1 Higrotermica

HIGROTERMICA 1.1 Fenomene fizice

1 HIGROTERMICA

1.1 FENOMENE FIZICE 1.1.1 Căldură, temperatură

Căldură Căldura este o formă de energie Se manifestă ca:

• vibraţie a moleculelor unei substanţe • formă de radiaţie electromagnetică

Unităţi de măsură energie: Joule (J), KWh putere: Watt (W), 1W=1J/s

Temperatură Temperatura este o măsură a cantităţii de căldură acumulate de un material. Unitate de măsură – Kelvin Alte unităţi: – grad Celsius °C= K, 0°C = 273.16K – grad Fahrenheit °F = °C×1.8 + 32, °C = (°F – 32)/1.8

Radiaţie termală Orice obiect care conţine căldură emite radiaţie electromagnetică.

lungimea de undă

1mm 1m 1km 1pm 1nm 1µm

unde radio raze X

moi UV

dure infraroşu microunderaze gama

unde scurte unde lungi

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

20,5 18,5 16,5 14,5 12,5 10,5 8,5 6,5 4,5

logaritmul lungimii de undă (m)logaritmul frecvenţei (Hz)

Spectrul radiaţiei electromagnetice Un corp aflat la 0 K (–273.16°C) nu emite o asemenea radiaţie, pentru că nu conţine energie calorică. Dacă ar fi încălzit încet, moleculele sale ar începe să vibreze, emiţând cantităţi mici de radiaţie cu lungime de undă mare. Cu cât obiectul devine mai cald, cu atât vibraţia moleculelor sale este mai puternică şi energia radiată mai mare. Lungimea de undă a radiaţiei emise este invers proporţională cu viteza sau frecvenţa vibraţiei moleculare, şi deci cu temperatura obiectului.

Din experienţă practică ştim că obiectele foarte fierbinţi strălucesc roşiatic (emit lumină roşie), iar cele foarte foarte fierbinţi emit lumină albă. În teorie, obiectele foarte foarte fierbinţi ar trebui să emită lumină albastră sau violetă, dar în realitate ele emit şi în celelalte game ale spectrului vizibil (roşu, verde etc.) şi efectul este de lumină albă (impresia de alb este dată de existenţa, în proporţii aproximativ egale, a tuturor culorilor spectrului).

1


1.1.2 Migraţia căldurii Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, transferul energetic (de căldură) poate avea loc într-o singură direcţie, şi anume de la un grad mai înalt de energie spre un grad mai scăzut. În aceste condiţii, în cazul existenţei unei diferenţe de temperatură, tendinţa naturală este de a se ajunge la un echilibru, printr-un transfer de căldură din zona mai caldă spre zona mai rece, în cazul neintervenţiei unei cantităţi suplimentare de energie toate obiectele ajungând în final la aceeaşi temperatură. Migraţia căldurii se poate face pe următoarele căi: • conducţie • convecţie • radiaţie

1. Conducţia Reprezintă transferul termic în masa unui solid sau între două corpuri solide aflate în contact. Efectul este datorat vibraţiei moleculare, energia transmiţându-se de la o moleculă la alta, din aproape în aproape, din zona de energie mai înaltă spre zona de energie mai joasă.

Exemple în construcţii: • între straturile alipite ale unui element de construcţie (de ex. tencuială-cărămidă-

tencuială la un perete sau pardoseală-strat suport-placă de beton-tencuială la un planşeu)

• între faţa mai caldă şi cea opusă, mai rece, a unui element de construcţie (perete sau planşeu)

Mărimi şi definiţii: Coeficientul de conductivitate termică λ – densitatea fluxului termic ce străbate, perpendicular pe suprafeţe, un element cu feţe plan paralele cu grosimea de 1m când diferenţa temperaturilor celor două suprafeţe ale sale este de un grad.

λ [W/m⋅K] λ este o proprietate intrinsecă a materialului şi se găseşte în tabele. Densitatea fluxului termic q – cantitatea de căldură ce străbate perpendicular un element cu feţe plan paralele, având grosimea d şi suprafaţa de 1m2, dintr-un material omogen cu coeficientul de conductivitate termică λ , dacă diferenţa de temperatură dintre feţele sale este ∆T (=Ti – Te)

Td

q ∆=λ

[W/m2]

Permeabilitatea termică U – raportul între coeficientul de conductivitate termică şi grosimea elementului respectiv.

dU λ

= [W/m2⋅K]

Rezistenţa termică (rezistenţa la permeabilitatea termică) R – inversul permeabilităţii termice

λd

UR ==

1 [m2⋅K/W]

2


2. Convecţia Reprezintă transferul termic dintre un solid şi un fluid (lichid sau gaz) în mişcare sau între două fluide în mişcare. Schimbul de căldură este mai complex decât în cazul conducţiei; diferenţele de temperatură în interiorul fluidului generează mişcări interne numite curenţi de convecţie. Volumul fluidului creşte cu temperatura, iar zonele mai calde ale fluidului au masă mai mică decât cele reci. Prin efectul gravitaţiei, masa mai rece – mai densă – dizlocă masa mai caldă, făcând-o să urce. Mărimea curenţilor convectivi dintr-un fluid depinde de suprafaţa de contact cu solidul, de vâscozitatea şi viteza fluidului ca şi de diferenţa de temperatură dintre fluid şi solid. În cazul fluidelor se manifestă şi fenomenul de conducţie, dar când fluidul se mişcă, conducţia este neglijabilă în raport cu convecţia. Dacă mişcarea fluidului este împiedicată, transmiterea căldurii se face exclusiv prin conducţie.

Exemple: • între elementele de construcţii (pereţi, planşee) şi aerul din încăperi sau aerul

exterior • între un strat de aer şi feţele solide care îl delimitează în cadrul unui element

constructiv compus (fereastră dublă, perete cu un strat de aer etc.) • între suprafaţa elementelor de încălzire şi aerul din încăpere

Mărimi şi definiţii: Coeficientul de schimb superficial de căldură αc – cantitatea de căldură ce se schimbă între aer şi un element de construcţie, pe o suprafaţă de contact de 1m2, în decurs de o oră, la o diferenţă de temperatură de 1 °C

αc, αi, αe [W/m2⋅K] În cazul suprafeţelor de contact cu aerul interior din clădire se obişnuieşte notaţia αi, iar pentru suprafeţele exterioare ale clădirii αe. Densitatea fluxului termic convectiv qc – cantitatea de căldură ce se schimbă între aer şi un element de construcţie, pe o suprafaţă de contact de 1m2, în decurs de o oră, dacă temperatura aerului este t şi cea a elementului de construcţie θ

qc = αc ∆t [W/m2] ∆t = t – θ

Rezistenţa la schimb superficial de căldură Rc – inversul valorii coeficientului de schimb superficial de căldură αc (αi, αe)

cc

1Rα

= [m2⋅K/ W]

Coeficientul de schimb de căldură prin convecţie variază în funcţie de orientarea suprafeţei (orizontală sau verticală), sensul fluxului termic (mişcarea naturală a aerului poate activa sau bloca schimbul termic) şi de viteza de mişcare a aerului.

3. Radiaţia Reprezintă transferul termic efectuat între două corpuri care nu sunt în contact, prin radiaţie electromagnetică. Schimbul de căldură este influenţat de natura celor două suprafeţe în discuţie ca şi de poziţia lor relativă.

Densitatea fluxului termic radiant qr – cantitatea de căldură pe care o primeşte 1 m2 de suprafaţă a corpului mai rece de la suprafaţa corpului mai cald, diferenţa de temperatură fiind ∆T, în decurs de o oră

qr = αr ϕ ∆T [W/m2] unde

3


αr – coeficient de schimb de căldură prin radiaţie, în funcţie de emisivitatea celor două suprafeţe emisivitatea suprafeţelor (capacitatea de a emite radiaţii infraroşii) este determinată de materialul din care este făcut corpul şi de gradul de şlefuire al suprafeţei

ϕ – factor de formă care exprimă poziţia reciprocă a suprafeţelor; are valoare maximă, 1, când o suprafaţă o înconjoară complet pe cealaltă

În cazul construcţiilor, pereţii reprezentând suprafeţele delimitatoare ale spaţiului, coeficientul ϕ se ia egal cu 1 dacă se calculează radiaţia faţă de întreg perimetrul. Dacă se ia în calcul doar radiaţia faţă de o anumită zonă a suprafeţei înconjurătoare, coeficientul ϕ se va lua egal cu raportul dintre suprafaţa considerată şi suprafaţa totală

În cazul în care temperatura suprafeţei radiante nu este uniformă, se ia în calcul temperatura medie radiantă, care este media ponderată a temperaturilor în raport cu mărimea suprafeţelor corespunzătoare.

1.1.3 Umiditate Dependenţa între umiditate şi căldură, cu efecte asupra construcţiilor şi persoanelor care le locuiesc, se manifestă în special în raportul dintre vaporii de apă existenţi în atmosferă sau în porii sau spaţiile din elementele de construcţie şi temperatura care influenţează condensul sau evaporarea.

Umiditatea aerului Aerul conţine întotdeauna, indiferent de temperatură, o anumită cantitate de vapori de apă. Această cantitate depinde de diverşi factori, dar este limitată de temperatura aerului.

Umiditatea de saturaţie – cantitatea maximă de vapori de apă existentă în aer, la o temperatură dată Umiditatea relativă – raportul între cantitatea de vapori existentă în aer şi umiditatea de saturaţie corespunzătoare temperaturii aerului, exprimată în procente faţă de umiditatea de saturaţie

Umiditatea relativă diferă, în afară de temperatură, după anotimp, starea vremii, destinaţia şi utilizarea încăperilor, sistemul de încălzire sau de ventilare etc.

Presiunea vaporilor de apă La volum egal, vaporii de apă sunt mai uşori decât aerul uscat; greutatea unui volum de aer variază după umiditate, fiind compusă din greutatea aerului uscat + greutatea vaporilor de apă. Presiunea atmosferică variază deasemenea cu umiditatea, fiind compusă din presiunea vaporilor de apă plus presiunea aerului uscat. Când umiditatea creşte, presiunea vaporilor creşte (cantitate mai mare de vapori într-un volum dat), dar presiunea atmosferică scade, datorită faptului că vaporii de apă – mai uşori – dizlocuiesc un volum de aer uscat, mai greu.

Presiunea parţială a vaporilor pv – presiunea pe care o exercită vaporii de apă existenţi într-un amestec de gaz (aer), atunci când ocupă singuri, la aceeaşi temperatură, întreg volumul amestecului. Presiunile se măsoară în Pa (pascali). O unitate încă utilizată, deşi nu este parte a Sistemului Internaţional de Unităţi (SI) este mmHg (milimetri coloană de mercur). Relaţia între aceste unităţi: 1mmHg = 133,322 Pa, 1Pa = 7,5×10–3 mmHg. Presiunea de saturaţie ps – presiunea vaporilor în condiţii de saturaţie

Umiditatea relativă: 100pp

s

v ×=ϕ [%]

4


Punct de rouă θr – temperatura pentru care valoarea presiunii parţiale a vaporilor dintr-un volum oarecare de aer este egală cu presiunea de saturaţie; dacă temperatura scade sau cantitatea de vapori creşte, vaporii din aer încep să condenseze.

Vaporii de apă din aer au tendinţa de a egaliza presiunile parţiale ale zonelor alăturate. Deplasarea vaporilor din zonele cu presiune parţială mai mare spre zone cu presiune parţială mai mică se numeşte difuzie a vaporilor. Difuzia se petrece atât în aer cât şi prin elemente de construcţie ce separă spaţii de aer cu presiuni parţiale ale vaporilor diferite.

Coeficientul de permeabilitate la vapori µ – debitul de vapori care străbate perpendicular 1m2 de suprafaţă a unui element de construcţie omogen cu grosimea de 1m când diferenţa presiunilor vaporilor pe cele două feţe este de o unitate. Factorul permeabilităţii la vapori µ D – factor care indică de câte ori un strat omogen al unui element de construcţie este mai puţin permeabil la vapori decât un strat de aer de aceeaşi grosime. Ca şi λ, µ şi µ D sunt caracteristice materialului. Metodologia de calcul utilizată în normativele actuale foloseşte factorul permeabilităţii la vapori şi ca urmare acesta se găseşte în tabele. µD este un factor, reprezintă un raport între două mărimi fizice de acelaşi tip şi prin urmare este adimensional. Rezistenţa la permeabilitate la vapori Rv

MdR Dv ⋅⋅= µ [m/s]

unde d – grosimea stratului [m] µD – factorul permeabilităţii la vapori [-] M – coeficient de permeabilitate a aerului [s–1], M = 54×108 s–1

5

HIGROTERMICA 1.2 Confort

1.2 CONFORT HIGROTERMIC 1.2.1. Definiţii Termofiziologie: ştiinţa care studiază perceperea fenomenelor termice de către om Temperatura omului: media ponderată (cu suprafaţa) a temperaturii pielii descoperite şi a temperaturii îmbrăcăminţii Tom = 24 °C (la 18-19 °C), Tom = 28 °C (la 24 °C) Confort termic: realizarea inconştientă a termoreglării, fără suprasolicitări fiziologice. În afara domeniului de temperaturi ce corespund confortului termic, termoreglarea se realizează prin senzaţii conştiente, de obicei dezagreabile (respiraţie accelerată, transpiraţie la temperaturi prea mari, tremurat la temperaturi prea mici). Schimburile de căldură om-mediu se realizează pe două căi principale:

- prin transfer termic de tip conducţie, convecţie şi radiaţie, numită şi căldură uscată - prin evaporare, a transpiraţiei la nivelul pielii sau a vaporilor de apă din respiraţie,

numită şi căldură umedă Pentru omul normal, în repaus, în condiţii de confort termic, proporţia de căldură evacuată pe cele două căi este următoarea:

- căldură uscată 70…79%, din care: • prin convecţie (incluzând şi conducţie) 35…46% • prin radiaţie 35…33%

- căldură umedă 30…21% • prin evaporarea transpiraţiei 18…10% • prin respiraţie 12…11%

Starea de confort este prin excelenţă o stare subiectivă. Întotdeauna vor exista subiecţi care să declare o ambianţă confortabilă, în timp ce alţi subiecţi vor declara aceeaşi ambianţă mai puţin confortabilă sau chiar inconfortabilă. Se încearcă definirea unor parametri obiectivi şi a unor metode de calcul care să poată duce la estimarea corectă a senzaţiei de confort pentru un număr cât mai mare de subiecţi.

1.2.2. Parametri de confort

1. Temperatura aerului din încăperi Este unul din principalii parametri care determină confortul termic. Valoarea normată a temperaturii interioare pe timp de iarnă este de 20°C în încăperile de locuit şi 22°C în băi. Pe timp de vară, temperatura interioară de confort este considerată 25°C.

2. Umiditatea aerului din încăperi Pentru încăperi de locuit este considerată confortabilă o umiditate cuprinsă între 40-60%. Umiditatea relativă peste 70%, în condiţii de vară, corelate cu creşterea temperaturii interioare, produce o senzaţie de zăpuşeală şi sufocare, iar în condiţii de iarnă favorizează apariţia condensului superficial pe elementele de închidere. Scăderea umidităţii sub 30% duce la uscarea mucoaselor şi îngreunarea respiraţiei.

6


3. Viteza de deplasare a aerului Este un parametru care trebuie corelat cu parametrii anteriori şi care depinde în plus şi de intensitatea locală a turbulenţei aerului, definită ca raportul în procente dintre abaterea standard a vitezei locale şi viteza medie de deplasare a aerului. Relaţia dintre toţi aceşti parametri este sintetizată în graficul alăturat. Practic, se poate reţine că este permisă o creştere din ce în ce mai accentuată a vitezei aerului odată cu creşterea temperaturii, iar pentru valoarea normală a temperaturii interioare pe timp de iarnă, de 20°C, viteza aerului trebuie limitată la valori între 0,1 – 0,2 m/s pentru a obţine o ambianţă confortabilă.

4. Temperatura medie radiantă Temperatura medie radiantă reprezintă temperatura uniformă a suprafeţei unei incinte negre în care un ocupant ar schimba aceeaşi cantitate de căldură prin radiaţie ca şi încăperea dată. Calculul exact al temperaturii medii radiante este destul de laborios. În practică, dacă diferenţa maximă de temperatură dintre diferitele elemente care delimitează încăperea nu depăşeşte 10°C se poate folosi în locul temperaturii medii radiante suma temperaturilor suprafeţelor perimetrale ale încăperii, ponderate cu dimensiunea suprafeţei corespunzătoare. Temperatura medie radiantă serveşte direct doar la calculul unor indici de estimare a nivelului de confort, precum PMV şi PPD, prezentaţi în subcapitolele următoare. Ca parametru direct de confort, se utilizează temperatura feţei interioare a elementelor de închidere, mai precis diferenţa de temperatură între aerul interior şi faţa interioară a elementului de închidere, ∆Ti. Valorile maxime admise ale ∆Ti sunt date în tabelul de mai jos.

∆Ti max

Gru

pa

Destinaţia clădirii ϕ i

(%) pereţi tavane pardoseli

I

• Clădiri de locuit, cămine, internate • Spitale, policlinici ş.a. • Creşe, grădiniţe • Şcoli, licee ş.a.

60 4,0 3,0 2,0

II • Alte clădiri social-culturale cu regim normal de umiditate 50 4,5 3,5 2,5

III

• Clădiri social-culturale cu regim ridicat de umiditate

• Clădiri de producţie cu regim normal de umiditate

60 6,0 4,5 3,0

IV • Clădiri de producţie cu regim ridicat de umiditate * ≤75 ∆Tr 0,8∆Tr 3,5

*∆Tr = Ti – θr

O altă cerinţă privind confortul, dar şi igiena, este ca pe suprafaţa elementelor de închidere să nu se producă condens, în nici un punct. Verificarea acestei condiţii se face prin calculul

7


temperaturilor superficiale în câmp şi în zona punţilor termice şi compararea acestora cu punctul de rouă corespunzător nivelului de umiditate din încăperea respectivă.

1.2.3. Vot mediu previzibil – PMV PMV este un indice care reprezintă opinia medie a unui grup important de persoane care îşi exprimă votul privind senzaţia termică pe o scară cu şapte niveluri:

+3 foarte cald +2 cald +1 călduţ 0 neutru

–1 răcoros –2 rece –3 foarte rece

Indicele PMV se bazează pe bilanţul termic al corpului uman. Omul este în echilibru termic – şi resimte o stare neutră, de confort – atunci când căldura internă produsă de corp este egală cu căldura cedată mediului ambiant. Indicele PMV poate fi determinat prin estimarea sau măsurarea următorilor parametri:

- activitatea umană (producţia de energie metabolică) - îmbrăcămintea (rezistenţa termică adusă de aceasta) - temperatura aerului - temperatura medie radiantă - viteza relativă a aerului - presiunea parţială a vaporilor de apă (umiditatea aerului)

Este complet nepractic calculul manual al indicelui PMV, dar acesta se poate determina rapid prin programe de calculator. Se urmăreşte obţinerea unui indice PMV cât mai apropiat de 0 pentru fiecare încăpere, în funcţie de temperatura interioară normată, de valorile temperaturilor superficiale interioare ale elementelor de construcţie şi de activitatea normală din acea încăpere.

Activitatea metabolică În scopul determinării indicelui PMV a fost determinat nivelul producţiei de energie metabolică pentru diferite activităţi. Unitatea de măsură este W/m2, dar pentru o mai uşoară referire la activitatea umană a fost definită o unitate de măsură specifică, numită met (de la methabolism), având valoarea

1 met = 58 W/m2. Valoarea de 1 met corespunde stării de repaus, aşezat.

Energie metabolică Activitate W/m2 met Repaus, culcat 46 0,8 Repaus, aşezat 58 1,0 Activitate uşoară, aşezat (birou,domiciliu, şcoală, laborator) 70 1,2

Activitate uşoară, în picioare (cumpărături, laborator, industrie uşoară) 93 1,6

Activitate medie, în picioare (vânzător, activitate menajeră, activitate de deservire a unei maşini) 116 2,0

Mers pe teren plat, 2 km/h 110 1,9 Mers pe teren plat, 5 km/h 200 3,4

8


Estimarea izolaţiei termice a îmbrăcămintei Izolaţia termică a îmbrăcămintei (notată Icl) poate fi evaluată direct pentru combinaţii tipice de îmbrăcăminte (cf. tabelului de mai jos) sau prin adunarea valorilor izolaţiei date de fiecare piesă de îmbrăcăminte (tabel în SR ISO 7730). Şi pentru izolaţia îmbrăcămintei a fost definită o unitate specifică de măsură, numită clo (de la clothing) corespunzătoare îmbrăcămintei unei persoane care desfăşoară o activitate sedentară într-un spaţiu la 20°C: 1 clo = 0,155 m2K/W

Icl Îmbrăcăminte de uz curent clo m2K/W Slip, tricou, şosete subţiri, sandale 0,30 0,050 Cămaşă m.scurte, pantalon uşor, şosete, încălţăminte 0,50 0,070 Lenjerie de corp, cămaşă, pantalon, şosete, încălţăminte 0,70 0,105

Slip, cămaşă, pantalon, vestă, şosete, încălţăminte 1,00 0,155 Lenjerie de corp, cămaşă, pantalon, vestă, jachetă, palton, şosete, încălţăminte 1,50 0,230

Notă Tabelul este informativ. Tabelul complet se găseşte în SR ISO 7730-97

1.2.4. Procent previzibil de nemulţumiţi – PPD PPD este un indice care reprezintă procentul de persoane nemulţumite dintr-un grup important de persoane expuse la aceeaşi ambianţă. Acestea vor resimţi ambianţa ca prea caldă sau prea rece, votând +3, +2, –2 sau –3 pe scara cu 7 niveluri a indicelui PMV. PPD anticipează numărul de persoane nemulţumite din punct de vedere termic dintr-un grup important de persoane. Restul grupului resimte din punct de vedere termic ambianţa ca fiind neutră, călduţă sau răcoroasă. Relaţia dintre PMV şi PPD este una directă, dar nu proporţională. Pentru diferite valori ale votului mediu PMV se dau în tabelul următor valorile corespunzătoare ale procentului de nemulţumiţi PPD, cu observaţia că din calcule reies de obicei valori cu zecimale.

PMV PPD +2 75 +1 25 0 5 –1 25 –2 75

9

HIGROTERMICA 1.3 Regim termic staţionar

1.3 REGIM TERMIC STAŢIONAR 1.3.1 Definiţii În calculul transferului termic prin elementele anvelopei construcţiilor sunt necesare o serie de simplificări faţă de situaţia reală (ca şi în alte cazuri de modelare matematică a unor fenomene fizice). Una din acestea este eliminarea variaţiei în timp a temperaturilor reale, exterioare şi interioare, datorate fenomenelor meteorologice, alternanţei zi-noapte, pornirii/opririi aparatelor de încălzire etc. Se numeşte regim termic staţionar ipoteza convenţională de calcul termotehnic în cadrul căreia se consideră că temperaturile nu variază în timp. În condiţiile regimului termic staţionar fluxul termic şi câmpurile de temperaturi sunt constante. Temperaturile considerate în calcule sunt temperaturi convenţionale, normate, determinate astfel:

• la interior: temperaturi medii de confort, în funcţie de destinaţia încăperii, nivelul de umiditate, anotimp etc.

• la exterior: temperaturi medii pentru lunile de iarnă şi de vară, în funcţie de poziţia geografică; România a fost împărţită în 4 zone climatice pentru perioada de iarnă şi 3 zone climatice pentru perioada de vară

Zonarea climatică a României pentru perioada de iarnă:

Zonarea climatică a României pentru perioada de vară este prezentată în fascicola Documentare.

1.3.2 Temperaturi şi dimensiuni de calcul Temperaturile exterioare de calcul: iarna vara zona I –12°C +22°C zona II –15°C +25°C zona III –18°C +28°C zona IV –21°C –

10


Temperaturile interioare ale spaţiilor şi încăperilor neîncălzite se determină pe baza unui calcul de bilanţ termic, în funcţie de temperaturile spaţiilor adiacente, de ariile şi rezistenţele specifice la transfer termic ale elementelor de construcţie care delimitează spaţiul neîncălzit, şi de viteza de ventilare a spaţiului neîncălzit. Dimensiunile de calcul ale elementelor de construcţie se măsoară între axele geometrice ale elementelor de construcţie interioare şi feţele interioare ale elementelor de construcţie perimetrale. Aria clădirii este delimitată de conturul interior al elementelor de închidere. Volumul clădirii reprezintă volumul delimitat, pe contur, de feţele interioare ale elementelor de construcţie perimetrale. Toate dimensiunile se exprimă în metri.

1.3.3 Transmisia căldurii prin elementele de construcţie opace Rezistenţa termică specifică a unui strat omogen al unui element de construcţie se calculează cu relaţia:

λdRs = [m2K/W]

unde: d – grosimea de calcul a stratului [m] λ – conductivitatea termică de calcul a materialului

Relaţia de mai sus este valabilă şi în cazul elementelor de construcţie cvasiomogene (alcătuite din materiale diferite, dar având o uniformitate în alternanţa de materiale diferite). În acest caz se ia în calcul conductivitatea termică echivalentă. Exemple de materiale cvasiomogene: zidăriile (din cărămizi sau blocuri mici + mortar) sau stratul termoizolant din cadrul elementelor de construcţie tristrat prin care trec ancore de oţel dispuse uniform. De obicei în tabele se dau direct coeficienţii de conductivitate termică pentru zidării şi nu cei specifici cărămizilor sau blocurilor ceramice. În cazul straturilor termoizolante străpunse de ancore metalice conductivitatea echivalentă se calculează adunând la conductivitatea materialului termoizolant influenţa ancorelor metalice. Rezistenţa termică a unui element de construcţie compus din mai multe straturi se calculează cu relaţia:

∑=

++=+++++=n

1jse

j

jsisen21si R

dRRR...RRRR

λ [m2K/W]

unde: Rsi, Rse – rezistenţe la schimb superficial de căldură, la interior şi la exterior Rj – rezistenţa termică specifică a stratului j

Cunoscând temperaturile interioară şi exterioară şi rezistenţa termică a fiecărui strat se pot calcula temperatura pe faţa interioară a elementului de construcţie şi temperaturile în grosimea peretelui. Temperatura de pe faţa interioară a unui element de construcţie se poate calcula cu formula:

RTTTi

isi α∆

−= [°C]

unde: Ti – temperatura interioară ∆T – diferenţa dintre temperatura interioară şi cea exterioară αi – coeficientul de schimb superficial de căldură, la interior R – rezistenţa termică a elementului de construcţie

Temperatura de pe faţa interioară a elementelor de construcţie este important de calculat din

11


două motive: pentru verificarea condiţiei de confort ∆Ti max (conform tabelului de la cap. 1.2.4) şi pentru a putea verifica apariţia condensului pe suprafeţele elementelor de închidere ale construcţiei şi a putea interveni pentru îmbunătăţirea alcătuirii.

Temperatura într-un plan j al unui element de construcţie se poate calcula cu relaţia:

)( jsiij RRRTTT Σ+

∆−= [°C]

unde: Ti – temperatura interioară ∆T – diferenţa dintre temperatura interioară şi cea exterioară R – rezistenţa termică a elementului de construcţie Σ Rj – suma rezistenţelor termice ale straturilor cuprinse între faţa interioară şi planul j

Calculul temperaturilor în grosimea unui element de construcţie face parte din calculul mai complex al difuziei vaporilor de apă. Cerinţele actuale de confort şi de economisire a energiei impun realizarea unor elemente de închidere care să asigure rezistenţele termice corectate minime prezentate în tabelul de mai jos.

Nr. Element de construcţie R’min [m2K/W] 1 Pereţi exteriori (exclusiv suprafeţele vitrate) 1,40 2 Tâmplărie exterioară 0,50 3 Planşee peste ultimul nivel 3,00 4 Planşee peste subsoluri neîncălzite 1,65 5 Pereţi adiacenţi rosturilor închise 1,10 6 Planşee care delimitează clădirea de exterior la partea inferioară

(bowindouri, ganguri de trecere etc.) 4,50

7 Plăci pe sol (peste cota terenului) 4,50 8 Plăci la partea inferioară a demisolurilor sau subsolurilor încălzite 4,80 9 Pereţi exteriori, sub cota terenului, la demisoluri sau subsoluri

încălzite 2,40

În cazul existenţei unor straturi de aer neventilat în alcătuirea elementului de construcţie, rezistenţa termică a acestora se adaugă la rezistenţa termică a celorlalte straturi componente. Rezistenţa termică a stratului de aer neventilat, notată Ra, depinde de grosimea stratului de aer şi de direcţia şi sensul fluxului termic şi se poate afla din tabelul 3 din documentare.

1.3.4 Transmisia căldurii prin elementele de construcţie vitrate Rezistenţa termică a tâmplăriei exterioare (ferestre şi uşi vitrate) se poate determina astfel: - direct din tabele, pentru tâmplăriile obişnuite din lemn şi PVC, pentru luminatoare şi pereţi

vitraţi - prin măsurători - prin calcul, pentru fazele preliminare de proiectare. Tâmplăria poate fi simplă, cuplată sau dublă, din lemn, aluminiu sau mase plastice; geamurile pot fi simple sau termoizolante („termopan”), de diferite grosimi. Geamurile termoizolante pot fi duble sau triple, spaţiul dintre geamuri poate fi umplut cu aer sau cu un gaz inert (argon, kripton), iar una din feţele interioare ale geamului poate fi tratată pentru a reduce emisia de căldură (tratament low-e). Pentru toate variantele este posibil ca rezistenţa minimă necesară să fie sau să nu fie atinsă, aşa încât nu se poate face o recomandare universală. În toate cazurile trebuie alese soluţiile care să asigure cel puţin o rezistenţă

12


minimă Rmin = 0,5 m2K/W sau un coeficient de transfer termic maxim Umax = 2 W/m2K.

În normativele [4] şi [9] sunt date informaţii detaliate despre rezistenţele termice ale ferestrelor şi uşilor curente, ca şi despre modul de calcul simplificat al acestor rezistenţe. Tabelul următor, extras din [4] şi [9], prezintă rezistenţele termice ale ferestrelor mai des întâlnite, în funcţie de tipul tâmplăriei, al geamului şi al tratamentului şi gazului de umplere utilizat.

TOC GEAM RF material tâmplărie grosime interior exterior gaz umplere

tip geam tratament tip geam aer argon 62 simplu - - 0,19 - 62 dublu - - 0,33 - 62 dublu low-e - 0,49 0,54

simplă

62 dublu - simplu 0,44 - 84 simplu - simplu 0,39 - 94 dublu - simplu 0,53 0,55 cuplată 94 dublu low-e simplu 0,63 0,68

176 simplu - simplu 0,43 - 186 dublu - simplu 0,57 0,59

lemn

dublă 186 dublu low-e simplu 0,68 0,73 62 dublu - - 0,37 0,39 62 dublu low-e - 0,49 0,54 PVC simplă 62 triplu low-e - 0,57 0,64

Valorile rezistenţelor termice pentru pereţi exteriori vitraţi şi luminatoare:

Pereţi exteriori vitraţi R’ m2K/W Luminatoare R’

m2K/W geam profilit tip U, montat simplu 0,17 cu o foaie de geam 0,18 plăci presate din sticlă, tip Nevada: - pereţi simpli - pereţi dubli

0,22 0,42

cu 2 foi de geam 0,27

cărămizi presate din sticlă, 80mm grosime

0,31 cu un geam termoizolant 0,29

Calculul rezistenţei termice a ferestrei se face prin descompunerea acesteia în suprafeţe distincte de toc şi cercevea, geam şi eventual panouri opace, după formula:

fg

ggffgg

FF AA

lUAUAR1U

+

⋅+⋅+⋅==

ψ [W/m2K]

unde: UF – coeficientul de transfer termic al ansamblului ferestrei Ug – coeficientul de transfer termic al geamului Ag – suprafaţa geamului Uf – coeficientul de transfer termic al tocului şi cercevelei Af – suprafaţa tocului şi cercevelei lg – perimetrul geamului ψg – coeficient liniar de transfer termic, doar pentru cazul geamurilor termoizolante (cuantifică influenţa distanţierilor metalici de pe conturul geamului termoizolant)

13


1.3.5 Difuzia vaporilor prin elementele de construcţie Calculele pentru determinarea difuziei vaporilor prin elementele de construcţie se fac în scopul depistării problemelor create de condens: scăderea nivelului de confort prin apariţia condensului superficial sau în grosimea elementului de construcţie, reducerea proprietăţilor termoizolatoare ale materialelor poroase afectate de condens şi în ultimă instanţă deteriorarea materialelor componente ale elementelor de construcţie datorită apei rezultate din condens. Determinarea comportării elementelor de construcţie la difuzia vaporilor se face în mai multe etape: 1. Se calculează temperaturile în grosimea elementului de construcţie şi pe baza acestora

se determină presiunile de saturaţie ale vaporilor corespunzătoare Temperaturile în diferite planuri ale elementului de construcţie se determină cf. paragrafului 1.3.3. Relaţia între temperatură şi presiunea de saturaţie corespunzătoare este directă, dar nu proporţională. Valorile presiunilor de saturaţie se găsesc în tabele (documentare, tab. 10). Pentru o precizie mai mare, datorită faptului că variaţia presiunilor de saturaţie cu temperatura nu se face liniar, se recomandă divizarea straturilor mai groase de 12,5 cm în straturi mai subţiri.

2. Se calculează rezistenţele la permeabilitate la vapori, Rv, pentru fiecare strat din alcătuirea elementului de construcţie Rezistenţa la permeabilitate la vapori Rv pentru un element de construcţie dintr-un singur strat sau pentru un strat al unui element alcătuit din mai multe straturi se calculează cu formula:

MdR Dv ⋅⋅= µ [m/s]

unde d – grosimea stratului [m] µD – factorul permeabilităţii la vapori [-] M – coeficient de permeabilitate a aerului [s–1], M = 54×108 s–1

Rezistenţa la permeabilitate la vapori Rv pentru un element de construcţie alcătuit din n straturi se calculează cu formula:

∑=

⋅⋅=+++=n

1jDjvvvv MdR...RRR

jn21µ [m/s]

Trebuie subliniat că aerul nu are rezistenţă la permeabilitate la vapori, spre deosebire de situaţia calculului rezistenţelor termice.

3. Se determină presiunile parţiale ale vaporilor în grosimea elementului de construcţie Determinarea se poate face analitic sau grafic. Pentru determinarea analitică a presiunii parţiale a vaporilor în planul j al unui element de construcţie se foloseşte formula:

j,vv

vvij,v R

Rppp ∆

−= [Pa]

unde pvi – presiunea parţială a vaporilor la interior [Pa] ∆pv – diferenţa între presiunea parţială a vaporilor la interior şi presiunea parţială a

vaporilor la exterior, ∆pv = pvi – pve

Rv – rezistenţa la permeabilitate la vapori a întregului element de construcţie

Rv,j – suma rezistenţelor la permeabilitate la vapori a tuturor straturilor dintre interior şi stratul j

14


Presiunea parţială a vaporilor la interior şi la exterior este o fracţiune din presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii, dată de valoarea umidităţii relative:

100pp i

siviϕ

⋅= , 100

pp eseve

ϕ⋅=

Pentru determinarea grafică a presiunii parţiale a vaporilor în grosimea unui element de construcţie se reprezintă grafic pe orizontală rezistenţele la permeabilitate la vapori ale fiecărui strat, iar pe verticală presiunea vaporilor la interior şi presiunea vaporilor la exterior. Variaţia presiunilor în interiorul elementului de construcţie este liniară, iar la intersecţia cu verticalele corespunzătoare fiecărui strat se pot determina presiunile parţiale în planul stratului respectiv. În figura următoare se dă reprezentarea variaţiei presiunilor de saturaţie şi a presiunilor parţiale ale vaporilor pentru un perete compus din tencuială interioară (2 cm), beton armat (15 cm), zidărie b.c.a. (25 cm) şi tencuială exterioară (3 cm). Pentru precizia calculului straturile mai groase au fost împărţite în substraturi de câte 5 cm grosime.

TEN

CU

IALA

INT.

BETON ARMAT ZIDARIE BCA

TEN

CU

IALA

EXT

.

165206321

489

716

1016

14131508159917061795

2340

9.18 57.51 57.51 57.51 11.8811.88

11.8811.88

11.8811.5

1404

165140

Rv ⋅108

ps, pv[Pa]

ps, pv[Pa]

d [cm]

140165

1404

325152

2340

17951706159915081413

1016

716

489

321206165

TEN

CU

IALA

EXT

.

ZIDARIE BCABETON ARMAT

TEN

CU

IALA

INT.

4. Presiunile de saturaţie şi cele parţiale ale vaporilor se reprezintă grafic, luând pe

orizontală grosimea straturilor elementului de construcţie studiat 5. Dacă valorile presiunilor de saturaţie sunt pe tot domeniul reprezentat mai mari decât

valorile presiunilor parţiale ale vaporilor nu va exista condens în grosimea elementului de construcţie studiat şi aceasta este situaţia ideală

6. Dacă există puncte sau intervale în care presiunea parţială a vaporilor depăşeşte presiunea de saturaţie atunci în grosimea elementului de construcţie va apărea o suprafaţă sau o zonă de condens, iar determinarea trebuie continuată, pentru a verifica îndeplinirea condiţiilor tehnice necesare.

Pentru satisfacerea cerinţelor de igienă şi confort, precum şi pentru conservarea performanţelor elementelor de închidere, este necesar ca elementele de construcţii să îndeplinească urmăroarele condiţii tehnice şi niveluri de performanţă:

a. Creşterea umidităţii relative masice a materialelor componente ale elementului de închidere ca urmare a condensării vaporilor de apă să nu depăşească valoarea maximă admisă:

∆W < ∆Wadm ∆W, creşterea umidităţii relative masice, se calculează după o procedură mai complexă, care nu face obiectul studiului în acest curs ∆Wadmisibil se găseşte în tabele, pentru materialele uzuale de construcţie

b. Evitarea acumulării progresive de apă în interiorul elementului de construcţie, de la un an la altul, datorită fenomenului de condens:

15


mw < mv mw, cantitatea de vapori de apă ce poate condensa în elementul de construcţie în perioada rece a anului şi mv, cantitatea de apă care se poate evapora în perioada caldă, se calculează după o procedură mai complexă, care este expusă pe larg în normativul specific, C107/6-01.

În cazul în care nu sunt îndeplinite condiţiile de mai sus sunt necesare măsuri de îmbunătăţire a alcătuirii elementului de construcţie din punct de vedere higrotermic: - alegerea unor materiale mai eficiente din punct de vedere al difuziei vaporilor - modificarea ordinii straturilor, dacă au fost prevăzute straturi din materiale puternic

termoizolante şi permeabile la vapori spre interior - introducerea unei bariere contra vaporilor, pe faţa caldă a termoizolaţiei

16

HIGROTERMICA 1.4 Punţi termice

1.4 PUNŢI TERMICE Puntea termică reprezintă o zonă a anvelopei unei clădiri în care fluxul termic este modificat semnificativ prin:

• penetrarea parţială sau totală a elementelor de construcţie perimetrale cu materiale având o conductivitate termică mai mare

• micşorarea grosimii elementului de construcţie • o diferenţă între ariile suprafeţelor interioare şi cele exterioare (aşa cum se întâmplă

la colţuri între pereţi sau la colţuri pereţi / planşee)

1.4.1 Clasificare Punţile termice se pot clasifica după lungime şi după alcătuire. Din punct de vedere al lungimii, deosebim:

• punţi termice liniare • punţi termice punctuale

zidăriecărămidă

zidăriecărămidă

agrafe metalice

punte termică punctuală

termoizolaţie

zidăriecărămidăpunte

termică punctuală

punte termică liniară

Punţi termice liniare şi punctuale Punţile termice punctuale pot fi independente (agrafe sau ploturi de legătură) sau pot proveni din intersecţia a două punţi termice liniare. În general, efectul punţilor termice punctuale rezultate din intersecţia punţilor liniare se neglijează în calcule. Din punct de vedere al alcătuirii lor, puncţile termice pot fi:

• punţi termice geometrice, rezultate ca urmare a unor forme geometrice specifice (colţuri, schimbări ale grosimilor etc.)

• punţi termice constructive, realizate prin incluziuni locale din materiale cu conductivitate termică mai mare

• punţi termice mixte, combinaţii ale celor de mai sus Punţile termice constructive pot fi cu incluziuni parţiale sau totale (străpunse).

17


Tsi = 12,5°C

Tsi = 17,6°C

Tsi = 14,0°C

Tsi = 17,6°C

Punte termică de colţ Punte termică la tâmplărie Exemple de punţi termice geometrice, cu reprezentarea curbelor izoterme (din 2 în 2 °C)

BCA Tsi = 16,9°C

Tsi = 12,8°C

beton armat Tsi = 9,7°C

zidărie Tsi = 17,6°C

Punte termică constructivă Punte termică mixtă Exemple de punţi termice constructive şi mixte, cu reprezentarea curbelor izoterme (din 2 în 2 °C)

Efectul punţilor termice, în comparaţie cu elementele de construcţie fără punţi termice, este modificarea cuantumului fluxului termic, modificarea alurii curbelor izoterme şi scăderea temperaturii superficiale interioare.

1.4.2 Calcul În calcule, influenţa punţilor termice se face simţită prin reducerea rezistenţei termice specifice a alcătuirii, calculată iniţial pentru câmpul curent. Rezistenţa termică specifică corectată R' se calculează astfel:

R' = r ⋅ R [m2K/W] unde

( )AlR

1

1r][∑ ∑+⋅⋅

+=

χψ

18


Ψ coeficientul specific liniar de transfer termic, l lungimea punţii termice liniare [m] χ coeficientul specific punctual de transfer termic A aria elementului de construcţie (perete, planşeu etc.) pentru care se

calculează rezistenţa termică corectată Coeficienţii Ψ şi χ pentru cazurile uzuale se găsesc în tabele, iar pentru cazuri speciale se determină printr-un calcul automat al câmpurilor de temperaturi. Pentru calcule preliminare, se poate estima global scăderea rezistenţei termice calculată în câmp curent datorită prezenţei punţilor termice cu valorile din tabelul următor:

Element de construcţie Reducere a

rezistenţei termice în câmp curent

pereţi exteriori 20…45% terase, planşee sub poduri 15…25% planşee peste subsoluri, sub bowindouri 25…35% rosturi 10…20% Se reaminteşte că toate valorile minime necesare pentru rezistenţele termice ale elementelor de construcţie sunt corectate, adică sunt valorile obţinute după scăderea efectului punţilor termice.

1.4.3 Exemplu: Cazul unui perete din blocuri ceramice Porotherm, conform schiţei de mai jos.

38

1.37 5 1.501.20

1.37 5 25

4.25

Conform metodologiei de calcul prezentate anterior (cap. 1.3), rezistenţa termică a peretelui (inclusiv tencuielile interioare şi exterioare) este R = 1,88 m2K/W. Înălţimea liberă a încăperii (necesară pentru calculul suprafeţei peretelui): 2,70m. Pentru a calcula rezistenţa corectată introducem influenţa punţilor termice:

• intersecţie de pereţi cu sâmbure de beton armat Ψ = 0,05 W/mK; l = 2,7m Ψ⋅l = 0,135

• intersecţie de perete cu centură de beton armat (la partea superioară) Ψ = 0,13 W/mK; l = 4,25m Ψ⋅l = 0,553

• intersecţie de perete cu centură de beton armat (la partea inferioară) Ψ = 0,03 W/mK; l = 4,25m Ψ⋅l = 0,128

• tâmplărie dublă (laturile verticale) Ψ = 0,11 W/mK; l = 1,2m Ψ⋅l = 0,132

• tâmplărie dublă – solbanc Ψ = 0,06 W/mK; l = 1,5m Ψ⋅l = 0,09

• tâmplărie dublă – buiandrug Ψ = 0,14 W/mK; l = 1,5m Ψ⋅l = 0,21

19


A = 4,25 × 2,7 = 11,475 m2

r =

475.1121.009.02132.0128.0553.02135.088.11

1)( ++×+++××

+= 0,801

R' = Rr = 1,88 × 0,801 = 1,51 m2K/W

Reprezentarea izotermelor prin tonuri de culoare

Se observă astfel că existenţa unor punţi termice inevitabile în alcătuirea unui perete de zidărie obişnuit duce la scăderea rezistenţei termice globale a acestuia la doar 80% din valoarea calculată în câmp curent.

1.4.4 Corectarea efectelor punţilor termice Efectul negativ principal al punţilor termice este de obicei pericolul apariţiei condensului pe suprafeţele interioare. Reducerea nivelului de confort datorată scăderii temperaturii superficiale este în general doar un efect secundar, datorită suprafeţei mici a punţilor termice în raport cu suprafaţa totală a elementului de închidere. Bineînţeles, cea mai bună soluţie ar fi o rezolvare constructivă care să evite apariţia punţii termice. Cum aceasta este de obicei imposibil (punţile termice geometrice de exemplu sunt foarte greu de evitat), căutăm în continuare câteva soluţii. Anumite punţi termice nu pot fi corectate (de exemplu agrafele metalice de legătură între două straturi de zidărie) decât eventual printr-un efort exagerat de mare în raport cu beneficiile obţinute. În acest caz, le acceptăm, considerându-le un rău necesar, dar existenţa lor ne obligă la mărirea rezistenţei termice a alcătuirii respective în câmp curent. În cazul zonelor opace ale anvelopei, de cele mai multe ori, limitarea efectelor negative ale punţilor termice se poate face prin interpunerea unui strat cu conductivitate termică foarte mică între elementul care creează puntea termică şi exterior. Exemple:

Sâmbure de beton armat Îmbunătăţire a comportării alcătuirii prin la colţul zidăriei (punte termică mixtă) introducerea unui strat de 6 cm de vată minerală

20


În cazul tâmplăriilor, cea mai bună soluţie din punct de vedere al reducerii efectului punţii termice ar fi amplasarea la faţa interioară a peretelui. În orice caz, amplasarea la faţa exterioară este cea mai defavorabilă şi trebuie evitată. Ti = 20°C

9,5°C

12,5°C

14,5°C

Te = –15°C De asemenea, trebuie evitată utilizarea profilelor metalice de tâmplărie fără rupere de punte termică.

21

HIGROTERMICA 1.5 Coeficientul global G

1.5 COEFICIENTUL GLOBAL DE IZOLARE TERMICĂ G Coeficientul global de izolare termică G exprimă pierderile totale de căldură ale unei clădiri de locuit (individuală sau colectivă, hoteluri, moteluri, cămine şi internate etc.). Coeficientul global G are în vedere: o pierderile de căldură prin transfer termic aferente tuturor suprafeţelor care delimitează

volumul încălzit al clădirii, o pierderile de căldură aferente unor condiţii normale de reîmprospătare a aerului interior, o pierderile de căldură suplimentare datorate infiltrării în exces a aerului exterior prin

neetanşeităţile şi rosturile tâmplăriei. Practic, în calculul coeficientului global intervin nu numai alcătuirile care delimitează spaţiul încălzit de exterior sau de spaţii neîncălzite, ci şi ponderea acestora, deoarece valorile minime necesare ale rezistenţelor termice pentru diferite elemente de construcţie se pot dovedi insuficiente pe ansamblul clădirii, dacă există o pondere mare (ca suprafaţă) a unor elemente vitrate, de exemplu. În plus, este luat în calcul raportul între volumul încălzit şi aria anvelopei. Coeficientul global de izolare termică, G, se calculează cu formula:

n34,0V

'RA

G +⋅

=∑ τ

unde A – aria fiecărui element de construcţie cu alcătuire distinctă [m2] R’ – rezistenţa termică corectată (ţinând cont de influenţa punţilor termice) a

elementului de construcţie cu aria A [m2K/W] τ – factor de corecţie al temperaturii exterioare V – volumul încălzit al clădirii [m3] n – numărul de schimburi de aer pe oră [h–1]

Ariile elementelor de construcţie se calculează astfel: - la pereţi: pe orizontală – pe baza dimensiunilor interioare ale pereţilor interiori; pe

verticală – între faţa superioară a pardoselii primului nivel încălzit şi tavanul ultimului nivel încălzit

- la tâmplării: pe baza dimensiunilor golului nominal în pereţi - la plăci: pe baza conturului interior al pereţilor ce alcătuiesc anvelopa - ariile elementelor înclinate se determină precis, luând în calcul înclinarea. Elementele de compartimentare (pereţi şi planşee) care separă spaţii încălzite nu se iau în considerare în calculul ariilor şi volumului. Rezistenţa termică a elementelor anvelopei se determină conform cap. 1.3.3, introducând şi corecţiile necesare pentru punţile termice (în calculele preliminare este posibilă introducerea corecţiilor globale estimative date în tabelul de la cap. 1.4.2. Factorul de corecţie al temperaturii exterioare, τ, introduce corecţiile necesare dacă anvelopa separă spaţiile încălzite ale clădirii de spaţii cu temperatura mai ridicată decât cea exterioară de calcul, de exemplu în cazul podurilor, sau subsolurilor neîncălzite. Valoarea τ se calculează în funcţie de temperatura interioară, temperatura exterioară şi temperatura spaţiului neîncălzit. Pentru calcule preliminare valorile τ se pot lua dintr-un tabel (Documentare, Tab. 5). Pentru toate componentele anvelopantei care separă clădirea de spaţiul exterior, valoarea τ este egală cu 1.

22

HIGROTERMICA 1.5 Coeficientul global G

Volumul încălzit al clădirii se determină la limita interioară a elementelor anvelopei, incluzând elementele de compartimentare interioară. Nu se includ în volumul clădirii încăperile cu temperaturi mult mai mici decât restul clădirii (de ex. camerele de pubele) şi nici verandele, balcoanele sau loggiile, chiar dacă sunt închise cu tâmplărie exterioară (influenţa acestora se cuantifică prin factorul de corecţie τ ). În desenele următoare este exemplificat printr-o linie groasă conturul pe care se calculează ariile şi volumul în plan şi secţiune.

Viteza de ventilare a clădirii, exprimată prin numărul de schimburi de aer pe oră, se ia de asemenea dintr-un tabel (Documentare, Tab.6), în funcţie de categoria clădirii (individuală sau colectivă), clasa de adăpostire a clădirii (eventuale clădiri sau obstacole în vecinătatea clădirii care să micşoreze viteza vântului) şi clasa de etanşeitate a tâmplăriei. Numărul minim de schimburi de aer pe oră, pentru reîmprospătarea aerului interior din motive igienice este de 0,5. Aceste schimburi normale de aer trebuie să se realizeze prin: neetanşeităţi inerente ale tâmplăriei, deschiderea ferestrelor şi uşilor exterioare, sisteme speciale de ventilare naturală în tâmplărie. Coeficientul global G nu ne spune mare lucru, privit ca atare. El trebuie comparat cu o valoare maximă admisă, numită coeficient global normat, GN. Coeficientul global normat de izolare termică este stabilit în funcţie de: - numărul de niveluri al clădirii (N) - raportul între aria anvelopei şi volumul încălzit al clădirii (A/V) Valorile GN se găsesc în tabele (Documentare, Tab.7), iar pentru situaţiile care nu se găsesc în tabele, se interpolează liniar între valorile cele mai apropiate. Condiţia pentru ca izolarea termică globală a unei clădiri să fie corespunzătoare este:

G ≤ GN În cazul în care această condiţie nu este îndeplinită, trebuie intervenit asupra elementelor care determină valoarea coeficienţilor G şi/sau GN: - creşterea rezistenţei termice a elementelor pline ale anvelopei - îmbunătăţirea rezistenţei termice a ferestrelor (prevederea unor geamuri termoizolante sau

mărirea de la 2 la 3 straturi a acestora, tratarea low-e, umplere cu gaze inerte etc.) - îmbunătăţirea raportului A/V, prin realizarea unui plan mai compact, cu mai puţine retrageri

sau ieşinduri - reducerea gradului de vitrare al faţadelor - creşterea gradului de etanşare a tâmplăriei, prin prevederea garniturilor de etanşare.

23

HIGROTERMICA 1.6 Regim termic nestaţionar

1.6 REGIM TERMIC NESTAŢIONAR Regimul termic nestaţionar este o ipoteză de calcul higrotermic, mai apropiată de situaţia reală, în care se ia în considerare o variaţie uniformă a temperaturii exterioare, corespunzătoare ciclului zi-noapte. În aceste condiţii se constată: - o variaţie ciclică a temperaturii în elementul de construcţie, datorată variaţiei ciclice a

temperaturii exterioare - amplitudinea variaţiilor de temperatură este din ce în ce mai mică în grosimea

elementului de construcţie - ciclul variaţiei temperaturii în grosimea elementului de construcţie se păstrează (24 ore)

dar este din ce în ce mai întârziat în grosimea elementului Stabilitate termică: capacitatea clădirii, a încăperilor acesteia sau a elementelor de închidere de a se opune variaţiilor de temperatură, micşorând amplitudinea acestora şi realizând o defazare în timp, precum şi capacitatea de a acumula sau ceda căldură. Coeficient de asimilare termică a materialului (s): cantitatea de căldură acumulată de un material într-un ciclu de variaţie a temperaturii [W/m2K] Coeficienţii de asimilare termică sunt caracteristici unui material (la fel ca şi λ sau µD) şi se găsesc în aceleaşi tabele ca şi aceştia. Indice al inerţiei termice (D): produsul dintre rezistenţa la permeabilitate termică (R) şi coeficientul de asimilare termică al materialului (s)

D = R · s Din punt de vedere al exigenţelor de stabilitate termică, clădirile se pot clasifica în trei grupe: - grupa „a” – clădiri pentru ocrotirea sănătăţii (spitale, policlinici, dispensare, sanatorii) şi

hoteluri de 4 şi 5 stele - grupa „b” – clădiri de locuit; hoteluri de 3 stele şi mai puţin; cămine, internate; şcoli,

grădiniţe, licee; clădiri administrative şi de birouri; săli de audiţie publică; biblioteci, muzee, expoziţii; cluburi, teatre, cinematografe; magazine; restaurante, cantine, baruri; săli de aşteptare în gări, autogări, porturi, aeroporturi; săli de gimnastică şi sport

- grupa „c” – clădiri cu ocupare temporară (case de vacanţă, clădiri sociale ale societăţilor comerciale), clădiri cu caracter provizoriu

Pentru clădirile din grupa „a” este obligatoriu calculul la stabilitate termică şi încadrarea în nivelurile de performanţă specifice. Pentru clădirile din grupa „b” care îndeplinesc simultan toate condiţiile următoare, ca şi pentru clădirile din grupa „c” nu este necesar calculul la stabilitate termică: - rezistenţe termice corectate mai mari decât limitele minime necesare - masa specifică a zonei opace, în câmp curent, a peretelui exterior ≥ 100 kg/m2 - masa specifică a planşeului de terasă ≥ 300 kg/m2 - masa specifică a planşeelor intermediare ≥ 200 kg/m2 - gradul de vitrare al închiderilor exterioare

350,AA

Av

fp

f ≤+

=

unde

24


Af – aria vitrată Ap – aria totală a peretelui (parte opacă şi parte vitrată)

- indicele inerţiei termice, D, depăşeşte valorile de mai jos: • pentru zona opacă a peretelui exterior D ≥ 3 • pentru planşeul terasă D ≥ 3,5 • pentru planşeul de pod D ≥ 2,5

Pentru clădirile din grupa „b” care nu îndeplinesc oricare din condiţiile de mai sus este obligatorie verificarea stabilităţii termice a încăperilor. Calculul complet la stabilitate termică, chiar şi folosind metode operative, este laborios şi nu este la îndemâna arhitectului. Informaţii detaliate despre nivelurile de performanţă şi metodele de calcul se găsesc în normativul specific.

25


26

Documents

1 Higrotermica