INDRUMAR de EFICIENTA
ENERGETICA pentru CLADIRI - I
CUM FUNCŢIONEAZĂ O CLĂDIRE
1.1
NOŢIUNI INTRODUCTIVE
Noul concept al dezvoltării
durabile determină o abordare diferită de cea clasică, cu
care suntem obişnuiţi, atunci când este vorba de o clădire. În
prezent, clădirea este considerată ca un organism într-o
evoluţie continuă, care în timp trebuie tratat, reabilitat şi
modernizat pentru a corespunde exigenţelor stabilite de utilizator într-o
anumită etapă. De mare actualitate sunt analizele şi intervenţiile
legate de economia de energie în condiţiile asigurării unor
condiţii de confort corespunzătoare. Acest aspect a fost denumit eficientizarea
energetică a clădirii. În paralel cu reducerea necesarului de
energie, se realizează două obiective importante ale dezvoltării
durabile, şi anume, economia de resurse primare şi reducerea
emisiilor poluante în mediul înconjurător.
Sporirea eficienţei
energetice se poate realiza pe mai multe căi, de la educarea
utilizatorilor clădirii în spiritul economiei de energie, la
intervenţii ce sunt la îndemâna multora şi până la efectuarea
unei expertize şi a unui audit energetic în urma cărora experţii
recomandă o serie de soluţii tehnice de modernizare. Aceste
soluţii depind de tipul, vechimea şi destinaţia clădirilor
şi se constituie în ceea ce se numeşte reabilitarea sau modernizarea clădirii.
Reabilitarea/modernizarea
termică a unei clădiri reprezintă îmbunătăţirea
ei în scopul menţinerii căldurii
la interior. Aceasta presupune adăugarea de izolaţie termică,
etanşarea, îmbunătăţirea sau chiar înlocuirea ferestrelor
şi a uşilor, precum şi îmbunătăţirea
echipamentelor şi instalaţiilor cu care este dotată
clădirea. Reabilitarea termică înseamnă şi implementarea de
măsuri de eficienţă energetică în toate
activităţile de renovare şi reparaţii ale clădirii.
Eficientizarea energetică a clădirilor reprezintă o
prioritate de prim rang, având în vedere slaba calitatea a
majorităţii construcţiilor existente, fie vechi, fie ieftine. Pe
de altă parte, costurile legate de reabilitarea termică a unei
clădiri sunt mai mici decât costurile legate de instalarea unei
capacităţi suplimentare de energie termică pentru
încălzire. În România, consumurile energetice pentru sectorul
populaţiei sunt la nivelul a 40% din consumul total de energie al ţării,
iar ponderea aceasta s-a constatat mai mult sau mai puţin peste tot în
lume.
Clădirile civile, în care utilizatorul principal este omul, pot fi împărţite în
două mari categorii:
clădiri de locuit, cămine, hoteluri
individuale
– case unifamiliale, cuplate, înşiruite –
clădiri
cu mai multe apartamente, multietajate de tip bloc cu
apartamente
clădiri publice sau terţiare
(clădiri cu altă destinaţie decât locuinţe)
spitale,
creşe, policlinici
clădiri
pentru învăţământ (creşe, grădiniţe, şcoli,
licee, universităţi) şi sport
clădiri
social-culturale (teatre, cinematografe, muzee)
instituţii
publice (magazine, spaţii comerciale, sedii de firme, birouri, bănci)
şi alte clădiri industriale;
Clădirile cu altă destinaţie decât
cea de locuire se împart după modul de ocupare în clădiri cu ocupare
continuă şi cu ocupare discontinuă, iar după clasa de
inerţie termică în clădiri de clasă de inerţie mare,
medie sau mică.
Funcţiunea
clădirilor civile este aceea de a crea în interior un climat confortabil,
indiferent de sezon. În acest sens, elementele de construcţie care
alcătuiesc anvelopa unei astfel de clădiri trebuie astfel concepute
încât să asigure în interiorul
încăperilor condiţii corespunzătoare de confort higrotermic, acustic, vizual-luminos,
olfactiv-respirator. Noţiunea de confort trebuie să sugereze
crearea unui mediu corespunzător desfăşurării vieţii
normale.
Confortul higrotermic
se traduce în nivele de temperatură şi umiditate uşor de
suportat. El se realizează cu consum de energie, fie pentru
încălzirea spaţiului utilizat (iarna), fie pentru răcirea lui
(vara). Din acest motiv, confortul higrotermic
reprezintă componenta de confort direct legată de noţiunea de
eficienţă energetică a clădirii în sensul că se
urmăreşte atingerea lui cu consumuri energetice minime.
Starea de confort termic
dintr-o încăpere se realizează în condiţiile în care cel
puţin 90% din utilizatori nu pot indica dacă ar prefera o
ambianţă mai caldă sau mai rece. Identificarea exigenţelor
de performanţă asociate realizării cerinţelor de confort
termic ale utilizatorilor se face analizând atât aspectul obiectiv legat de
necesitatea menţinerii temperaturii interne a corpului omenesc în jurul
valorii de 37oc, cât
şi aspectul subiectiv care se referă la metabolismul, sistemul
termoregulator şi sensibilităţile proprii fiecărui
organism.
De la orice produs de tip
“clădire” ceea ce se aşteaptă în final este un răspuns
corespunzător la toate cerinţele/exigenţele
utilizatorilor formulate de cei
implicaţi în utilizarea ei. Formularea cerinţelor utilizatorilor nu
se poate face decât în termeni calitativi cu referire la clădire în
ansamblul ei. În acest sens, se prezintă un mic dicţionar de termeni
consacraţi:
exigenţa utilizatorului = Enunţarea unei necesităţi
faţă de clădirea (construcţia) ce trebuie
utilizată.
cerinţa de calitate = Exprimarea calitativă a caracteristicilor
clădirii (în ansamblu, sau a părţilor componente) pe care
aceasta trebuie să le îndeplinească pentru a satisface
exigenţele utilizatorilor, ţinând seama de diverşii agenţi
care acţionează asupra clădirii.
condiţie tehnică = Exprimarea şi detalierea în termeni tehnici
de performanţă a cerinţei de calitate.
criteriu de performanţă = Caracteristică ce trebuie luată în
considerare la detalierea şi cuantificarea condiţiilor tehnice în
cantităţi denumite “niveluri de performanţă”
nivel de performanţă = valoare impusă pentru un anumit criteriu de
performanţă în funcţie de condiţiile tehnice,
influenţa agenţilor care acţionează asupra
construcţiilor.
performanţă = comportarea unui produs în raport cu utilizarea
sa; Prin produs se poate întelege clădirea în
ansamblu sau orice parte a acesteia.
construcţie = lucrare legată de teren, executată cu
diverse materiale, pe bază unui proiect, având destinaţie
precizată (construcţii civile, industriale, inginereşti)
clădire = construcţtie având ca scop realizarea
unor spaţii închise ce adăpostesc activităţi umane
şi/sau procese tehnologice
element component = produs realizat ca unitate distinctă,
destinat a fi încorporat în clădire pentru a îndeplini una sau mai multe
funcţiuni specifice.
subsistem al clădirii = grupare de elemente componente care îndeplinesc
împreună una sau mai multe funcţii necesare satisfacerii
exigenţelor utilizatorului.
ansamblu = reunirea mai multor elemente componente care asigură realizarea
unei funcţiuni.
cerinţe de calitate ale unei
clădiri sunt, în esenţă, următoarele:
A.
Rezistenţă şi stabilitate
B.
Siguranţă în exploatare
C.
Siguranţă la foc
D.
Igiena, sănătatea oamenilor, refacerea şi
protecţia mediului
E.
Izolaţie termică, hidrofugă şi
economia de energie
F. protecţia împotriva
zgomotului
Nivelul
protecţiei termice al clădirilor care alcătuiesc fondul existent
de clădiri, corespunde, independent de sistemul structural utilizat,
specificaţiilor şi exigenţelor impuse de standardele privind
calculul higro- şi termo-tehnic.
Deci, corespunzător fiecărei generaţii de astfel de standarde,
precum şi nivelului tehnologic specific respectivei perioade, există
grupe de clădiri având acelaşi nivel de protecţie termică,
indiferent de materialele utilizate pentru alcătuirea anvelopei
clădirilor. Nivelul protecţiei termice a clădirilor a progresat
pe măsură ce au evoluat prescripţiile tehnice specifice. Nivelul
de termoizolare asigurat pe baza metodologiei standard este reflectat în
valorile rezistenţelor termice specifice ale elementelor de
construcţie (pereţi exteriori, terase, planşee peste subsol), în
câmp curent, medii ponderate sau corectate cu influenţa punţilor
termice.
Principalele
sisteme constructive
practicate pentru clădirile existente au fost următoarele:
Clădiri integral
prefabricate, cu regim de înălţime preponderent de 5
niveluri, dar şi 9 niveluri, construite între anii 1960-1990 într-un volum
de 1,2 milioane apartamente (cca 37% din total).
Clădiri cu structura
mixtă, cu cadre şi pereţi structurali din beton
armat, având pereţii exteriori din zidărie de BCA sau cu panouri
prefabricate de faţadă, cu regim de înălţime de 5 şi 9
niveluri.
Clădiri cu pereţi din
beton armat, realizaţi cu utilizarea cofrajelor glisante
şi cu structura de rezistenţă din cadre de beton armat monolit
având magazine la parter - într-un număr relativ mic.
Clădiri cu structura din
zidărie de cărămidă, cu regim de
înălţime de 2...4 niveluri.
Clădiri cu pere ţi
din lemn, paiantă sau chirpici.
Majoritatea clădirilor a avut regim de
înălţime de 5 niveluri, iar un procent de 15-25 % de 9 niveluri,
numărul apartamentelor din clădiri cu regim de înălţime de
2 şi 4 niveluri fiind relativ redus.
O casă bine izolată este confortabilă,
silenţioasă şi acumulează mai puţin praf şi polen
la interior. Orice activitate de îmbunătăţire menţine
clădirea într-o formă mai bună, prelungindu-i durata de
viaţă şi mărindu-i valoarea. Investiţiile contribuie
la scară mai mare şi la economisirea resurselor primare de energie,
precum şi la diminuarea poluării mediului prin emisiile de gaze
inerente procesului de producere a energiei.
Înţelegerea modului în care funcţionează o clădire,
atât din punctul de vedere al construcţiei cât şi din punctul de
vedere al echipamentelor şi instalaţiilor care o deservesc, este esenţială pentru identificarea strategiilor ce
trebuiesc adoptate pentru reabilitarea sa energetică. Scopul acestui
capitol este acela de a prezenta sumar modul în care o clădire
funcţionează ca un sistem, cu multiple fluxuri şi componenete interconectate. Fiecare parte a clădirii
este legată de toate celelalte părţi, iar orice schimbare
produsă într-un loc are efecte în alt loc. În orice intervenţie de
reabilitare, forţele care se manifestă într-o clădire trebuiesc
menţinute în echilibru: sarcina structurală, efectele vântului
şi vremii, fluxurile de umiditate, căldură şi aer. De
exemplu, adăugarea de izolaţie termică sau bariere de vapori
şi aer afectează condiţiile de umiditate, ventilare şi aerul
necesar arderii în instalaţiile de încălzire.
Strategiile
de reabilitare energetică a unei clădiri trebuie să
ţină seama de asigurarea la interior a condiţiilor de confort,
sănătate şi siguranţă pentru toţi utilizatorii
clădirii. Caracteristicile materialelor de construcţie şi
reabilitare, procedurile de instalatare şi
tehnicile de construcţie sunt în mod normal specificate în coduri şi
standarde, cu accent pe problemele de sănătate şi
siguranţă, precum ventilaţia şi protecţia împotriva
incendiilor. Din acest motiv, dacă măsurile de reabilitare nu pot fi
implementate de către chiar utilizatorii sau proprietarii clădirii,
este recomandat să se apeleze la specialişti. În continuare se
prezintă câteva aspecte legate de modul în care funcţionează o
clădire, atât prin construcţia propriu-zisă, cât şi prin
echipamentele şi instalaţiile din dotare, cu accent pe schimburile
energetice şi pe posibilităţile de economisire a energiei
consumate.
1.2ANVELOPA
CLĂDIRII
Clădirea reprezintă un ansamblu de
camere, spaţii de circulaţie şi alte spaţii comune,
delimitat de o serie de suprafeţe care alcătuiesc anvelopa
clădirii şi prin care au loc pierderile de căldură.
Anvelopa unei clădirii este alcătuită din
totalitatea suprafeţelor elementelor de construcţie perimetrale, care
delimiteză volumul interior (încălzit sau
răcit), de mediul exterior sau de spaţiile necondiţionate din
exteriorul clădirii. Anvelopa clădirii separă volumul interior
al clădirii de :
- aerul exterior;
- sol (la plăci în contact direct cu solul,
amplasate fie peste cota terenului sistematizat, fie sub această
cotă, precum şi la pereţii în contact cu solul);
- încăperi anexă ale clădirii
propriu-zise, neîncălzite sau mult mai puţin încălzite, separate
de volumul clădirii prin pereţi sau/şi planşee,
termoizolate în mod corespunzător (exemplu: garaje, magazii, subsoluri
tehnice sau cu boxe, pivniţe, poduri, camere de pubele, verande, balcoane
şi logii închise cu tâmplărie
exterioară, ş.a.);
- spaţii care fac parte din volumul
constructiv al clădirii, dar care au alte funcţiuni sau
destinaţii (exemplu: spaţii comerciale la parterul clădirilor de
locuit, birouri, ş.a.);
- alte clădiri, având pereţii
adiacenţi separaţi de clădirea considerată, prin rosturi.
Anvelopa
reprezintă învelişul care protejează interiorul casei împotriva
vântului, ploii şi ninsorii; în plus, ea conferă suportul structural
pentru pereţi şi acoperiş, protejează structura împotriva
deteriorării, permite utilizarea luminii naturale, precum şi accesul
în şi înafara clădirii. O
abordare globală a anvelopei reprezintă cheia unei izolări
termice peformante. Pentru o izolare eficientă a
anvelopei, trebuie luate în consideraţie toate componentele sale. În
practică, însă, nu este atât de simplu, având în vedere că
aceste componente trebuie să satisfacă exigenţe diverse şi
variate (transparenţă, mobilitate, caracteristici mecanice). O
izolare echilibrată a tuturor componentelor este de multe ori însă
imposibilă.
În
cele din urmă, rolul anvelopei este acela de a separa mediul controlat,
confortabil de la interior de vremea de afară. Menţinerea
condiţiilor dorite la interior se realizează prin controlul
fluxurilor de căldură, aer şi umiditate între interiorul şi
exteriorul clădirii. Prezenţa acestor fluxuri este ilustrată în
Figura 1.1, unde se deosebesc fluxurile de căldură, 
, de fluxurile de aer şi umiditate realizate prin
ventilaţie, 
.
Fig. 1.1 Fluxuri de căldură, aer şi
umiditate prin anvelopa unei clădiri
1.2.1 Anvelopa şi
fluxul de căldură
O condiţie importantă pentru realizarea confortului interior o
reprezintă dotarea clădirii cu un sistem de încălzire care
să furnizeze căldură pe perioada sezonului rece. Căldura
furnizată trebuie să fie menţinută la interiorul
clădirii, astfel încât consumul de energie al sistemului de încălzire
să fie minim necesar. Dar caracteristica transferului de energie termică (sau căldurii,
numită popular „transfer de căldură”) este aceea că el este
generat de orice diferenţă de temperatură şi poate avea loc
în orice direcţie.
Multă lume crede poate că, datorită aerului cald care se
ridică, cea mai mare parte a căldurii se pierde prin acoperiş.
Aceasta nu este neapărat adevărat. Căldura „curge” de la orice
suprafaţă mai rece spre una mai caldă, fie în sus, fie în jos,
fie pe laterală. O cameră încălzită plasată peste un
garaj neâncălzit va pierde căldură
prin podea. În mod similar, pierderile de căldură pot apare prin
pereţi – în subsol sau deasupra solului. Este rolul anvelopei
clădirii de a controla fluxul de căldură între mediul său
interior şi cel exterior.
Mecanismele
(sau modurile) de transfer al căldurii sunt
conducţia termică, convecţia termică şi radiaţia
termică. Fluxul de căldură prin anvelopă se poate realiza
prin unul, două sau toate cele trei moduri.
Conducţia
termică apare într-un mediu staţionar (fie el solid,
lichid sau gazos) prin transferul de energie microscopică de la
particulele componente (molecule, atomi) cu viteze mari spre cele cu viteze
mici, ca urmare a ciocnirilor inerente dintre particule. Ca urmare, conducţia termică se
realizează mai bine prin solide şi lichide decît
în gaze, unde densitatea de particule este scăzută. Materialele
izolatoare termic au adesea o structură poroasă, cu spaţii
umplute cu aer, reducând astfel fluxul de căldură prin anvelopă.
Proprietatea materialelor de a transfera căldura prin conducţie se
numeşte conductivitate termică, iar valorile ei sunt dependente de temperatură. În literatura
de specialitate sunt prezentate valori sau expresii de calcul pentru
conductivitatea termică a majorităţii materialelor utilizate în
inginerie.
Convecţia
termică apare
intre o suprafaţă şi un fluid în mişcare, realizându-se
prin acţiunea combinată a conducţiei termice prin fluid şi
a mişcării macroscopice de ansamblu a fluidului. Aceasta din
urmă este în mare parte responsabilă de transportul de energie
microscopică între suprafaţă şi fluid. Într-o încăpere
neizolată, de exemplu, aerul „culege” căldura de la peretele cald,
apoi circulă, ajungând la peretele rece prin care ea se pierde. O parte a
căldurii se transferă şi prin amestecarea aerului cald cu aer
rece. Convecţia termică este de două feluri: convecţie
forţată, atunci când mişcarea fluidului este impusă cu
mijloace mecanice (cu pompe, ventialatoare etc.) sau
naturale îndepărtate (vânturile); şi convecţie naturală,
atunci când mişcarea fluidului se naşte natural din diferenţele
de densitate generate de diferenţele de temperatură locale (fluidul
mai cald urcă, iar cel rece coboară, formându-se aşa
numiţii curenţi convectivi).
Radiaţia
termică reprezintă
energia emisă sub forma undelor electromagnetice, ca urmare a
modificărilor intervenite în configuraţia eelctronică
a corpului emitor. Radiaţia termică se manifestă la orice nivel
de temperatură şi, spre deosebire de conducţie şi
convecţie, nu necesită un mediu transportor. Sunt situaţii în
care radiaţia termică este mică, chiar neglijabilă, în
comparaţie cu celelalte moduri de transfer (la diferenţe mici şi
medii de temperatură), sau sunt situaţii în care radiaţia
termică este dominantă (la diferenţe mari de temperatură,
precum radiaţia incidentă de la soare, sau pe timp de noapte spre
spaţiul atmosferic îndepărtat). Dacă o persoană stă în
faţa unei ferestre reci, ea pierde căldură şi simte frig,
chiar dacă temperatura aerului la interior este ridicată.
Controlul
fluxului de căldură prin anvelopă se
realizează prin intermediul unui material izolator termic. Acesta
înveleşte anvelopa clădirii pentru a-i reduce pierderile de
căldură spre exterior. Aerul în repaus nu este bun conductor termic,
astfel că el reprezintă în principiu un izolant relativ bun.
Însă, în spaţii mai mari, precum cavităţile din
pereţi, căldura se poate pierde totuşi prin convecţie
şi radiaţie. Rolul izolaţiei este exact acela de a diviza
volumul de aer în compartimente suficient de mici pentru a împiedica formarea
curenţilor convectivi, aerul rămânând în repaus. În acelaşi
timp, materialul izolator reduce radiaţia
de la o suprafaţă la alta a compartimentului cu aer.
Cu ani în urmă, când tipurile de izolaţii erau extrem de
limitate, măsura eficienţei stratului izolator era grosimea lui. Azi,
izolaţiile se aleg funcţie de rezistenţa lor termică,
proprietate definită ca 
, prin analogie cu rezistenţa electrică a unui
conductor 
. Cu cât rezistenţa termică este mai mare, cu atât
fluxul de căldură prin material este mai mic. O izolaţie sau
alta poate avea grosimi diferite, dar atâta timp cât rezistenţa lor
termică este aceeaşi, ele vor controla în mod egal pierderile de
căldură. În ghidurile de profil sunt listate toate materialele de
construcţie şi de izolaţie împreună cu rezistenţa lor
termică.
O izolaţie termică funcţionează bine, dacă este
montată corespunzător în pod, subsol şi pe pereţii
exteriori. Deşi tehnologia de montaj este relativ complexă
şi specifică locului şi nu face obiectul lucrării de faţă, se pot indica următoarele
recomandări generale:
Izolaţia trebuie să
umple spaţiul complet şi uniform. Orice porţiuni goale sau
colţuri vor permite apariţia convecţiei termice, capabile
să by-paseze complet izolaţia.
Punţile termice trebuiesc
evitate oriunde este posibil. După cum sugerează şi numele,
puntea termică reprezintă o porţiune de anvelopă cu
rezistenţa termică conductivă mai mică, permiţând astfel
transferul preferenţial al căldurii prin acea porţiune (de
exemplu, o grindă în perete). Atunci când izolaţia se aplică
peste una din feţele punţii termice, ea acţionează ca o
barieră, blocând fluxul de căldură.
Izolaţia trebuie să aibe grosimea permisă de mărimea spaţiului
şi, atunci când este formată din material moale şi poros, ea
trebuie să aibe densitatea corespunzătoare
pentru a forma rezistenţa termică necesară.
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.
1.2.2 Anvelopa şi
fluxul de aer
Printre
alte probleme, menţionate mai jos, schimbul de aer prin anvelopă
poate reprezenta o sursă importantă de pierdere termică. Deoarece
aerul cald poate conţine cantităţi mari de vapori de apă,
fluxul de aer este de asemenea principalul mijloc prin care umiditatea
străbate anvelopa. În condiţii de iarnă, aerul este forţat
să treacă prin anvelopa clădirii. Aerul care iese
transportă căldură şi umiditate, iar aerul care intră
este uscat şi creează curenţi neconfortabili.
Pentru ca aerul să traverseze anvelopa
clădirii, trebuie să existe un spaţiu gol (o gaură –
uşă, fereastră deschise – un orificiu, o fantă) şi o
diferenţă de presiune între interiorul şi exteriorul anvelopei. Diferenţa
de presiune poate fi cauzată de orice combinaţie
între:
vânt,
diferenţă
de temperatură care conduce la fenomenul de stratificare termică pe
verticală, cunocut ca efect de coş,
echipamente
dotate cu arzătoare sau ventilatoare de aerisire.
Efectul
de vânt apare atunci când
vântul suflă spre clădire, iar în punctul de impact cu peretele
energia cinetică se transformă în energie potenţială de
presiune (se aplică aici bine-cunoscuta lege a lui Bernoulli).
În modul acesta, presiunea aerului creşte pe partea dinspre care
suflă vântul, iar aerul este forţat să pătrundă în
clădire. Pe de altă parte, presiunea aerului pe faţa opusă
a clădirii scade datorită antrenării de către vânt a
aerului lateral clădirii, iar aerul din clădire este forţat
să iasă afară.
Efectul
de stratificare apare în
casele încălzite, unde aerul cald, de densitate mai mică, urcă
şi se destinde, creînd la partea de sus a
clădirii o presiune mai mare. Aerul scapă afară prin fisurile
din plafon şi prin crăpăturile din jurul ferestrelor de la
etajele superioare. O dată cu ridicarea aerului cald, în partea de jos a
clădirii se creează o uşoară depresiune care
forţează aerul exterior să pătrundă la interior prin
orice neetanşeitate sau deschidere din anvelopă.
Efectul
de ardere şi ventilare se datorează echipamentelor şi instalaţiilor cu procese de
ardere a unui combustibil, fie el lemn, petrol sau gaz natural. Procesul de
ardere necesită mai mult aer care să permită oxidarea elementelor chimice combustibile, fapt pentru
care se prevăd modalităţi de asigurare a acestui aer în exces
(de exemplu, ventilatoare sau coşuri cu tiraj corespunzător). Sobele
deschise sau şemineele trebuie să evacueze
gazele de ardere, nocive pentru sănătate, iar odată cu ele se
evacuează şi mult aer. Aerul acesta trebuie înlocuit pentru
menţinerea presiunii din interior, aşa că, prin anvelopă,
pătrunde aer proaspăt din exterior. Din acest motiv, încăperile
dotate cu sobe sau şeminee au curenţi de
aer mai intenşi decât celelalte.
La fluxul de aer prin
anvelopa clădirii pot contribui şi ventilatoare mici de
bucătărie sau baie, ventilatoare mai mari din sistemul central de
aerisire, grătare amplasate pe sobe, uscătoare de rufe sau alte
ventilatoare de aerisire existente în clădire.
Fig. 1.2
Fluxul de aer prin anvelopă
Controlul fluxului de aer între interior şi
exterior asigură multe avantaje, precum:
Economie
de bani şi energie
Clădire
mai confortabilă fără zone reci şi curenţi de aer.
Protecţia
materialelor clădirii împotriva stricăciunilor cauzate de umiditate
Un
spor de confort, sănătate şi preotecţie,
se elimină aerul uzat şi îmbâcsit şi se asigură aerul în
exces necesar pentru realizarea în siguranţă a proceselor de ardere.
O
clădire mai curată şi mai calmă.
Controlul fluxului de aer
implică trei activităţi simple, care trebuie realizate
deodată:
Prevenirea
scurgerilor necontrolabile de aer prin anvelopă,
Asigurarea
aerului proaspăt şi evacuarea aerului uzat,
Asigurarea
tirajului şi aerului de ardere necesar arzătoarelor din dotarea casei
(şeminee, aragaz, cazan de apă caldă).
Pentru
a fi eficientă, izolaţia termică trebuie să includă
spaţii mici de aer nemişcat. De aceea, ea trebuie protejată
împotriva vântului ce suflă dinspre exterior, dar şi împotriva
scăpărilor de aer dinspre interior.
Bariera de
vânt este amplasată pe partea din exterior a
anvelopei pentru a proteja izolaţia de aerul atmosferic în mişcare.
Uneori, anvelopa este îmbrăcată în plăci de carton tratat sau alefină care, pe lângă rolul de material de
construcţie, acţionează şi ca bariere de vânt.
Bariera de aer blochează aerul din interior şi-l împiedică
să iasă în exterior. Prin aceasta, bariera de aer îndeplineşte
două funcţii importante:
reduce pierderile de
căldură prin împiedicarea circulaţiei de aer prin anvelopă (aerul
cald care iese este înlocuit de aer rece din exterior);
protejează izolaţia
şi structura de rezistenţă împotriva stricăciunilor cauzate
de umezeală atunci când vaporii de apă condensează în ansamblul
anvelopei.
Bariera de aer poate fi instalată oriunde în anvelopă; ea poate
fi chiar combinată cu bariera de vânt, amplasată
deci la exteriorul anvelopei. De obicei, însă bariera de aer este
instalată pe partea din interior a anvelopei, acolo unde poate fi
menţinută caldă. Astfel, materialul din care este
confecţionată bariera poate fi ferit de temperaturile extreme din
timpul iernii sau verii, ceea ce îi sporeşte durabilitatea. Pe de altă
parte, este împiedicată circulaţia aerului prin perete, iar
pierderile de căldură prin convecţie sunt reduse semnificativ.
În varianta de amplasare la interior, bariera de aer poate fi combinată cu
bariera de vapori.
Pentru
a fi eficientă, bariera de aer trebuie să fie:
rezistentă la mişcarea
aerului,
suficient de rigidă şi
rezistentă pentru diferenţele de presiune,
continuă, prin
etanşarea tuturor îmbinărilor, muchiilor, golurilor sau fisurilor.
Datorită
numeroaselor componente care alcătuiesc anvelopa unei clădiri
(precum: pereţi, fundaţii, uşi, ferestre, acoperiş), este
imposibil ca bariera de aer să fie alcătuită dintr-un singur
material care să învelească complet clădirea. De fapt, bariera de
aer reprezintă un sistem alcătuit din multe componente care sunt
legate unele de altele. Mai jos, sunt descrise câteva componente tipice
pentru bariera de aer:
Foi de polietilenă sau
tencuială – pentru suprafaţele mari
(pereţi, plafoane)
Ferestre, uşi, trape,
aerisiri cu clapă – incluse în construcţie din alte considerente
specifice,
Praguri, profiluri metalice de
rame la ferestre – în fapt, elemente de construcţie,
Călăfătuială
(etanşare cu ipsos), garnituri de tot felul, benzi adezive –
etanşează îmbinările componentelor pentru a asigura
continuitatea barierei de aer.
În cazul
în care anvelopa este suficient de etanşă, rezultatul unei
renovări majore sau caracteristica unei construcţii noi de calitate,
controlul fluxului de aer trebuie în mod obligatoriu completat cu sisteme de
aerisire şi ventilare.
A nu se uita că o clădire complet
etanşă este nesănătoasă, periculoasă chiar.
Ventilarea
controlată. Clădirile mai vechi sunt ventilate prin
scurgerile necontrolate de aer ce au loc la deschiderea ferestrelor şi
uşilor, ceea ce nu este întotdeauna confortabil şi eficient. Pe vreme
rece şi vântoasă, poate intra prea mult aer din exterior, cauzând
curenţi neplăcuţi şi scăderea temperaturii interioare
(sau creşterea costurilor cu căldura suplimentară
necesară). Pe de altă parte, toamna sau primăvara, nu se
asigură uneori suficient aer proapăt.
În cazul în care bariera de aer există şi este continuă,
schimbul necesar de aer se poate realiza pe toată durata anului printr-un
sistem controlat de ventilare. Un sistem de ventilare controlată are, în
esenţă, patru componente:
un mijloc de evacuare a aerului
uzat şi a vaporilor de apă în exces,
un mijloc de asigurare a aerului
proaspăt
un mod de distribuire a aerului
proaspăt în întreaga clădire,
elemente de control pentru
sistemul de ventilare.
Multe dintre clădiri au deja componente ale sistemului de ventilare,
punându-se doar problema completării lui cu elementele lipsă. Astfel,
evacuarea aerului uzat poate fi asigurată prin ventilatoare mici
amplasate în bucătării şi băi, acolo unde umiditatea este
mare. Uscătoarele de rufe au de cele mai multe ori conducte de evacuare
conectate la exterior. Asigurarea aerului proaspăt poate fi
realizată în clădirile dotate cu sisteme de încălzire
prevăzute cu circulaţie forţată de aer prin instalarea unei
tubulaturi conectate la exterior şi acţionarea la turaţie
redusă a ventilatorului sistemului de încălzire chiar şi în
absenţa încălzirii. În cazul în care clădirile au radiatoare
individuale în încăperi, se poate instala un sistem central de alimentare
cu aer, cu tuburi către fiecare cameră şi un ventilator care
să asigure circulaţia aerului. Acest sistem se potriveşte cel
mai bine caselor mici sau cabanelor. În sezonul rece, însă, aerul rece din
exterior trebuie preâncălzit sau temperat prin
amestecarea cu aer cald de la interior. Elementele de control sunt de
obicei montate pe partea de evacuare a sistemului; partea de alimentare
răspunde pasiv prin simpla înlocuire a cantităţii de aer
evacuat. Una dintre metodele de control utilizează umiditatea ca indicator
al cantităţii de aer necesar a fi evacuate. În mod uzual, se
realizează o setare automatizată a ventilatorului de evacuare, cu
posibilitatea de intervenţie manuală pentru cazuri deosebite precum
gătit, duşuri sau prezenţa mai multor persoane.
În cazul clădirilor noi, foarte etanşe, se recomandă o
capacitate de ventilare de ˝ schimburi
de aer pe oră. Aceasta înseamnă că, numai prin ventilare
mecanică, jumătate din volumul de aer al clădirii este înlocuit
cu aer exterior în decurs de o oră. Volumul de aer schimbat este însă
şi mai mare, având în vedere ca scurgerile necotrolate
se aer prin anvelopă nu pot fi eliminate practic complet. În cazul
clădirilor mai vechi, scurgerile necontrolate de aer rămân
semnificative chiar şi după execuţia unor lucrări majore de
renovare şi reabilitare. Ca urmare, capacitatea de ventilare
controlată necesară este ceva mai mică. Un indiciu clar de
apreciere a necesarului de ventilare suplimentară îl constituie nivelul de
umiditate şi apariţia condensului. În general, dacă pe
ferestrele cu geam dublu apare condens doar în cazul cîtorva
zile foarte reci, atunci se poate aprecia că nivelul de ventilare al
clădirii este satisfăcător. O ventilare mai intensă poate
fi necesară chiar dacă umiditatea nu este foarte ridicată, dar
există alte surse de poluare precum fumatul sau alte îndeletniciri (lucru
la traforaj, maşină casnică de ţesut, etc.) Permeabilitatea
(sau etanşarea) clădirii la aer se poate măsura cu ajutorul unor
teste speciale, precum cele cu gaz trasor sau uşă suflantă (vezi
§5.4).
Asigurarea aerului de
ardere. O instalaţie de ardere cuprinde un dispozitiv
ce arde combustibil. Exemple de instalaţii de ardere sunt: cuptoare, şeminee, sobe cu gaz, sobe cu lemne, boilerele cu gaz
pentru apă caldă, uscătoare cu gaz, toate sunt instalaţii
cu ardere ce pot intra în dotarea unei clădiri. Aceste instalaţii
necesită aer*
pentru oxidarea elementelor chimice combustibile (C, H2, S) şi
pentru alimentarea tirajului la coşul care evacuează gazele rezultate
din ardere (CO2, CO, H2O, SO2, O2,exces
, N2 ). Clădirile mai vechi, neprevăzute cu o barieră
de aer etanşă, asigură în mod obişnuit suficient aer prin
fisurile şi orificiile existente în anvelopă. La clădirile mai
etanşe sau acolo unde există mai multe instalaţii ce
necesită aer (ventilatoare, sisteme de evacuare, şeminee),
este posibil ca circulaţia aerului dinspre exterior să fie
insuficientă, sau chiar inversată. Acest din urmă caz pune
probleme serioase de sănătate şi siguranţă, deoarece
inversarea tirajului la coş înseamnă evacuarea gazelor de ardere
nocive la interiorul clădirii. Ca urmare, un bun control al fluxului de
aer trebuie să asigure cu precădere condiţii optime de
funcţionare pentru toate instalaţiile cu dispozitive de ardere.
1.2.3 Anvelopa şi
fluxul de umiditate
Umiditatea cauzează fărâmiţarea betonului, putrezirea
lemnului, cojirea vopselii, poate strica tencuiala
şi distruge covoarele. Sub toate formele sale, umiditatea reprezintă
o cauză majoră de distrugere a componentelor unei clădiri.
Umiditatea poate apare sub formă de solid, lichid sau vapori. Sursa
de umiditate poate fi exterioară, sub formă de apă în sol,
gheaţă, zăpadă, ploaie, ceaţă şi scurgeri pe
suprafeţe; sau poate fi interioară, sub formă de vapori
produşi de către ocupanţii clădirii (prin respiraţie)
şi activităţile lor (spălat, curăţenie,
gătit), sau prin utilizarea de sisteme umidificatoare.
Sub diversele ei forme,
umiditatea străbate anvelopa clădirii în mai multe moduri:
Apa se scurge de pe acoperiş
sau pe geamul ferestrelor sub acţiunea gravitaţiei.
Capilaritatea
permite circulaţia apei în toate direcţiile, creând un efect de
sugativă; acţiunea capilarităţii depinde de prezenţa
unor spaţii foarte înguste, întâlnite la înfăşurările
suprapuse sau la materialele poroase (precum betonul şi solul).
Vaporii de apă pot
străbate materialele şi prin difuzie. Aceasta
este generată
de prezenţa unei diferenţe în presiunea vaporilor de apă şi
de rezistenţa materialului traversat la această diferenţă.
Circulaţia aerului prin
anvelopă realizează o circulaţie simultană de umiditate.
Aerul conţine întotdeauna o anumită cantitate de vapori de apă,
cu atât mai mare cu cât temperatura aerului este mai mare.
Prin
comparaţie, fluxul de aer printr-o mică crăpătură în
anvelopă transportă de circa o sută de ori mai multă
umiditate decât difuzia prin materialele anvelopei clădirii.
Vaporii
de apă devin o problemă atunci când condensează şi devin
apă lichidă, adică condens. Acesta se întâmplă
la umiditatea relativă de 100%, când aerul nu mai poate îngloba vapori de
apă. Un exemplu tipic îl reprezintă condensul format pe ferestre.
Când aerul interior vine în contact cu geamul rece, temperatura lui
scade şi odată cu ea şi capacitatea aerului de a îngloba
umiditate; ca urmare, o parte din vaporii de apă din aer se depun pe geam
şi condensează. Dacă geamul este sub zero grade, umiditatea
depusă se transformă în gheaţă. O fereastră cu un
singur geam este mai rece decât una cu două geamuri, astfel încât condensul
se poate forma chiar în condiţii de umiditate interioară redusă.
Condensul apare mai ales în încăperile mai umede din clădire, precum
bucătăriile şi băile.
Fig. 1.3 Apariţia condensului în peretele
anvelopei
Pentru ca clădirile să fie durabile şi confortabile, controlul fluxului
de umiditate prin anvelopă este foarte important.
Elementele de construcţie precum scurgerile, acoperişul, şi
hidro-izolaţia din subsol protejează clădirea împotriva apei
lichide. Controlul fluxului de vapori de apă protejează structura
clădirii şi asigură nivelul confortabil de umiditate la
interior.
Controlul
umidităţii se realizează pe trei căi, numite şi
strategii:
Tehnici de construcţie care
menţin umiditatea departe de structura clădirii;
Micşorarea producţiei
de umiditate;
Evacuarea la exterior a
umidităţii în exces.
Chiar şi casele în aparenţă uscate, fără scurgeri
prin acoperiş sau infiltraţii în subsol, pot avea probleme cu
umiditatea. Aceasta pentru că sursele de umiditate nu sunt
întotdeauna evidente:
Ocupanţii şi
activităţile lor,
Ploaia bătută de vânt
pe pereţi,
Subsolurile umede,
Umiditatea depozitată în
materialele şi finisajele clădirii.
O
familie de patru persoane poate produce circa 63 litri de apă pe
săptămână prin activităţile casnice curente. Atunci
când hidro-izolaţia din subsol nu există sau este deteriorată,
apa din sol se infiltrează prin fundaţie prin efectul de capilaritate
şi se evaporă pe suprafaţa pereţilor şi a podelei.
Şi nu în cele din urmă, în perioada sezonului umed, ploios,
materialele şi finisajele clădirii absorb umiditate, pe care o
eliberează apoi în perioada sezonului rece.
|
Umezeala produsă prin activităţi
casnice curente [ litri/săpt.] |
|
|
Activităţi pentru o familie de patru persoane: |
|
|
Gătit (3 mese
zilnic) |
6,3 |
|
Spălatul vaselor
(de 3 ori zilnic) |
3,2 |
|
Îmbăiat |
2,4 |
|
Spălatul rufelor |
1,8 |
|
Uscatul rufelor la
interior |
10,0 |
|
Spălatul unei
podele de 30.5m2 |
1,3 |
|
Respiraţie
normală şi evaporare la nivelul pielii de la ocupanţi |
38,0 |
|
Total |
63,0 |
În
ciuda umidităţii produse, majoritatea caselor vechi au iarna aerul atât
de „uscat”, încât au nevoie de sisteme de umidificare a aerului. Aerul rece nu
poate îngloba o cantitate prea mare de vapori de apă. În casele cu multe
scurgeri necontrolabile de aer, aerul rece şi uscat din exterior
pătrunde la interior, forţând aerul cald şi umed din interior
să iasă afară prin partea superioară a clădirii. Aerul
cald trece rapid prin anvelopa neizolată, fără a se răci
suficient pentru a cauza condensarea vaporilor de apă conţinuţi.
Dacă se adaugă izolaţie termică la interior, partea
exterioară a peretelui devine mult mai rece; în lipsa unei protecţii suplimentare
împotriva condensării, aceasta se poate produce chiar în structura
anvelopei. Fenomenul apare deoarece aerul umed şi cald se
răceşte în straturile mai reci ale structurii, eliberând umiditate
sub formă de lichid; dacă este foarte frig, apa poate chiar
îngheţa. Se pot manifesta atunci efectele negative sub forma
deteriorării izolaţiilor, putrezirii lemnului, cojirii vopselelor,
fărâmiţării materialelor, apariţiei mucegaiului şi
altele.
O
umiditate relativă de peste 20% previne senzaţia de uscăciune
din gât şi conferă aerului ambiant calitatea de confortabil. În plus,
aerul umed elimină electricitatea statică din clădire, este
favorabil plantelor şi ajută la păstrarea mobilei în
condiţii mai bune. Pe de altă parte, o umiditate relativă de
peste 40% poate cauza gheaţă şi ceaţă pe geamuri,
pătarea pereţilor şi plafoanelor, cojirea vopselelor, formarea
mucegaiului şi apariţia mirosurilor neplăcute. Când umiditatea
relativă depăşeşte 50%, controlul microbilor aerobi devine
dificil.
Apariţia
condensului pe geamuri reprezintă un indicator al unei
umidităţii ridicate. Un higrometru sau alt senzor de umiditate poate
însă indica cu mai multă exactitate nivelul de umiditate.
Pentru
a menţine
structura clădirii uscată se apelează la
următoarele patru tipuri de acţiuni:
Protecţia împotriva vremii
şi umezelii exterioare presupune învelirea anvelopei
într-un material impermeabil (carton asfaltat, tablă de zinc), instalarea
de streşini şi alte tehnici de construcţie care să
îndepărteze apa sau să reziste apei. Sub niveleul
solului (cota „0”), trebuie asigurate scurgeri de mărimi şi pante
corespunzătoare, precum şi folii impermeabile care să
prevină infiltrarea apei subterane în fundaţie prin efectul de
capilaritate.
Reducerea umidităţii la
surse implică în primul rând o producţie
redusă de vapori de apă, iar în al doilea rând, evacuarea aerului
umed şi înlocuirea lui cu aer proaspăt uscat.
Împiedicarea aerului umed să
pătrundă în anvelopă presupune instalarea unei
bariere de vapori care să reducă transportul umidităţii
prin difuzie şi instalarea unei bariere de aer care să împiedice
transportul umidităţii o dată cu fluxul de aer.
O barieră
de vapori eficientă trebuie să fie:
rezistentă la difuzia de
vapori
durabilă,
instalată pe partea
caldă a peretelui
nu neapărat continuă.
Materialele care pot fi folosite ca bariere de
vapori includ polietilena, vopselele pe
bază de ulei şi vopselele
impermeabile speciale, unele materiale de izolare termică şi
placajul. Bariera de vapori poate fi alcătuită din materiale diferite
în diferite părţi ale clădirii. Un acelaşi material poate
reprezenta în acelaşi timp barieră de aer şi barieră de vapori,
cu condiţia să îndeplinească ambele tipuri de
proprietăţi şi să fie instalat corespunzător. De
exemplu, foliile de polietilenă şi plăcile de ghips cu
foiţă metalică pe una din feţe pot combina cele două
roluri.
Ca
regulă generală, bariera de vapori trebuie montată pe partea
caldă a izolaţiei. În unele cazuri, însă, se preferă
instalarea barierei în interiorul peretelui sau plafonului, dar astfel încât
circa 2/3 din grosimea structurii să fie spre partea rece.
Poziţionarea barierei de vapori trebuie reglată la clădirile cu
umiditate interioară mare sau atunci când clima este extrem de rece.
Asigurarea „respiraţiei”
anvelopei spre exterior permite clădirii să
facă faţă fluctuaţiilor sezoniere în umiditate şi
să elimine orice umezeală care pătrunde în anvelopă, fie
dinspre exterior, fie dinspre interior. Aceasta se realizează în două
moduri. În primul, anvelopa este alcătuită din straturi de materiale
diferite, cu cel mai rezistent la apă amplasat pe partea caldă,
şi cel mai permeabil amplasat pe partea rece (la exterior). În felul
acesta, vapori pătrunşi în structură pot migra numai spre
exterior. În cel de-al doilea caz, structura anvelopei are un interspaţiu
gol, imediat după stratul exterior de faţadă şi înaintea
următorului strat de rezistenţă. Aerul din interspaţiu
devine cărăuşul umezelii care pătrunde fie dinspre
exterior, fie dinspre interior. Această formulă constructivă nu
trebuie combinată cu instalarea de straturi izolante termic pentru că
prezenţa curenţilor convectivi de aer intensifică şi
transferul de căldură, negând deci rolul izolaţiei.
Exemplele
şi explicaţiile de mai sus subliniază necesitatea de a considera
clădirea ca un sistem în ansamblu său, mai ales atunci cînd se urmăreşte executarea unor lucrări de
renovare şi reabilitare. O atenţie specială trebuie
acordată echilibrului dintre fluxul de aer şi cel de umiditate,
precum şi efectelor pe care diversele intervenţii făcute le au
asupra sistemelor de încălzire şi ventilare.
1.3
INSTALAŢIILE CLĂDIRII
Utilizatorii
unei clădiri au o serie de cerinţe faţă de clădire,
cerinţe care în principal se referă la confort termic, vizual şi
acustic, la igienă şi sănătate şi nu în cele din
urmă la siguranţă şi adaptabilitate. Instalaţiile
clădirii au rolul de a satisface aceste cerinţe, consumând în schimb
o formă de energie. Raporul dintre efectul util
(sau performanţa) şi energia consumată defineşte
eficienţa unei instalaţii. În ziua de azi, instalaţiile moderne
obţin performanţe cu folosirea raţională a resurselor
şi în special a energiei şi combustibililor.
1.3.1 Instalaţii de încălzire
În sezonul
rece trebuie asigurate anumite temperaturi interioare în încăperile unei
clădiri; în aceste condiţii clădirea are o “piedere
de căldură” către exterior. Rolul instalaţiei de
încălzire este acela de a furniza clădirii energia termică ce se
pierde în exterior, astfel încât să se păstreze în interior
temperatura prescrisă. De cele mai multe ori, instalaţia de
încălzire asigură şi apa caldă menajeră consumată
în clădire.
Caracteristicile
unei instalaţii de încălzire depind de tipul energiei consumate,
tipul şi orarul de ocupare a clădirii, utilizarea radiaţiei
solare, structura, mărimea şi funcţia clădirii, de
pierderile estimate de căldură, precum şi de capitalul
disponibil.
O instalaţie de încălzire “clasică” cu corpuri de încălzire se compune din sursa termică (cazanul de încălzire), reţeaua conductelor de distribuţie şi corpurile de încălzire din încăperi (radiatoare, convectoare, registre etc.). Agentul termic, de regulă apa, se încălzeşte în cazan şi se pompează la consumatori, unde cedează căldura în corpurile de încălzire; apa, astfel răcită se întoarce la cazan, se reîncălzeşte şi circuitul se reia. Temperatura apei se alege în funcţie de destinaţia spaţiului încălzit şi de sistemul de încălzire folosit. De regulă se foloseşte apa caldă cu temperatura maximă de 95oC, în condiţii nominale de temperatură exterioară. Trebuie avut în vedere că reducerea valorii limită a temperaturii agentului termic conduce la reducerea pierderilor de căldură din reţeaua de conducte şi la îmbunătăţirea confortului, dar şi la creşterea costului instalaţiei (sunt necesare suprafeţe de schimb de căldură mari).
În
funcţie de destinaţia construcţiei, pentru anumite condiţii
specifice se pot folosi şi alte sisteme şi soluţii de
încălzire, precum:
încălzirea
cu aer cald (când se prevede şi ventilarea spaţiilor);
încălzirea
cu arderea unui combustibil direct în aparatul de încălzire (radianţi
cu gaze, generatoare de aer cald etc.);
încălzirea
electrică;
încălzirea
solară (ca sursă alternativă, într-o clădire având o
arhitectură specifică).
Tipurile de cazane, cu arderea unui combustibil sau electrice pot fi:
cu condensaţie
(realizează condensarea vaporilor de apă din gazele de ardere),
conducând astfel la performanţe superioare prin eliberarea căldurii
latente de vaporizare
fără condensaţie.
Sistemele de încălzire pot fi:
Locale (sobe)
Centrale (centrale de
apartament)
La distanţă
(termoficare)
Conceperea
şi realizarea instalaţiilor de încălzire se face în conformitate
cu prevederile Normativului I 13-02 “Normativ pentru proiectarea şi
executarea instalaţiilor de încălzire centrală”.
Consumul de energie termică pentru încălzire, cu referire la energia primară la nivelul sursei termice, depinde, atât de sarcina termică a consumatorului, cât şi de performanţele de ansamblu ale instalaţiei şi de caracteristicile constructive şi funcţionale ale elementelor componente. Elementele semnificative ale instalaţiei de încălzire, care prezintă un interes major pentru reducerea consumurilor energetice sunt:
cazanul
(randament la condiţii nominale şi la sarcini parţiale, nivelul
de temperatură a agentului termic);
pompele
de circulaţie (randament, parametrii punctului de funcţionare pe
curba caracteristică);
reţeaua
de conducte (termoizolaţie, pierderi de sarcină, debit vehiculat);
elemente
de automatizare (reglarea furnizării căldurii în funcţie de
necesităţile consumatorului);
corpurile
de încălzire (eficienţă termică, termostatare);
contoare
de energie termică (contorizare până la nivelul consumatorului
individual);
sistemul
de monitorizare a parametrilor instalaţiei (AMC, telegestiune);
staţia
de tratare a apei de adaus (dedurizare, pentru preîntâmpinarea depunerilor pe
suprafeţele de schimb de căldură).
Fig. 1.4 Schema de principiu a unei
instalaţii de încălzire cu condensaţie
1.3.2 Instalaţii de ventilare şi
climatizare
În aerul unei încăperi pot
apărea o serie de agenţi poluanţi proveniţi de la
ocupanţi (bioxidul de carbon rezultat din respiraţie, fumul de
ţigară etc.), de la materialele de construcţie (gaze, vapori, mirosuri)
sau de la procese de fabricaţie (solvenţi etc.). Rolul instalaţiei
de ventilare este acela de a elimina sau dilua aceste
nocivităţi sub limita de periculozitate pentru organismul uman, prin
introducerea de aer proaspăt şi evacuarea aerului viciat. În cazul în
care, pe lângă cerinţele privind puritatea aerului, se impune şi
asigurarea anumitor parametri de temperatură şi umiditate pentru
aerul încăperii, instalaţia de ventilare se transformă în instalaţie
de climatizare.
O instalaţie de ventilare obişnuită se
compune din: priza de aer proaspăt, filtru de praf, canalele de aer,
ventilatorul de introducere, gurile de refulare a aerului în încăperi,
gurile de aspiraţie a aerului din încăperi şi ventilatorul de
evacuare. Se poate renunţa, după caz, la ventilatorul de evacuare sau
la ventilatorul de introducere în situaţii speciale în care se
practică ventilarea mixtă, cu introducere mecanică şi
evacuare naturală în suprapresiune, respectiv, cu evacuare mecanică
şi introducere naturală în depresiune. Instalaţiile de ventilare
se prevăd cu baterii de încălzire a aerului proaspăt,
situaţie în care ele realizează şi încălzirea
(parţială sau totală) a încăperilor.
Instalaţiile de climatizare au în
componenţă, în plus faţă de instalaţiile de ventilare,
baterii de răcire şi sisteme de umidificare / uscare a aerului; ele
realizează răcirea încăperilor în sezonul cald, precum şi
încălzirea (parţială sau totală) în sezonul rece.
Tipurile de sisteme de ventilare şi/sau climatizare se aleg în funcţie de climă, nivelul de confort, utilizare şi funcţia clădirii, precum şi de capitalul disponibil. Ele includ:
Ventilarea naturală
(datorată numai diferenţelor de presiune dintre interiorul şi
exteriorul clădirii)
Unităţi izolate
(ventilatoare, unitaţi mici de aer condiţionat)
Sisteme centrale
(unităţi de ventilare şi condiţionare mari, unice pe
clădire şi prevăzute cu sistem de distribuţie în
încăperile clădirii)
Conceperea şi realizarea instalaţiilor de ventilare şi climatizare se face în conformitate cu prevederile Normativului I 5-98 “Normativ privind proiectarea şi executarea instalaţiilor de ventilare şi climatizare”.
Consumul de energie pentru vehicularea aerului şi pentru
încălzirea sau răcirea lui depinde, atât de sarcina termică de
răcire şi de încălzire a consumatorului cât şi de
performanţele elementelor componente ale instalaţiei. Elementele
semnificative ale instalaţiei de ventilare-climatizare, care prezintă
un interes major pentru reducerea consumurilor energetice sunt:
ventilatoarele
(randamentul, parametrii punctului de funcţionare de pe curba caracteristică,
piese speciale de racordare a ventilatorului la tubulatură);
priza
de aer proaspăt (rezistenţa aeraulică);
filtrul
de praf (gradul de colmatare - rezistenţa aeraulică);
reţeaua
de canale de aer (rugozitate, pierderi de sarcină, termoizolaţie,
etanşeitate);
organele
de reglaj-clapete, jaluzele (pierderi de sarcină minime în poziţia de
funcţionare normal-deschis);
gurile
de refulare şi de aspiraţie a aerului (pierderi de sarcină);
camera
de amestec (raportul de amestec; folosirea recirculării aerului în
măsura maxim posibilă);
baterii
de încălzire / răcire a aerului (pierderea de sarcină pe partea
de aer şi pe partea de apă; parametrii agentului termic;
eficienţă termică; piesele speciale de racordare a bateriilor la
canalele de ventilare);
agregatul
pentru producerea apei răcite (randament);
recuperatorul
de căldură / frig din aerul evacuat (eficienţa termică);
pompele
de circulaţie agenţi termici (randament, parametrii punctului de
funcţionare pe curba caracteristică);
sistemul
de monitorizare a parametrilor instalaţiei (AMC, telegestiune);
elementele
de automatizare (reglarea parametrilor regimurilor de funcţionare);
surse
neconvenţionale de energie şi pompe de căldură.
Fig. 1.5 Schema de principiu a unei instalaţii de
climatizare
1.3.3 Instalaţii sanitare
Instalaţiile sanitare asigură furnizarea apei
reci şi a apei calde la punctele de consum ale obiectelor sanitare din
clădire; apele uzate rezultate după folosire sunt colectate şi
evacuate la exterior în sistemul de canalizare.
Instalaţiile sanitare interioare din clădiri se compun din:
sursa
de apă (reţeaua orăşenească, care trebuie să
asigure presiunea şi debitul necesare);
reţeaua
conductelor de alimentare cu apă din clădire: conducta de
distribuţie, coloanele şi legăturile la obiectele sanitare;
obiectele
sanitare şi armăturile de utilizare a apei;
reţeaua
conductelor de canalizare (cu funcţionare prin gravitaţie).
În cazul în care
reţeaua orăşenească nu poate asigura presiunea apei,
necesară unei bune utilizări la consumator, se prevede la intrarea
apei în clădire o staţie de pompare cu recipient de hidrofor.
Apa caldă menajeră
este furnizată, fie de la un punct termic sau centrală termică,
exterioare clădirii deservite, fie de la surse locale amplasate în
clădire (cazane cu gaze, preparatoare electrice etc.).
Conceperea şi realizarea instalaţiilor sanitare
se face în conformitate cu prevederile Normativului I 9-94 “Normativ pentru
proiectarea şi executarea instalaţiilor sanitare”.
Consumul de energie al instalaţiilor sanitare se
datorează consumului de apă (energie electrică de pompare)
şi preparării apei calde menajere (energia termică pentru
încălzirea apei). Elementele semnificative ale instalaţiei sanitare,
care prezintă un interes major pentru reducerea consumurilor energetice
sunt:
pompele
şi sistemele de ridicare a presiunii apei / hidroforul (randament,
parametrii punctului de funcţionare pe curba caracteristică,
numărul de porniri - opriri într-o oră etc.);
armăturile
obiectelor sanitare (etanşeitatea, consumul specific de apă, timpul
de folosire la o utilizare);
încălzitoarele
de apă caldă (randament);
reţeaua
de distribuţie a apei (etanşeitate);
conductele
de apă caldă menajeră (izolarea termică);
reţeaua
de recirculare a apei calde menajere (funcţionalitatea pompei de
recirculare, izolarea termică a conductelor, locul de la care se face
recircularea apei calde);
contoarele
de apă rece şi de apă caldă (la nivel de imobil şi la
nivelul consumatorului);
elemente
de automatizare (la pompe şi staţiile de hidrofor; la instalaţia
de preparare a apei calde menajere);
sisteme
solare de încălzire a apei (eficienţa termică; conlucrarea cu
sistemele “clasice” de preparare a apei calde menajere).
1.3.4 Instalaţii electrice
Instalaţiile electrice obişnuite se împart în
două mari tipuri: instalaţii electrice de iluminat şi
instalaţii electrice de forţă.
Instalaţiile electrice de iluminat asigură, într-o încăpere sau
zonă de lucru, vizibilitatea bună a sarcinilor vizuale şi
realizarea acesteia în condiţii de confort vizual, atât în lipsa
totală a iluminatului natural (diurn) cât şi în situaţia în care
acesta este insuficient. Iluminatul este însoţit de degajări de
căldură (sporuri), care pot fi favorabile pe durata sezonului rece (micăşorează necesarul de căldură),
dar defavorabile pe durata sezonului cald (măreşte sarcina
termică ce trebuie evacuată).
Fig. 1.6 Combinarea
eficientă a luminii naturale cu cea artificială
Instalaţiile electrice de
forţă
asigură alimentarea cu energie electrică a receptoarelor electrice.
Receptoarele electrice sunt aparate care transformă energia electrică
într-o altă formă de energie utilă omului cum ar fi:
motoarele
(transformă energia electrică în energie mecanică);
cuptoarele
electrice (transformă energia electrică în energie termică);
transformatorul
electric (transformă energia electrică de anumiţi parametrii în
energie electrică de alţi parametrii).
Sursa de lumină artificială poate fi
radiaţia termică a unei flăcări (rezultată din arderea
unui combustibil precum ceara, gazul, lemnul) sau de natură
electrică. O instalaţia electrică de iluminat se compune din:
a) Surse
de lumină (lămpile), care pot fi:
lămpi
cu incandescenţă,
lămpi
cu ciclu regenerator cu halogen,
lămpi
fluorescente (tubulare sau compacte),
lămpi
cu descărcare în vapori (de sodiu de joasă sau înaltă presiune,
de mercur de joasă sau înaltă presiune),
lămpi
cu descărcare în gaze sau amestecuri de gaze şi vapori metalici de
joasă presiune,
lămpi
cu inducţie.
b) Corpuri
de iluminat (aparate electrice), având următoarele roluri:
susţin
mecanic sursa de lumină (lampa sau lămpile);
asigură
alimentarea cu energie electrică a lămpii (lămpilor);
distribuie
fluxul luminos în mod convenabil (în funcţie de activitatea care se
desfăşoară în încăpere sau zonă).
Corpul de iluminat îndeplineşte şi o funcţie estetică.
c) Circuite
electrice de iluminat ce se compun din ansamblul de conductori
şi tuburi de protecţie, cabluri şi aparatele de mică
comutaţie (întrerupătoare, butoane, comutatoare) amplasate în
încăperi.
d) Tablouri
electrice de iluminat, reprezentând părţi ale
instalaţiei electrice de iluminat prin care se realizează
distribuţia energiei electrice. Tablourile electrice constituie
totodată şi locul unde se montează echipamentele electrice
pentru: acţionare, protecţie, măsură, comandă,
automatizare etc.
Nivelul de iluminare corespunzător
stării de confort vizual depinde de tipul de activitate
desfăşurată în planul de lucru. Valorile recomandate sunt
prezentate în §3.2.
Instalaţia electrică de forţă
se compune din:
a) Receptoare
electrice (care pot fi monofazate sau trifazate, fixe sau mobile).
b) Conductoare
şi tuburi de protecţie, cabluri, împreună cu aparate de
acţionare, comandă sau protecţie prevăzute în afara
tablourilor electrice.
c) Tablouri
electrice de forţă, prin care se realizează distribuţia
energiei electrice şi în care se montează aparatele de
protecţie, măsură, comandă, acţionare, automatizare
etc.
Conceperea şi realizarea instalaţiilor electrice se face în
conformitate cu prevederile normativului NP I 7-02 “Normativ pentru proiectarea
şi executarea instalaţiilor electrice cu tensiuni până la 1000 Vc.a. şi 1500 Vc.c.”; normativului
NP 061-02 “Normativ pentru proiectarea şi executarea sistemelor de
iluminat artificial din clădiri”.
Consumurile de energie electrică în clădirile de
locuit şi clădirile publice au o pondere însemnată în consumul
total de energie. Punctele semnificative ale instalaţiilor electrice
şi care prezintă un interes major pentru reducerea consumurilor
energetice sunt:
corpurile
de iluminat (stabilirea corectă a numărului de corpuri de iluminat
şi implicit a numărului de surse de lumină - lămpi - în
funcţie de nivelul de iluminare necesar într-o încăpere; prevederea
unor corpuri de iluminat care asigură compensarea energiei electrice
reactive prin condensatoare montate în corpurile de iluminat dotate cu
lămpi fluorescente; corpuri de iluminat cu randament ridicat din punct de
vedere al fluxului luminos; corpuri de iluminat dotate cu lămpi cu
eficacitate luminoasă ridicată; starea de curăţenie a
corpurilor de iluminat şi a suprafeţelor reflectante);
receptoare
electrice de forţă (prevederea de receptoare electrice cu motoare cu
randament înalt);
ansamblul
de conductoare sau cabluri şi elemente de comutaţie locală (buna
dimensionare a circuitelor electrice în vederea reducerii pierderilor de
tensiune, aparate de mică comutaţie, comutatoare, care să
asigure sectorizarea iluminatului în încăperi sau variatoare care permit
reglarea fluxului luminos dintr-o încăpere în funcţie de aportul de
lumină naturală şi de tipul activităţii
desfăşurate în încăpere;
contoare
(prevederea de contoare atât pentru consumurile de energie activă cât
şi pentru cele de energie reactivă, prevederea de contoare cu tarife
diferenţiate noapte-zi);
baterii
de condensatoare (instalarea de baterii de condensatoare montate în paralel cu
consumatorii pentru îmbunătăţirea factorului de putere şi pentru
economie de energie).
ENERGETICA CLĂDIRII
2.1
PARAMETRII CLIMATICI
Consumul energetic al unei clădiri depinde de factori externi
şi de factori interni. Factorii externi sunt parametrii climatici caracteristici
ai amplasamentului: temperatura aerului, viteza vântului, însorirea, umiditatea
aerului.
Proiectarea
construcţiilor şi a instalaţiilor aferente se face pe baza unor valori
medii statistice ale parametrilor climatici, corespunzătoare unei anumite
perioade a anului (zi, lună, sezon de încălzire), valori
obţinute în urma unor durate de observare de zeci de ani. Aceste valori
convenţionale sunt standardizate în SR 4839 şi SR 1907-1, pentru
temperatura aerului şi viteza vântului, în STAS 6648/2, pentru însorire,
umiditatea şi temperatura aerului etc.
În auditarea energetică a clădirii, trebuie
să se facă o distincţie clară între aceste valori
convenţionale şi valorile efective ale parametrilor climatici
exteriori pe perioada în care se determină consumurile energetice ale
clădirii.
Temperatura
aerului
Pentru calculul necesarului de căldură
de calcul al unei clădiri (necesarul de căldură orar care
dimensionează instalaţia de încălzire) se foloseşte
temperatura exterioară convenţională de calcul (te).
Conform SR 1907-1
România este împărţită în 4 zone climatice cărora le
corespund următoarele temperaturi exterioare convenţionale de calcul:
zona I: -12oC (oraşe caracteristice: Constanţa, Reşiţa, Dobeta Turnu Severin);
zona II: -15oC (oraşe caracteristice: Bucureşti, Brăila, Arad,
Craiova, Piteşti, Oradea);
zona
III: -18oC (oraşe caracteristice: Baia Mare,
Bacău, Iaşi, Sibiu, Cluj-Napoca, Galaţi);
zona IV: -21oC (oraşe caracteristice: Predeal, Braşov,
Făgăraş, Reghin, Gheorghieni,
Suceava).
Zonarea teritoriului României după
temperatura exterioară convenţională de calcul este dată în
Figura 2.1.
Pentru calculul necesarului
de căldură anual al unei clădiri şi al necesarului de
combustibil pentru încălzire se folosesc temperaturile exterioare medii
lunare. Cu ajutorul lor se determină temperatura medie pe perioada de
încălzire (tem) şi numărul de grade-zile (N), în
conformitate cu standardul SR 4839.
În
tabelul următor se dau, pentru unele oraşe din România, datele climatice
caracteristice care stau la baza stabilirii necesarului de căldură de
calcul şi a necesarului de căldură anual pentru încălzire.
|
Oraşul |
Zona cliamtică |
te [oC] |
tem [oC] |
N [grade-zile] |
Durata
perioadei de încălzire [zile] |
|
Constanţa |
I |
-12 |
4,7 |
2840 |
185 |
|
Bucureşti |
II |
-15 |
3,4 |
3170 |
190 |
|
Iaşi |
III |
-18 |
2,9 |
3510 |
205 |
|
Braşov |
IV |
-21 |
2,4 |
4030 |
228 |
