parteacaldă a izolaţiei;

Igrasia – unii dintre pereţii solizi existenţi pot avea temporar igrasie, aceasta trebuiecurăţată înainte de a începe lucrul.

Mărimea izolaţiei termice se alege funcţie de mai mulţi factori: Normativele în domeniul reabilitării termice a clădirilor pot cuprinde specificaţii asupra

grosimii izolaţiei care trebuie adăugate. Starea şi grosimea izolaţiei existente impun grosimea şi felul izolaţiei care trebuie adăugate. Modul în care este construită casa determină câtă izolaţie poate fi practic adăugată. Derularea altor lucrări de reabilitare poate permite re-izolarea casei la un nivel superior.

3.Determinarea rezistenţelor termice specifice aleelementelor de construcţie opace

3.1. Rezistenta termică specifică a unui strat omogen

Rezistenţa termică specifică a unui strat omogen al elementului de construcţie sedetermină cu relaţia:

dR [m2 K/W], (l)

în care: d – grosimea de calcul a stratului în m, λ - conductivitatea termică de calcul amaterialului.

La straturile la care grosimea finală, după punerea în operă, este mai mică decât grosimeainiţială, în calcule se consideră grosimea finală (după tasare). În cazurile în care abatereanegativă admisă la grosimea straturilor este semnificativă, grosimea de calcul a stratului se vaconsidera egală cu grosimea minimă admisă. Rezistenţele termice ale straturilor omogene secalculează cu 3 zecimale.

3.2. Rezistenţa termică specifică a unui strat neomogenÎn practica realizării elementelor de construcţie se întâlnesc şi elemente neomogene,

formate din mai multe straturi sau zone aşezate fie perpendicular pe direcţia fluxului termic(figura 6), paralel cu direcţia fluxului termic (figura 7).

Pentru un element de construcţie neomogen, format din “n” straturi perpendiculare pedirecţia fluxului termic, se pot scrie relaţiile (Sotir Dumitrescu):

qqqq n21 (2.)şi

1 2 nT T T T (3.)unde: q1, q2, …., qn sunt fluxurile termice unitare prin fiecare din cele “n” straturi ; q - fluxultermic unitar total prin elementul de construcţie neomogen; ΔT1, ΔT2,….., ΔTn – căderile detemperatură pe fiecare strat al elementului de construcţie; iar ΔT căderea totală de temperatură peelementul de construcţie.

Page 7: Protectia Termica a Cladirilor

7

Figura 6. Elemente de construcţie neomogene cu straturi paralele cu direcţiafluxului termic (a.) sau straturi perpendiculare şi paralele cu direcţia fluxului

termic (b.,c.,d.).

Pentru fiecare strat se poate scrie, ţinând cont de relaţia 2.:i

i

TqR (4.)

în care, în afara notaţiilor definite anterior, s-a notat cu Ri rezistenţele termice ale celor “n”straturi.

Rezistenţa termică echivalentă a unui element de construcţie neomogen format din maimulte straturi perpendiculare pe direcţia fluxului termic este:

TRq

(5.)

sau, ţinând cont de relaţia 3.:1 2

1 2n

nT T TR R R R

q

(6.)

În practică, straturile de material prezintă straturi de aer, care introduc la rândul lor orezistenţă termică Ra. Ţinând cont de această rezistenţă termică şi de relaţia 6.1., rezistenţatermică echivalentă R a unui element de constucţie neomogen este:

1 2

1 2

.... na

n

R R (7.)

În cazul elementelor de construcţie neomogene formate din “n” zone paralele cu fluxultermic (figura 6.a.) se pot scrie relaţiile:

n21 QQQQ (8)

1 2 nT T T T (9.)

unde Q este fluxul termic total de căldură transmis prin elementul de construcţie neomogen; Q1,Q2,… Qn - fluxurile termice transmise prin fiecare zona (omogenă) a elementului de construcţie;iar ΔT1, ΔT2,….., ΔTn, ΔT - căderile de temperatură pe fiecare zonă al elementului de construcţie,respectiv pe întregul element.

Ţinând cont de relaţiile dintre fluxurile termice şi fluxurile termice unitare, se poatescrie:

1 1 2 2 n nA q A q A q A q (10.)

în care q1, q2,….., qn sunt fluxurile termice unitare prin fiecare dintre cele “n” zone paralele cufluxul termic; q – fluxul termic unitar echivalent prin elementul de construcţie neomogen; A1,A2,…. , A∑ - suprafeţele celor “n” zone, respectiv suprafaţa totală a elementului de construcţie:

1 2 nA A A A (11)

a. b.

c. d.

material suportmaterial termoizolant

Page 8: Protectia Termica a Cladirilor

8

Pentru fiecare zonă se poate scrie, ţinând cont de relaţia 2.:

ii

i

TqR (12.)

în care, în afara notaţiilor definite anterior, s-a notat cu Ri rezistenţele termice ale celor “n”straturi, calculate cu relaţia 1.

Rezistenţa termică echivalentă a unui element de construcţie neomogen format din maimulte straturi paralele cu direcţia fluxului termic este:

IITRq (13.)

sau, ţinând cont de relaţia 9. – 12.:

1 2

1 2

1 2

nII

n

n

A A AR AA AR R R

(14.)

În cazul cel mai general, un element de construcţie are anumite zone formate la rândullor din mai multe straturi (figura 7.).Rezistenţa termică echivalentă a unui astfel de element deconstrucţie se poate determina în două moduri:

se împarte elementul în straturi prin plane perpendiculare pe direcţia fluxului termic(figura 7.a.). Pentru straturile neomogene, formate din mai multe zone, se determinărezistenţa termică cu relaţia 14. Rezistenţa termică echivalentă a elementului tR sedetermină cu relaţia 7;

Figura 7. Element de construcţie real: a - împărţire în straturi (prin planeperpendiculare pe direcţia fluxului termic); b - împărţire în zone (prin plane

paralele cu direcţia fluxului termic)

- se împarte elementul în zone prin plane paralele cu direcţia fluxului termic (figura7.b.). Pentru zonele neomogene , formate din mai multe straturi, se determinărezistenţa termică cu relaţia 7. Rezistenţa termică echivalentă a elementului tIIRse determină cu relaţia 14.

Cele două rezistenţe termice echivalente tR şi tIIR au valori diferite, iar valoarea realăa rezistenţei termice Rt a elementului de construcţie se găseste între cele două valori (figura 8.)

a.

strat 1

strat 2strat 3

b.

zona

1

zona

2

zona

3

zona

4

zona

5

Page 9: Protectia Termica a Cladirilor

9

Figura 8. Variaţia raportului dintre rezistenţa termică R0 a unui bloc omogen şi rezistenţatermică Rl a aceluiaşi bloc dar cu un miez de material termoizolant foarte puternic (λ I≈0) de

lungime “l”.

Normativul C 107-3 recomandă utilizarea noţiunii de strat cvasiomogen, un strat în careîn anumite condiţii să se înlocuiască materiale cu conductivităţi termice diferite cu un materialavând o conductivitate unică, echivalentă. Ca exemple de straturi cvasiomogene se pot dazidăriile (alcătuite din cărămizi sau blocuri + mortar), precum şi straturile termoizolante dincadrul elementelor de construcţie tristrat, prin care trec ancore din oţel inoxidabil de diametrereduse, dispuse uniform pe suprafaţa elementului de construcţie. Rezistenţa unui astfel de strat secalculează cu relaţia 1, la care în loc de conductivitatea termică λ se utilizează o conductivitatetermică echivalentă λe.

3.3. Rezistenţele termice superficiale

Rezistența termică specifică unidirecțională a unui element de construcții alcătuit dinunul sau mai multe straturi din materiale omogene, fără punți termice, inclusiv, din eventualestraturi de aer neventilat, dispuse perpendicular pe direcția fluxului termic, se calculează curelația:

R= + + + , (15)

în care: - , sunt rezistenţe termice superficiale determinate cu relaţiile = ,= .

Metoda tR (a) Metoda tIIR (b) În realitate (c)

l

0,2

0,1

R0Rl

0,6

0,2

0,4

0,8

1,0

0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 l [m]

I

λII >> λI

II

Rl dupa metoda tR(a)

Rl dupametoda tIIR (b)

Rt (c)

Page 10: Protectia Termica a Cladirilor

10

Rezistenţele termice superficiale se consideră în calcule în conformitate cu tabelul 2 , înfuncţie de direcţia şi sensul fluxului termic, conform normativului C 107-3. La determinarearezistenţelor termice ale elementelor de construcţie interioare, pe ambele suprafeţe aleelementului se consideră valori αi = αe = 8W/(m 2 K). În spaţiile neîncălzite, indiferent de sensulfluxului termic, se consideră αi = αe=12W/(m2 K).

Tabelul 2. Coeficienti de transfer termic superficial / în W/ şi rezistenţele termicesuperficiale / , în /W

Elemente de construcţii în contact cu:• exteriorul• pasaje deschise (ganguri)• rosturi deschise

Elemente de construcţii încontact cu spaţii ventilateneîncălzite:• subsoluri şi pivnite•poduri•balcoane şi logii închise•rosturi închise•alte încăperi

Direcţia şi sensul fluxuluitermic

/ / / /8/0,125 24/ ) 8/0,125 12/0,084

8/0,125 24/ ) 8/0,125 12/0,084

6/0,167 24/ ) 6/0,167 12/0,084

- rezistenţele termice ale straturilor de aer neventilate (tabelul 3.) se iau în funcţie de direcţiaşi sensul fluxului termic şi de grosimea stratului de aer; valorile din tabel, din coloana ”fluxtermic orizontal” sunt valabile şi pentru fluxuri termice înclinate cu cel mult 30 faţă deverticală, iar cele din coloanele “flux termic vertical” sunt valabile şi pentru fluxuri înclinate cucel mult 30 faţă de orizontală ;- - rezistenţa termică specifică a unui strat omogen al elementului de construcţii se determinăcu relaţia:

= , (16)în care:

-d - grosimea de calcul a stratului în m ;- λ - conductivitatea termică de calcul a materialului în W/mK;

Tabelul 3. Rezistentele termice ale straturilor de aer neventilateDirectia si sensul fluxului termic

Vertical

Grosimea stratuluide aer [mm]

OrizontalAscendent descendent

5 0,11 0,11 0,117 0,13 0,13 0,13

10 0,15 0,15 0,1515 0,17 0,16 0,1725 0,18 0,16 0,1950 0,18 0,16 0,21

100 0,18 0,16 0,22300 0,18 0,16 0,23

Page 11: Protectia Termica a Cladirilor

11

În calculul unidirecţional, suprafeţele izoterme se consideră că sunt paralele cu suprafațaelementului de construcţii.

La elementele de construcţii cu permeabilitate la aer ridicată, determinarea rezistenţeitermice specifice unidirecţionale se face cu luarea în considerare a prevederilor STAS 6472/7.

3.4.Rezistenţa termică minimă necesară

Pentru a putea să asigure un anumit grad de confort la interior, rezistenţa termică aperetelui trebuie să depăşească anumite valori minime stabilite prin calcul, care asigură acestnivel de confort. Trebuie să fie îndeplinite trei condiţii:

evitarea condensului pe suprafaţa interioară a peretelui; evitarea disconfortului datorat radiaţiei reci a peretelui; condiţie tehnico-economică.

Rezistenţa termică a peretelui, pentru calculul de proiectare, se va alege ca maximadintre cele trei condiţii enunţate mai sus.

În regim termic staţionar, se poate scrie relaţia:

1 1i pi i e

i

T T T TR R (17)

unde, în afara notaţiilor definite anterior, s-au mai notat cu Ti, Te şi cu Tpi temperaturile aeruluiinterior, ale aerului exterior şi ale peretelui la suprafaţa interioară.

Rezultă:

ipi i i e

RT T T TR

(18)

În regimul termic nestaţionar real la care este supus un element de construcţie, trebuieţinut cont de inerţia termică a acestuia, şi ca urmare, relaţia 18 devine:

ipi i i e

RT T m T TR

(19)

în care m este coeficientul de masivitate termică a elementului de construcţie.

Pentru ca vaporii de apă să nu condenseze pe suprafaţa interioară a elementelor deconstrucţie, trebuie ca temperatura peretelui la suprafaţa interioară determinată cu relaţia 19 săîndeplinească condiţia:

pi rT T (20)unde Tr este temperatura punctului de rouă a aerului interior.

Îndeplinirea condiţiei 20 se face atât pentru câmpul curent al elementului de construcţiecât şi în dreptul punţilor termice.

Pentru realizarea confortului termic este necesar ca pentru un element de construcţie (cuexcepţia suprafeţelor vitrate) să fie valabilă relaţia:

maxi i pi iT T T T (21)

în care maxiT este diferenţa maximă de temperatură admisă între aerul interior şi suprafaţa

interioară a elementului de construcţie, valoare dată de normative pentru tipuri caracteristice deelement de construcţie (perete lateral, acoperiş, pardoseală) şi în funcţie de destinaţia incintei. Cucât rezistenţa termică a peretelui este mai mare cu atât şi diferenţa dintre temperatura aeruluiinterior şi temperatura suprafeţei interioare a peretelui este mai scăzută, iar discvonfortulradiaţiei reci este mai scăzut.

Page 12: Protectia Termica a Cladirilor

12

Având în vedere relaţia 19, rezistenţa termică R a unui element de construcţie este:i e

ii pi

T TR m RT T

(22)

Ca urmare, ţinând cont de relaţia 22, valoarea rezistenţei termice pentru elementele deconstrucţie opace necesare realizării confortului termic şi evitării condensării vaporilor de apă sepoate scrie sub forma:

max ,i e i enec i i

i i r

T T T TR Max m R m RT T T

(23)

Pentru elementele de construcţie vitrate, conform normativelor (STAS 6472-3/1989),rezistenţa termică necesară se determină cu relaţia:

minnec RR (24)unde Rmin este dată în normativ în funcţie de tipul elementului de construcţie vitrat (fereastră,luminator, perete vitrat).

În cazul în care nu este îndeplinită relaţia 23 este necesară izolarea termicăsuplimentară a elementului de construcţie respectiv. Situaţia neîndeplinirii relaţiei 23 apare maides în dreptul punţilor termice. Pentru ameliorarea comportării elementelor de construcţie cupunţi termice se iau următoarele măsuri: materialele cu conductivitate termică mare se dispun spre exteriorul elementelor de

construcţie (figura 9.a.); se micşorează lăţimea punţii termice (figura 9.b.); se izolează suplimentar elementul de construcţie în zona punţii termice (figura 9.c. şi d.).

Figura 9. Metode de tratare a punţilor termice.

a. b.

c. d.

Page 13: Protectia Termica a Cladirilor

13

4. Determinarea rezistenţelor termice specifice aleelementelor de construcţie vitrate

Rezistenţa termică a tâmplăriei exterioare (ferestre şi uşi vitrate) din lemn, aluminatoarelor şi a pereţilor exteriori vitraţi se consideră conform tabelului 4 (normativul C107/3):

Tabelul 4. Rezistenţe termice specifice pentru elemente de construcţie vitrate

Pentru uşile interioare, opace sau vitrate, rezistenţele termice pot fi determinate princalcul, în funcţie de materialele utilizate la tocuri şi foi, de alcătuirea şi grosimea acestora şi devalorile Rsi şi Rse corespunzătoare poziţiei uşilor. Pentru tâmplăriile metalice simple, realizatedin profile de oţel se vor considera următoarele rezistenţe termice:- cu o foaie de geam simplu: R=0,17 m2K/W- cu un geam termoizolant: R= 0,28 m2K/W.

Pentru calculele termotehnice din faza de proiectare se pot utiliza nişte formuleaproximative, conform normativului C 107-3. În figura 10 sunt date dimensiunile de calculpentru tipurile de suprafeţe vitrate utilizate.

Page 14: Protectia Termica a Cladirilor

14

Figura 10. Exemple de uşi şi ferestre de lemn, dimensiuni caracteristice

Caracterisitici termotehnice

Conductivitatea termică a geamurilor se consideră λ = l,0 W/(mK).Conductivităţile termice ale tocurilor şi cercevelelor din lemn (cu o umiditate de 12%) seconsideră astfel:- Lemn de esenţă moale (brad) (ρ=600 kg/m3 ) λ = 0,19 W/(mK),- Lemn de esenţă tare (stejar) (ρ= 900 kg/m3 ) λ = 0,25 W/(mK).

5. Stabilitatea termică a clădirilor

Stabilitatea termică este proprietatea unei clădiri, a unei încăperi sau a unui element deînchidere de a-şi păstra temperatura la un nivel relativ constant în cazul oscilaţiilor fluxului decăldură.

Calculul la stabilitate termică este o etapă a dimensionării termotehnice a clădirilor, princare se urmăreşte asigurarea confortului termic interior pe timp de vară şi pe timp de iarnă.

Elementele de construcţii care se verifică la exigenţa de stabilitate sunt (Inst. Incalzire):o partea opacă a pereţilor exteriori supraterani ai încăperilor încălzite;o planşeele de peste ultimul nivel încălzit, de sub terase şi poduri.

Determinarea stabilităţii termice a elementelor de construcţii perimetrale ale clădirilor seface în conformitate cu prevederile NP 200/6 , “Instrucţiuni tehnice provizorii pentru proiectareala stabilitate termică a elementelor de închidere ale clădirilor”.

Page 15: Protectia Termica a Cladirilor

15

Transferul de căldură prin elementele de construcţie care delimitează o clădire are loc,în realitate, în regim nestaţionar. Cauzele acestor regimuri nestaţionare de transfer de căldurăsunt: variaţiile temperaturii exterioare în cursul zilei în jurul valorii medii ale acesteia (atât

iarna, cât şi vara); variaţia vitezei şi direcţiei vântului; variaţiile diurne ale intensităţii radiaţiei solare (vara).

În regimul nestaţionar de transfer de căldură un rol important asupra valorii factorilor demicroclimat interior îl are, pe lângă izolarea termică a clădirii, inerţia termică a acesteia.Literatura de specialitate prezintă exemplul a două incinte identice din punctul de vedere alformei, dimensiunilor şi al izolării termice (elementele de construcţie folosite având aceleaşirezistenţe termice). Incintele se diferenţiază prin materialele de construcţie folosite: cărămidă depământ ars pentru prima incintă şi beton celular autoclavizat, pentru a doua. În condiţiile uneitemperaturi exterioare de -15 °C, instalaţiile de încălzire menţin în cele două incinte aceeaşitemperatură interioară de 20 °C. La întreruperea alimentării cu căldură a ambelor incinte, după 8ore, în prima incintă, temperatura suprafeţei interioare a elementelor de construcţie este ceva maimare de 0 °C, iar în cea de a doua această temperatură este sub -10 °C. Explicaţia aceste situaţii oconstituie diferenţa dintre inerţia termică a pereţilor incintelor în cele două variante constructive,respectiv diferenţa dintre cantităţile de căldură înmagazinate în pereţii incintelor (mult mai mariîn cazul pereţilor de cărămidă decât în cazul betonului celular autoclavizat).

Pentru caracterizarea unui element de construcţie sau a unei clădiri din punctul devedere al inerţiei termice se foloseşte o mărime adimensională denumită indice de inerţietermică D. Pentru un element de construcţie omogen indicele de inerţie termică D este:

24sRD (25)unde R - rezistenţa termică a elementului de construcţie, în m2K/W; iar s24 – coeficientul deasimilare termică a elementului de construcţie respectiv pentru oscilaţii ale fluxului termic cuperioade de 24 ore, în W/m2K.

Coeficientul de asimilare termică a unui element de construcţie omogen se determină curelaţia:

p

3p

24c105,8c2s (26)

în care 24 este durata perioadei de oscilaţie considerate (în cazul de faţă 24 h), în s; cp – călduraspecifică masică a materialului de construcţie, în J/kg.K; λ – coeficientul de conductivitatetermică, în W/mK; iar ρ densitatea materialului, în kg/m3.

Pentru un element de construcţie neomogen format din mai multe straturi, indicele deinerţie termică D este:

n

1iiDD (27)

unde Di este indicele de inerţie termică a stratului omogen “i” calculat cu relaţiile 25 şi 26.In cazul un element de construcţie neomogen format din mai multe zone distincte ,

indicele de inerţie termică D se determină cu relaţia:

1

1

n

i ii

n

ii

A DD

A

(28)

în care Di este indicele de inerţie termică a zonei distincte “i” omogene sau neomogene, calculatcu relaţiile 25 - 27 ; iar Ai – suprafaţa zonei distincte “i”.

Relaţia 28 poate fi folosită şi pentru calculul indicelui de inerţie termică pentru o incintă.

Page 16: Protectia Termica a Cladirilor

16

S.T.A.S. 6472/3-1989 recomandă următoarele valori limită ale necesare pentru realizareaconfortului termic: pentru încălzirea cu sobe (încălzire intermitentă): D ≥ 2,5 pentru încălzirea centrală (centrale termice, cogenerare):

clădiri de locuit, spitale, creşe, grădiniţe D ≥ 2,0 rest clădiri D ≥ 1,5.

Aprecierea comportării unei clădiri în regim dinamic numai pe baza indicelui de inerţie termicăpoate conduce la concluzii eronate. Astfel, valoarea indicelui de inerţie termică este aceeaşiindiferent de ordinea în care sunt aşezate straturile care compun elementul de construcţie,adunarea fiind comutativă. În realitate, temperaturile medii ale straturilor sunt influenţate deordinea în care sunt aşezate acestea (vezi figura 10). Izolaţia termică uşoară se realizează dinmateriale cu capacitate de înmagazinare a căldurii redusă (cu căldură specifică masică redusă),iar izolaţia termică grea din materiale cu capacitate de înmagazinare a căldurii mare (cu căldurăspecifică masică mare). Ca urmare, cantitatea de căldură care se acumulează în diverseleelemente de construcţie va depinde de ordinea de aşezare a straturilor, deci şi inerţia termică aclădirii va depinde de această ordine.

Figura 10. Influenţa ordinii straturilor izolante asupra temperaturilor mediiale acestora

Având în vedere aspectele de mai sus, la clădirile locuite permanent, izolaţia grea, cucapacitate mare de înmagazinare a căldurii se va amplasa spre interiorul incintei, astfelmodificările temperaturii exterioare şi/sau ale cantităţii de căldură introduse de instalaţia deîncălzire vor avea un efect mai redus asupra temperaturii interioare. În cazul clădirilor locuitetemporar, izolaţia grea, cu capacitate mare de înmagazinare a căldurii se va amplasa spreexteriorul incintei, astfel, temperatura interioară ajunge mai iute la valoarea de regim la pornireaîncălzirii.

Undele de temperatură ale aerului exterior (Te) şi interior (Ti) pot fi reprezentate subformă de oscilaţii armonice perfecte sau ca o sumă a unei serii de armonici fără a admite eroriconsiderabile. (vezi figura 11).

Ti

Tpi

Tpe

Te

Ti

Tpi

Tpe

Te

izolaţie termică greaizolaţie termică uşoară

1md

iz aT

1md

iz bT

2md

iz bT

2md

iz aT

a. b.

Page 17: Protectia Termica a Cladirilor

17

Figura 11. Variaţiile temperaturii interioare într-o încăpere: a. încăpere neîncălzită;b. încăpere încălzită (debit de căldură constant).

Oscilaţiile temperaturii aerului exterior provoacă variaţii ale fluxului de căldură şitemperaturii pe suprafeţele şi în interiorul clădirii. Aceste variaţii vor fi de asemenea oscilaţiiarmonice complexe cu perioada de 24 ore (sau T în cazul general). Inerţia termică a elementelorde construcţie conduce la amortizarea şi întârzierea (defazajul) undei de temperatură în acestea.

Coeficientul de amortizare ν a undei de temperatură într-un element de construcţie sedefineşte ca raportul:

tpi

te

AA (29)

unde Ate este amplitudinea oscilaţiei temperaturii exterioare; iar Atpi – oscilaţia temperaturiisuprafeţei interioare a elementului de construcţie.

Oscilaţiile vor întârzia în timp faţă de oscilaţiile temperaturii aerului exterior cu ε ore.Mărimea coeficientului de defazaj ε poate fi calculată cu formula aproximativă (Vîrlan):

4,07,2 D (30)Calculele analitice ale coeficientului de amortizate ν a undei de temperatură şi de defazaj

sunt foarte laborioase şi sunt practic aplicabile doar pentru elementele de construcţie reale(neomogene) şi nu pentru incinte. În cazul incintelor, valorile coeficientului de amortizate ν aundei de temperatură şi de defazaj se pot determina numai prin calculul transferului termic înregim nestaţionar folosind metode numerice (diferenţe sau elemente finite).

Construcţiile realizate în mod curent în România sunt caracterizate prin valori alecoeficientului de amortizate ν a undei de temperatură în domeniul 15 – 30 şi ale întârzierii îndomeniul 4 – 12 h.

6. Difuzia vaporilor de apă prin elementele de construcţie

Difuzia este deplasarea vaporilor printr-o substanţă solidă. Deplasarea umezelii subformă de vapori printr-o substanţă este determinată de diferenţa de presiune de o parte şi de alta asubstanţei. De exemplu, dacă de o parte a unui zid există o presiune mai mică a vaporilor din aer,iar în partea cealaltă avem vaporii din aer la o presiune mai mare. Vaporii din aer din partea cupresiune mai mare vor trece prin zid pentru a echilibra presiunea. Unele materiale permit aceastatrecere fără nici un fel de rezistenţă. În acest caz materialele au permeabilitate mare.

Comportarea unui element de construcţie la difuzia vaporilor de apă este corespunzătoaredacă sunt îndeplinite condiţiile:

0 12 24

Ti, Te[°C]

2Ati 2Ate

Te

Ti

a.

Ti, Te[°C]

0 12 24

2Ati

2Ate

ti

Te

b.

Page 18: Protectia Termica a Cladirilor

18

1) cantitatea de apă mw provenită din condensarea vaporilor în masa elementului de construcţieîn perioada rece a anului este mai mică decât cantitatea de apă mv care s-ar putea evapora înperioada caldă a anului: mw < mv. Nu este admisă acumularea progresivă a căldurii;

2) creşterea umidităţii relative masice ΔW trebuie să fie mai mică decât valoarea maximadmisibilă ΔWadm la sfârşitul perioadei de condensare interioară:

100 ,[%]wadm

w

mW Wd

(31)

unde : ρ – densitatea materialului care s-a umezit prin condensare în kg/m3, dw – grosimeastratului de material în care se produce acumularea de apă în m.

Pentru a studia comportamentul elementelor de construcţie la difuzia vaporilor se poateaplica o metodă de calcul bazată pe analiza fenomenului fizic cu valori medii, în ipotezaregimului staţionar sau o metodă de calcul în regim real nestaţionar, bazată pe analiza dinamică afenomenului fizic.

Verificarea comportării la difuzia vaporilor se face pentru pereţii exteriori ai încăperilorcu umidităţi relative ale aerului interior de peste 60% (spălătorii, saune, uscătorii).

Etapele calculului prin prima metodă, grafo-analitică:1. Se stabilesc rezistenţele termice specifice ale straturilor componente Rs;2. Se stabileşte variaţia temperaturii în interiorul elementului şi temperatura exterioară egalăcu media perioadei reci Tem:

pentru zona I: Tem=+ 10,5 oC;pentru zona II: Tem=+ 9,5 oC;pentru zona III: Tem=+ 7,5 oC;pentru zona IV: Tem=+ 6,5 oC.

Calculele se fac în ipoteza că elementul de construcţie este alcătuit din straturi omogeneperpendiculare pe direcţia fluxului termic.3. Se determină temperatura pe suprafaţa interioară a elementului de construcţie;4. Se determină temperatura pe suprafaţa exterioară a elementului de construcţie cu relaţia:

se ee

TT TR

, (32)

i mT T T (33)5. Se determină temperatura într-un plan n din interiorul elementului de construcţie cu relaţia:

n i si sjTT T R R

R , [oC] (34)

unde sjR - suma rezistenţelor termice specifice ale straturilor amplasate între suprafaţa

interioară, respectiv exterioară şi planul n.6. Se stabilesc temperaturile medii ale straturilor, corespunzător acestora, a valorilorcoeficienţilor de difuzie a vaporilor Mj.7. Se determină rezistenţa la permeabilitate la vapori Rv a elementelor de construcţie, pe bazacoeficienţilor de difuziune a vaporilor de apă Mj şi a factorilor rezistenţi la permeabilitate lavapori cu relaţia:

1 2 ..v v v vnR R R R (35)8. Se reprezintă grafic elementul de construcţie, amplasându-se pe abscisă rezistenţele lapermeabilitatea la vapori ale straturilor componente, iar pe ordonată presiunile la vapori.9. Se reprezintă grafic curba de variaţie a presiunilor de saturaţie corectate ale vaporilor de apăîn interiorul elementului de construcţie calculată cu relaţiile următoare:

Page 19: Protectia Termica a Cladirilor

19

Pentru zona I:

Pentru zona II:

Pentru zona III:

Pentru zona IV:

unde: pskm – presiunea de saturaţie a vaporilor de apă în secţiunea k.

10. Se reprezintă grafic linia presiunilor parţiale pv ale vaporilor de apă.

Figura .13. Trasarea curbelor de variaţie a presiunilor de saturaţie şi a presiunilor dacă liniapresiunilor parţiale nu intersectează curba presiunilor corectate nu are loc acumularea progresivă de

apă de la an la an; în caz contrar este necesară îmbunătăţirea alcătuirii elementului de construcţii,introducându-se bariere contra vaporilor sau prevăzându-se straturi de aerare sau ventilare a structurii.

Calculul se efectuează în perioada rece a anului pentru determinarea cantităţii de vaporicare condensează în elementul de construcţie şi în perioada caldă a anului pentru determinareacantităţii de apă acumulată care se poate evapora.