Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor

Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor

1

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII

BUCUREŞTI Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor

TEZĂ DE DOCTORAT


Doctorand Ing.Anca Maria IONESCU

Conducător ştiinţific Prof.univ.dr.ing. Iolanda COLDA

BUCUREŞTI 2011


2

Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul „Burse doctorale pentru ingineria mediului construit”, cod POSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB, proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naţional şi cofinanţat de către UTCB.


3

MULŢUMIRI Doresc, în primul rând, să adresez întreaga mea recunoştinţă şi consideraţie

conducătorului meu ştiinţific, Prof. Univ. Dr. Ing. Iolanda COLDA, care m-a îndrumat cu

profesionalism şi tact pedagogic pe durata pregătirii doctorale şi care m-a susţinut în momentele

grele. Îi mulţumesc pentru încrederea, sprijinul şi atenta îndrumare pe care mi le-a oferit în toţi

aceşti ani.

Le mulţumesc distinşilor profesori membri ai comisiei de doctorat: domnului Prof. Univ.

Dr. Ing. Șerban LAZĂR – preşedinte – Decan, Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti,

doamnei Prof. Univ. Dr. Ing. Iolanda COLDA – conducător ştiinţific – membru – Universitatea

Tehnică de Construcţii Bucureşti, domnului Conf. Univ. Dr. Ing. Vasilică CIOCAN – referent –

membru – Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi, doamnei Conf. Univ. Dr. Ing.

Marina VERDEŞ – referent – membru – Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi,

domnului Conf. Univ. Dr. Ing. Andrei DAMIAN – referent – membru – Universitatea Tehnică

de Construcţii Bucureşti, pentru faptul că au acceptat să facă parte din comisia de doctorat şi

pentru sugestiile constructive făcute în urma analizării tezei mele, care au ajutat la îmbunătăţirea

conţinutului tezei.

De asemenea doresc să mulţumesc doamnei Şef de Lucrări Dr. Ing. Andreea VARTIRES

pentru îndrumarea şi sprijinul acordat în realizarea tezei.

Mulţumesc tuturor profesorilor mei şi Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti care

au contribuit la formarea mea profesională şi ştiinţifică.

Mulţumesc din inimă familiei şi tuturor celor apropiaţi care m-au sprijinit şi m-au

încurajat pe întreaga perioadă de desfăşurare a doctoratului.

Anca Maria IONESCU


4

CUPRINS

Capitolul 1 : PROBLEMATICA GENERALĂ REFERITOARE LA CONSUMUL DE

ENERGIE DIN CLĂDIRI

I.1. Cadrul legislativ

I.2. Obiectivul lucrării

I.3. Descrierea clădirii şi a elementelor de anvelopă

I.4. Condiţiile de confort şi calitatea aerului

I.5. Necesarul de energie la nivelul clădirii

I.5.1. Transferul de căldură

I.5.2. Aporturile interioare de caldura

I.6. Consumul de energie în clădiri

I.7. Datele climatice

I.8. Sistemul de răcire

Capitolul 2 : CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA

CLĂDIRILOR PRIN CALCUL LUNAR

II.1. Descrierea generală a metodei de calcul

II.1.1. Transferul de căldură

II.1.2. Aporturile interioare de căldură

II.1.3. Perioada de racire

II.1.4. Situaţia răcirii intermitente

II.2. Ipoteze de calcul

II.2.1. Ipoteze legate de clădire

II.2.2. Programul de funcţionare

II.3. Studii de caz

II.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura

interioară de calcul

II.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară

II.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi

II.3.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură variabilă

II.4. Comparaţie între cazuri şi concluzii


5


CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE SIMPLIFICATE

III.1. Metoda orară bazată pe analogia termo-electrică

III.1.1 Rezolvarea ecuaţiei căldurii prin metoda diferenţelor finite. Aplicarea

analogiei electrice pentru un perete omogen.

III.1.2. Comentarii privind metoda de calcul analogic

III.2. Programul CoDyBa

III.2.1. Descrierea generală a programului de simulare

III.2.2. Aplicarea analogiei electrice pentru programul CoDyBa

III.2.3. Introducerea datelor de intrare în program

III.3. Studii de caz

III.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura


III.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară

III.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi

III.4. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar


CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE AVANSATE

IV.1. Programul Trnsys

IV.1.1. Descrierea generală a programului de simulare

IV.1.2. Avantajele programului

IV.1.3. Introducerea datelor de intrare în program

IV.2. Studii de caz

IV.2.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura


IV.2.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară

IV.2.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi

IV.2.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură variabilă

IV.3. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar

Capitolul 5: CONCLUZII,CONTRIBUŢII PERSONALE,DIRECŢII DE CERCETARE BIBLIOGRAFIE


6

Capitolul 1

PROBLEMATICA GENERALĂ REFERITOARE LA CONSUMUL

DE ENERGIE DIN CLĂDIRI

I.1. Cadrul legislativ

În contextul schimbărilor pe plan climatic şi diminuării rezervelor de combustibili fosili,

scăderea consumului de energie a devenit un obiectiv important al ţărilor din Uniunea

Europeană, printre care şi România. Pentru a îndeplini acest obiectiv s-au elaborat o serie de

măsuri legislative care au drept ţintă limitarea consumului de energie.

Clădirile sunt responsabile pentru 40% din totalul consumului de energie în Uniunea

Europeană. Sectorul construcţiilor se află în expansiune, ceea ce va duce la creşterea consumului

de energie. Prin urmare, reducerea consumului de energie şi utilizarea energiei din surse

regenerabile în sectorul clădirilor constituie măsuri importante necesare pentru reducerea

dependenţei energetice a Uniunii şi a emisiilor de gaze cu efect de seră. [34]

Pe plan european

Cuantificarea consumului de energie are o importanţă majoră deoarece, până la 31

decembrie 2020, toate clădirile noi construite în UE vor trebui să producă aceeaşi cantitate de

energie pe care o consumă, adică vor fi clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu

zero, conform legislatiei adoptate de Parlamentul European. [34] Intervalul pe care sa face

calculul va fi de un an.

În Carta Verde (COM 769) din 29 noiembrie 2000, „Pentru o Strategie Europeană în

Aprovizonarea cu Energie”, Comisia UE a stabilit trei aspecte legate de necesitatea promovării

economisirii de energie:

- securitatea aprovizionării cu energie, dacă nu se iau măsuri, dependenţa de import va atinge

70% în 2030, faţă de 50% în prezent,

- problemele de mediu sunt din ce în ce mai accentuate, iar 94% din producţia de emisii de

gaze are loc în procesele de producere şi utilizare a energiei,

- UE are o influenţă limitată asupra condiţiilor de aprovizionare cu energie.


7

De aceea este necesar să se intervină pe partea necesarului de energie (DSM – Demand Side

Management) prin promovarea economiilor de energie în sectoarele clădirilor şi

transporturilor.[72]

Sectoarele clădirilor rezidenţiale şi terţiare (birouri, spaţii comerciale, hoteluri,

restaurante, şcoli, spitale, săli de sport, piscine interioare) sunt cele mai mari consumatoare finale

de energie, în special, pentru încălzire, iluminat, aparatură electrocasnică şi echipamente.

Numeroase studii precum şi experienţa practică au arătat că în aceste sectoare există un mare

potenţial de economisire de energie.

În Carta Verde (COM 769) din 29 noiembrie 2000, Comisia reafirmă un obiectiv mai

vechi: în fiecare an, să se imbunătăţească intensitatea energetică a consumului final cu 1% mai

mult decât ar fi fost atins în mod normal. Ţinta stabilită este de 9% reducere în consumul final de

energie măsurat în cel de-al 9-lea an de aplicare a acestei directive. Pentru sectorul clădirilor,

acest obiectiv ar rezulta în evitarea a 100 Mt/an emisii de CO2 sau aproximativ 20% din

angajamentul UE la Kyoto. [72]

Constanând că promovarea programelor pentru tehnologii noi nu a fost foarte eficientă şi

că există diferenţe considerabile între nivelurile de performanţă energetică cerute de standardele

actuale ale statelor membre, Parlamentul European şi Consiliul UE au adoptat în decembrie 2002

Directiva 2002/91/EC asupra „Performanţei Energetice a Clădirilor”. Obiectivul principal al

acestei Directive este de a promova îmbunataţirea performanţei energetice a clădirilor în cadrul

UE, sub rezerva unei abordări integrate astfel încât numai măsurile eficiente din punct de vedere

economic să fie implementate. Dată fiind durata de viaţă a clădirilor (între 50 şi 100 ani), cel mai

mare potenţial de imbunătăţire a performanţei energetice pe termen scurt şi mediu se află la

clădirile existente. Directiva îşi propune să stabilească un cadru care va conduce la o mai bună

coordonare între legislaţiile statelor membre în acest domeniu. Directiva are în vedere

următoarele patru obiective: [33]

- stabilirea unui cadru general pentru o metodologie comună de calcul a performanţei

energetice integrate a clădirilor

- aplicarea unor standarde minime de performanţă energetică pentru clădirile noi si

anumite clădiri existente (de exemplu, mai mari de 1000 mp), atunci când acestea sunt

renovate

- schemele de certificare pentru clădirile noi sau existente pe baza standardelor de mai sus

şi expunerea publică a certificatelor de performanţă energetică precum si a temperaturilor


8

interioare recomandate şi a altor factori climatici relevanţi in clădirile publice şi clădirile

frecventate de către public. Certificatele trebuie să nu fie mai vechi de 5 ani, sa includă

recomandări privind imbunătăţirea performanţei energetice şi să fie disponibile atunci

când clădirile sunt vândute sau inchiriate

- inspecţii specifice şi revizia cazanelor şi a instalaţiilor de incălzire/răcire: cazanele având

o putere nominală intre 10 şi 100 kW trebuie inspectate regulat, cazanele având o putere

nominală de peste 100 kW trebuie inspectate la interval de 2 ani, inspectarea intregii

instalaţii de incălzire în cazul în care cazanele sunt mai mari de 10 kW şi mai vechi de 15

ani.

Această Directivă a fost completată ulterior prin Directiva 2010/31/EC a Parlamentul

European şi Consiliul UE privind performanţa energetică a clădirilor, adoptată la Strasbourg la

19 mai 2010. Începând cu 1 februarie 2012, Directiva 31/2010 va înlocui Directiva 91/2002,

aceasta din urmă urmând a fi abrogată. Noua Directivă a apărut datorită necesităţii stabilirii unor

acţiuni mai concrete, care să vizeze exploatarea marelui potenţial, încă nevalorificat, al

economisirii de energie în sectorul clădirilor şi reducerea marilor decalaje între statele membre în

ceea ce priveşte rezultatele obţinute în acest sector.

Obiectivele Directivei 31 rămân aceleaşi ca şi în cazul Directivei 91, mai sus menţionate.

La acestea se adugă obligativitatea statelor membre de a elabora planuri naţionale pentru

creşterea numărului de clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero. Acest

obiectiv vine în întâmpinarea legislaţiei Europene conform căreia din 2021 toate clădirile noi

construite vor fi clădiri zero energie iar din 2019 clădirile noi ocupate şi deţinute de autorităţile

publice sunt clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero. Planurile naţionale

trebuie să cuprindă printre altele: [34]

- informaţii privind politicile şi măsurile financiare pentru promovarea clădirilor al căror

consum de energie este aproape egal cu zero,

- măsurile naţionale referitoare la utilizarea energiei din surse regenerabile în clădirile noi

şi în clădirile existente care fac obiectul unor renovări majore

- obiective intermediare privind îmbunătătirea performantei energetice a clădirilor noi,

până în 2015

- stabilirea unui indicator numeric (exprimat în kWh/m2 pe an) utilizat pentru stabilirea

consumului de energie primară, care se poate baza pe valorile medii anuale naţionale sau

regionale şi poate ţine seama de standardele europene relevante


9

Aceste planuri naţionale sunt transmise periodic Comisiei, care le evaluază şi publică un

raport până la 31 decembrie 2012 şi ulterior o dată la trei ani, privind progresele înregistrate de

statele membre privind creşterea numărului de clădiri al căror consum de energie este aproape

egal cu zero. Pe baza acestui raport, Comisia elaborează un plan de acţiune referitor la

transformarea clădirilor existente în clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero.

Directiva 31/2010 introduce nou conceptul de „nivel optim din punct de vedere al

costurilor”. Acesta reprezintă nivelul de performanţă energetică care determină cel mai redus

cost pe durata normată de funcţionare rămasă a unei clădiri sau a unor elemente de clădire.

Pentru a determina nivelul optim din punctul de vedere al costurilor, se face o analiză cost-

beneficiu calculată pe durata normată de funcţionare, care trebuie să fie pozitivă.

Pe plan naţional

Având in vedere atenţia deosebită ce se acordă pe plan european economiei de energie şi

protecţiei mediului precum şi pentru asigurarea condiţiilor de armonizare a reglementărilor

naţionale cu cele europene referitoare la cerinţa de economie de energie, în ultimii ani au fost

elaborate o serie de acte legislative în acest domeniu.

Elaborarea Legii nr. 199/13.11.2000 “Legea eficienţei energetice”, având ca scop crearea

cadrului legal pentru elaborarea şi aplicarea unei politici naţionale de utilizare eficientă a

energiei, în conformitate cu prevederea tratatului Cartei Energiei, ale Protocolului Cartei

Energiei privind eficienţa energetică şi aspectele legate de mediu şi cu principiile care stau la

baza dezvoltării durabile, în cadrul căreia se instituie obligaţii şi stimulente pentru producătorii şi

consumatorii de energie, în vederea utilizării eficiente a acesteia.

Elaborarea Normelor metodologice pentru aplicarea Legii 199/2000 privind utilizarea

eficientă a energiei, aprobate prin Hotărârea Guvernului României nr. 393/ 18.04.2002, in care se

definesc programele de eficienţă energetică, societăţile comerciale de management şi servicii

energetice şi se specifică stimulentele fiscale şi financiare pentru activităţi care duc la creştereea

eficienţei energetice.

Legea 372 din 13.12.2005 privind performanţa energetică a clădirilor (publicată in

Monitorul Oficial nr. 1 Partea I din 19.12.2005). Această lege transpune Directica 2002/91 în

legislaţia românească. Conform legii, s-a instituit obligativitatea evaluarii performanţei

energetice a clădirilor noi şi existente, clădirile noi trebuie să se conformeze unor cerinte minime

privind performanţa energetică. Astfel, performanţa energetică a clădirilor trebuie să fie calculată


10

pe baza unei metodologii comune pentru ţările europene, bazată pe standardele europene CEN

ISO existente deja sau care vor mai fi elaborate in continuare, dar care poate fi diferenţiată la

nivel regional, luându-se insă in consideraţie condiţiile climatice locale şi care, pe lângă izolaţia

termică include şi alţi factori cu un rol din ce in ce mai important, cum ar fi instalaţiile de

incălzire şi de condiţionare a aerului, folosirea surselor de energie regenerabila şi configuraţia

clădirii. Un sistem de certificare a clădirilor va conştientiza mult mai bine proprietarii, chiriaşii şi

utilizatorii aspra nivelurilor de consum de energie. [60]

Pentru realizarea condiţiilor de implementare a prevederilor din actele legislative

prezentate mai sus, pe parcursul mai multor ani au fost elaborate o serie de reglementări noi sau

au fost revizuite cele existente. Această activitate s-a desfăşurat pe două direcţii:

- activitate coordonată de MDLPL (în prezent MDRT), in cadrul căreia au fost elaborate

reglementări tehnice de tip: normativ, ghid, metodologie, specificaţie tehnică, soluţii cadru,

- activitate coordonată de ASRO, in cadrul căreia au fost adoptate standarde europene ca

standarde româneşti.

Printre aceste reglementări tehnice se numără şi Metodologia de evaluare a performanţei

energetice a unei clădiri MC001, reglementată prin OM 157/2007; aceasta transpune în România

prevederile Directivei 2002/91/CE conform Legii nr. 372/2005 privind performanţa energetică a

clădirilor. Normativul menţionat este compus din trei părţi: metodologia de determinare a

caracteristicilor hidro-termo-energetice ale elementelor cae alcătuiesc anvelopa clădirii,

metodologia de analiză a instalaţiilor şi echipamentelor clădirii şi metoda de întocmire a

auditului energetic al clădirii şi a certificatului de performanţă energetică a clădirii.

Ulterior, Ordinul 1071/16.12.2009 modifică şi completează OM 157/2007, adăugând încă

două părţi Metodologiei de calcul, şi anume: partea IV – Breviar de calcul al performanţei

energetice a clădirilor şi apartamentelor, indicativ MC001/4-2009, şi partea V –Model certificat

de peformanţă energetică al apartamentului, indicativ MC001/5-2009. Astfel, metodologia este

structurată la ora actuală pe cinci părţi.

Obiectivele propuse de statele membre UE vor contribui la crearea de condiţii uniforme

pentru eforturile de economisire a energiei făcute în sectorul construcţiilor şi vor oferi

eventualilor proprietari sau utilizatori transparenţă în ceea ce priveşte performanţa energetică pe

piaţa de proprietăţi imobiliare a Comunitaţii Europene. Astfel:


11

- Clădirile noi vor trebui să respecte cerinţele de bază privind performanţa energetică

adaptate climatului local.

- Ţinând seama de faptul că aplicarea sistemelor de alimentare cu energie alternativă nu este,

în general, explorată la maxim, va trebui să se analizeze fezabilitatea tehnică, economică şi de

mediu a sistemelor de alimentare cu energie alternativă.

- În ultimii ani, numărul sistemelor de condiţionare a aerului din ţările din sudul Europei a

crescut. Acest lucru creează probleme importante in perioadele de vârf, crescând costul

electricităţii şi destabilizând echilibrul energetic din acele ţări. Vor trebui dezvoltate în

continuare tehnicile de răcire pasivă pentru a îmbunătăţii condiţiile climatice din locuinţe.

- Controlul consumului de energie la nivelul ţărilor europene este un instrument important

care îi dă Comisiei Europene posibilitatea dea influenţa piaţa mondială a energiei şi siguranţa

alimentării cu energie pe termen lung şi mediu.

Pentru a putea atinge obiectivele propuse, statele membre ale Uniunii Europene s-au

organizat în grupe de lucru cu sarcini precise. Se fac întâlniri periodice în care sunt discutate

rezultatele obţinute, la care România a participat cu regularitate începând din decembrie 2005.

Ca urmare a acestor întâlniri, a fost elaborată Metodologia de calcul al performanţei energetice a

clădirilor MC001.

I.2. Obiectivul lucrării

Obiectivul principal al lucrării îl reprezintă o analiză aprofundată a metodelor de evaluare

a consumului de energie în clădiri.

Lucrarea îşi propune pe de-o parte să analizeze bazele teoretice ale acestor metode, cu

scopul de a aproxima cât mai aproape de realitate necesarul de energie pentru răcirea clădirilor.

În cadrul acestei analize s-au utilizat metode de calcul legiferate ale consumului de energie, şi

anume metoda lunară şi metode orare. Prima metodă este metoda de calcul lunară, metodă

reglementară cuprinsă în Metodologia de calcul naţională MC001, "Metodologia de calcul al

performantei energetice a cladirilor". Cea de-a doua metodă este metoda de calcul orară

simplificată, simulată cu programul CoDyBa. Cea de-a treia metodă este metoda de calcul orară

avansată, simulată cu programul Trnsys.


12

Pe de altă parte, teza de faţă are ca scop să evidenţieze, prin studii de caz, probleme mai

puţin cunoscute şi studiate care influenţează consumul de energie, cum ar fi densitatea de

ocupare a spaţiilor, debitele de aer proaspăt şi stragia de ventilare. Studiile de caz studiate au fost

astfel alese încât să se pună în evidenţă aceste influenţe.

Pentru a evidenţia diferitele aspecte luate în calcul de fiecare dintre metodele de evaluare

a energiei necesare răcirii, s-au variat pe rând anumiţi parametri reprezentativi de intrare, cum ar

fi temperatura de introducere a aerului proaspăt şi numărul de ocupanţi. S-a făcut o comparaţie

între aceste situaţii pentru a putea vedea în ce măsură aceşti parametri influenţează consumul de

energie. Se pot astfel găsi soluţii în cunoştinţă de cauză pentru a reduce aproximările inerente

unei metode cu pas mare de timp. O serie de lucrări au arătat în ce măsură creşte incertitudinea

valorilor obţinute prin metode cu pas de o lună sau de un sezon, dar din punct de vedere practic,

aceste metode sunt cele preferate de aplicanţi datorită simplităţii şi rapidităţii de calcul.

Atât calculul lunar cât şi cel orar s-au făcut pentru climatizarea unei zone dintr-o clădiri

de birouri (clădire monozonă), pentru perioada sezonului de răcire, în condiţiile de asigurare a

temperaturii interioare de confort de 25°C.

Metodele utilizate pentru calculul energiei necesare răcirii clădirii se aplică pentru clădiri

climatizate fără controlul umidităţii interioare.

Necesarul de răcire se calculează pentru întreaga perioada de răcire determinată, în cazul

metodei lunare însumând valorile obţinute pentru fiecare lună. În cazul metodelor orare,

programul CoDyBa şi programul Trnsys însumează valorile obţinute oră de oră, indicând la final

consumul total de energie.

I.3. Descrierea clădirii şi a elementelor de anvelopă

În acest subcapitol sunt definiţi termenii care intră în calculele de la capitolele 2, 3 şi 4, cu

relaţiile lor de calcul şi semnificaţia lor, din punct de vedere teoretic, fără valori numerice.

Anvelopa unei clădiri este alcătuită dintr-o serie de suprafeţe prin care are loc transfer

termic. Definirea geometriei clădirii cu elementele de construcţie componente este esenţială

înaintea începerii unui calcul de consum de energie, atât prin metode clasice cât şi cu programe

de simulare. Elemente componente ale anvelopei clădirii se pot clasifica după cum urmează,

conform [68]:


13

- clasificare în raport cu poziţia în cadrul sistemului clădire:

▪ elemente exterioare în contact direct cu aerul exterior (ex: pereţilor exteriori,

inclusiv suprafaţa adiacentă rosturilor deschise);

▪ elemente interioare care delimiteazǎ spaţiile încǎlzite de spaţii adiacente

neîncǎlzite sau mai puţin încǎlzite (ex: pereţii şi planşeele care separă volumul

clădirii de spaţii adiacente neîncălzite sau mult mai puţin încălzite, precum şi de

spaţiul rosturilor închise);

▪ elemente în contact cu solul;

- clasificare în funcţie de tipul elementelor de construcţie:

▪ opace (ex: partea opacă a pereţilor exteriori, inclusiv suprafaţa adiacentă

rosturilor);

▪ elemente vitrate – elemente al căror factor de transmisie luminoasă este egal sau

mai mare de 0,05 (de exemplu: componentele transparente şi translucide ale

pereţilor exteriori şi acoperişurilor - ferestre, tâmplăria exterioară, pereţii vitraţi

şi luminatoarele);

- clasificare în funcţie de poziţia elementelor de construcţie în cadrul anvelopei clǎdirii:

▪ verticale – elemente de construcţie care fac un unghi cu planul orizontal mai

mare de 60 grade (ex: pereţilor exteriori);

▪ orizontale – elemente de construcţie care fac un unghi cu planul orizontal mai

mic de 60 grade (de exemplu planşeele de peste ultimul nivel, de sub poduri,

planşeele de peste pivniţe şi subsoluri neîncălzite, planşeele care delimitează

clădirea la partea inferioară, faţă de mediul exterior - bowindouri, ganguri de

trecere ş.a).

Aria anvelopei clădirii - A - reprezentând suma tuturor ariilor elementelor de construcţie

perimetrale ale clădirii, prin care are loc transfer termic, se calculează cu relaţia:

A = ΣAj [m2] (1.1)

în care :

Aj ariile elementelor de construcţie care intră în alcătuirea anvelopei clădirii;

Aria anvelopei se calculează doar pentru suprafeţele interioare ale elementelor de

construcţie perimetrale, ignorând existenţa elementelor de construcţie interioare (pereţii interiori

şi planşeele intermediare).


14

Rezistenţă termică unidirecţională (R) se calculează pentru fiecare element de construcţie

(perete exterior, terasă etc), însumând rezistenţele termice aferente fiecărui strat din care este

compus elemetul respectiv.

sej

jsisejsi R)

d(RRRRR

(1.2)

Rsi, Rse - rezistenţă la transfer termic superficial (interior /exterior) [m2.K/W]

Rj – rezistenţa fiecărui strat din care este compus elemetul respectiv [m2.K/W]

d - grosimea fiecărui stratului din elementul de construcţie considerat [m]

-conductivitatea termică a materialului din care e alcătuit stratul respectiv [W/(mK)]

Rezistenţele la transfer termic superficial (Rsi şi Rse) se consideră în calcule în funcţie de

direcţia şi sensul fluxului termic; Rsi =1/hi şi Rse =1/he :

Direcţia şi sensul fluxului termic

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

Elemente de construcţie în contact cu spaţii ventilate neîncălzite: • subsoluri şi pivniţe • poduri • balcoane şi logii închise • rosturi închise • alte încăperi neîncălzite

hi/Rsi he/Rse hi/Rsi he/Rse

0,1258

*)

0,04224

0,1258

0,08412

0,1258

*)

0,04224

0,1258

0,08412

0,1676

*)

0,04224

0,1676

0,08412

*) Pentru condiţii de vară : he = 12 W/(m2K), Rse = 0,084 m2K/W

Tabelul 1.1: Coeficienţi de transfer termic superficial hi şi he [W/(m2K)] şi

rezistenţe termice superficiale Rsi şi Rse [m2K/W]

i e, u

i

e, u

i

e, u


15

Inversul rezistenţei termice reprezintă transmitanţa termică U (coeficientul unidirecţional

de transmisie termică prin suprafaţă) şi se determină cu relaţia :

R1U [W/(m2K)] (1.3)

Din punct de vedere termic, acesta reprezintă fluxul termic în regim staţionar, raportat la

suprafaţa şi la diferenţa de temperatură dintre temperaturile mediilor situate de o parte şi de alta a

unui sistem.

În calculul consumului de energie se foloseşte o rezistenţă termică corectată (R’), care pe

lângă rezistenţa unidirecţională definită mai sus, ia în calcul şi influenţa punţilor termice.

Puntea termică reprezintă porţiune din anvelopa unei clădiri, în care valoarea fluxului

termic este sensibil modificată ca urmare a faptului că izotermele nu sunt paralele cu

suprafeţele elementelor de construcţie. Modificarea fluxului termic se datorează :

- alăturarea de materiale cu o conductivitate termică diferită în anvelopa clădirii şi/sau

- schimbarea în grosimea structurii şi/sau

- diferenţa între suprafeţele interioare şi exterioare, cum există la intersecţiile între perete/

pardoseala/ tavan.

Lungimile punţilor termice liniare (l) se măsoară în funcţie de lungimile lor reale, existente

în cadrul ariilor A; în consecinţă ele sunt delimitate la extremităţi de conturul suprafeţelor

respective.

Punţile termice sunt definite prin doi parametrii: (transmitanţă termică liniară) şi

(transmitanţă termică punctuală). Aceştia sunt termeni de corecţie care introduc influenţa

liniară, respectiv punctuală a unei punţi termice în calculul coeficientului de cuplaj termic L,

necesar pentru calculul transferului de căldură prin transmisie.

Punţile termice liniare care trebuie în mod obligatoriu să fie luate în considerare la

determinarea parametrilor “l” şi “ ” sunt, în principal, următoarele:

intersecţia dintre pereţii exteriori şi planşeul de terasă (în zona aticului sau a cornişei);

intersecţia dintre pereţii exteriori şi planşeul de pod (în zona streşinii);

intersecţia dintre pereţii exteriori şi planşeul peste subsolul neîncălzit (în zona soclului);

intersecţia dintre pereţii exteriori şi placa pe sol (în zona soclului);


16

colţurile verticale (ieşinde şi intrânde) formate la intersecţia dintre doi pereţi exteriori

ortogonali;

punţile termice verticale de la intersecţia pereţilor exteriori cu pereţii interiori structurali (de

ex. stâlpişori din beton armat monolit protejaţi sau neprotejaţi, pereţii din beton armat

adiacenţi logiilor, ş.a);

intersecţia pereţilor exteriori cu planşeele intermediare (în zona centurilor şi a consolelor din

beton armat monolit, ş.a.);

plăcile continue din beton armat care traversează pereţii exteriori la balcoane şi logii;

conturul tâmplăriei exterioare (la buiandrugi, solbancuri şi glafuri verticale).

Transmitanţa termică corectată/coeficientul corectat de transmisie termică prin suprafaţă

U' se calculează cu relaţia generală :

AA

lR1

R1U '

'

[W/(m2K)] (1.4)

în care :

R rezistenţa termică totală, unidirecţională, aferentă ariei A;

l lungimea punţilor liniare de acelaşi fel, din cadrul suprafeţei A.

I.4. Condiţiile de confort şi calitatea aerului

Deşi se urmăreşte calculul necesarului de energie, condiţiile de confort trebuie păstrate,

acestea fiind detaliate în continuare.

Confortul termic este senzaţia de bună stare fizică rezultată din faptul că schimbul de

căldură dintre corpul uman şi mediul înconjurător se realizează fără suprasolicitarea sistemului

termoregulator.

Pentru a se asigura confortului termic al ocupanţilor din încăperi, aerul interior trebuie să

aibă anumite caracteristici, în special temperatură, umiditate, prescrise în funcţie de destinaţia

încăperii. În acelaşi timp trebuie asigurată calitatea aerului interior, aceasta caracterizând

conţinutul de poluanţi din încăpere. Poluanţii nu trebuie să depăşeste concentraţiile sau dozele

admise (asimilate de persoane în perioada de ocupare), asigurând astfel igiena şi sănătatea

persoanelor. Normele româneşti [89] clasifică categoriile de clădiri în clasele din tabelul 1.2.


17

Categorie Descriere

IDA 1 Calitate ridicată a aerului interior IDA 2 Calitate medie a aerului interior

IDA 3 Calitate moderată a aerului interior

IDA 4 Calitate scăzută a aerului interior

Tabelul 1.2: Clasificare de bază a calităţii aerului interior (IDA)

Pentru a menţine calitatea aerului interior într-una dintre aceste patru categorii, este

necesar introducerea de aer proaspăt prin ventilare pentru a dilua concentraţia de poluanţi din

zona considerată. Standardul [89] prevede concentraţiile maxime de dioxid de carbon pentru

fiecare din cele patru clase de calitate a aerului.

Climatizarea are drept scop realizarea unei ambianţe interioare care să răspundă

condiţiilor de confort termic.

Pentru caracterizarea ambianţei interioare se stabilesc patru categorii I – IV [90]:

Categoria

ambianţei Caracteristici şi domeniu de aplicare recomandat

I Nivel ridicat recomandat pentru spaţiile ocupate de persoane foarte sensibile şi fragile, care au exigenţe specifice, ca de exemplu bolnavi, persoane cu handicap, copii mici, persoane în vârstă

II Nivel normal recomandat clădirilor noi sau renovate

III Nivel moderat acceptabil, recomandat în clădiri existente

IV Nivel în afara celor de mai sus; recomandat a fi acceptat pentru perioade limitate de timp

Tabelul 1.3: Categorii de ambianţă interioară

Din punct de vedere al calităţii aerului interior, clasele I – IV corespund claselor IDA1 –

IDA4 definite mai sus.

Confortul termic este determinat de următorii parametri:

- temperatura aerului interior,

- temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor cu care corpul uman schimbă căldură prin radiaţie,


18

- umiditatea relativă a aerului,

- viteza aerului interior,

- izolarea termică a îmbrăcăminţii,

- activitatea ocupanţilor care determină căldura degajată (metabolismul).

Temperatura interioară este parametrul esenţial de care depinde confortul termic. Plajele

de valori acceptabile pentru temperatura interioară de calcul sunt date în tabelul de mai jos,

conform [89], în funcţie de tipul de clădire şi de ceilalţi parametrii care influenţează confortul

termic- îmbracamintea şi activitatea ocupanţilor:

Temperatura de calcul a aerului [oC] Tipul de clădire sau încăpere Categoria Temperatura pentru încălzire; Îmbrăcăminte 1,0 clo

Temperatura pentru răcire*; Îmbrăcăminte 0,5 clo

I 21,0 – 25,0 23,5 – 25,5 II 20,0 -25,0 23,0 – 26,0

Clădiri de locuit (camere de zi, dormitoare) activitate sedentară – 1,2 met III 18,0 – 25,0 22,0 – 27,0

I 18,0 – 25,0 II 16,0 – 25,0

Clădiri de locuit (alte încăperi) stând în picioare, mers – 1,5 met

III 14,0 – 25,0 I 21,0 – 23,0 23,5 – 25,5 II 20,0 – 24,0 23,0 – 26,0

Birouri individuale sau tip peisaj, săli de reuniune, cofetării, cafenele, restaurante, săli de clasă activitate sedentară – 1,2 met

III 19,0 – 25,0 22,0 – 27,0

I 19,0 – 21,0 22,5 – 24,5 II 17,5 – 22,5 21,5 – 25,5

Creşe, grădiniţe stând în picioare, mers – 1,4 met III 16,5 – 23,5 21,0 – 26,0

I 17,5 – 20,5 22,0 – 24,0 II 16,0 – 22,0 21,0 – 25,0

Magazine mari stând în picioare, mers – 1,6 met

III 15,0 – 23,0 20,0 – 26,0 * Pentru răcire, temperatura aerului se va alege din plaja de valori din tabel, astfel încât diferenţa

dintre temperatura exterioară şi cea interioară de calcul să nu depăşească 10oC ; în cazul în care

valorile maxime indicate în tabel sunt mai mici, se aleg valorile din tabel.

Tabelul 1.4: Temperatura interioară de calcul pentru climatizare de confort

Pentru a asigura temperatura dorită, spaţiul respectiv trebuie climatizat. Climatizarea este

procesul prin care în interiorul încăperilor se asigură o temperatură controlată a aerului,

indiferent de procesele termice din interiorul sau din exteriorul clădirii. Climatizarea presupune


19

încălzirea şi răcirea controlată a spaţiilor. Prin climatizare se urmăreşte realizarea confortului

termic al ocupanţilor din încăperi.

Confortul termic depinde şi de umiditatea aerului interior, care poate fi controlată prin

climatizare, dar nu este neapărat necesar. Conform [89], controlul umidităţii se realizează numai

în clădiri în care tipul activităţii necesită acest fapt (exemplu: muzee, laboratoare speciale,

anumite săli din spitale, hale cu diferite procese tehnologice), sau la cererea scrisă a

beneficiarului, deoarece necesită un consum de energie suplimentar. Pentru clădirile care nu

necesită controlul umidităţii, instalaţia de climatizare se dimensionează pentru o umiditate de

50% [89].

Utilizând domeniul tipic de temperatură a aerului pentru o zonă încălzită sau ventilată/

climatizată, adică de la 20 la 27 °C, evaporarea apei de la suprafata a pielii este nesemnificativă

cantitativ, jucând un rol minor în determinarea echilibrului dintre om şi mediul termic. Din acest

motiv, umiditatea relativă poate varia între 30 şi 70% păstrând o stare acceptabilă de confort

termic în condiţiile de temperatură descrise.

Limita inferioară (30%) trebuie respectată pentru a preveni uscarea ochilor, dar, de

asemenea, pentru a împiedica circulaţia de praf şi de alţi poluanţi în aerul de interior. În acest

scop, în clădiri ventilate echipate cu un sistem centralizat de distribuţie şi de tratare a aerului

(CTA) este prevăzut un compartiment pentru umidificarea aerului de afară înainte de a fi

introdus în cameră.

Limita superioară de umiditate (70% sau mai puţin, în funcţie de temperatura din interior)

trebuie să fie respectate pentru a evita trei probleme posibile:

- apariţia condensului pe faţada interioară a elementelor de construcţie exterioare slab izolate

(ferestre, pereţi) în timpul iernii;

- senzaţie de sufocare, care poate apărea la o umiditate relativă prea mare în rapor cu

temperatura din interior (în funcţie de diagrama Molier care defineşte relaţia între

temperatură şi umiditate) ;

- dezvoltarea ciupercilor în aerul de interior şi degradarea materialelor de construcţie.

Viteza aerului într-o încăpere influenţează confortul termic prin pierderile de căldură prin

convecţie între o persoană şi mediul ambient, putând provoca un inconfort termic local datorat

curentului de aer. Viteza medie a aerului este recomandată în tabelul de mai jos ([37], [90]),


20

pentru a asigura limitele confortului termic. Aceasta este dată în funcţie de un indice de curent

DR (draught rate – indicele persoanelor deranjate de senzaţia de curent) cuprins între 10 şi 20%

şi o intensitate a turbulenţei de 40% (pentru un sistem de ventilare tip amestec).

Temperatura locală a aerului Ta (oC)

Domeniu tipic Valoare prin lipsă (DR=15%)

Ta = 20 de la 0,1 la 0,16 v ≤ 0,13 Ta = 21 de la 0,1 la 0,17 v ≤ 0,14 Ta = 22 de la 0,11 la 0,18 v ≤ 0,15 Ta = 24 de la 0,13 la 0,21 v ≤ 0,17 Ta = 26 de la 0,15 la 0,25 v ≤ 0,20

Tabelul 1.5: Valori recomandate pentru viteza aerului din încăperi

Dacă factorii care influenţează confortul termic prezentaţi anterior sunt legaţi de

ambianţă, următorii doi factori sunt legaţi de ocupanţi: activitatea acestora (metabolismul) şi

îmbrăcămintea.

Metabolismul se referă la productia de căldură în interiorul corpului uman care îi permite

acestuia să-şi păstreze temperatură internă în jurul valorii de 36,7 oC. Dacă o persoană este în

miscare, un metabolism de lucru corespunzănd activitaţii sale particulare se adaugă la

metabolismul de bază al corpului în repaus.

Unitatea de masură pentru metabolism este „met” 1 met = 58,2 W/m²

Îmbracamintea reprezintă o rezistentă termică pentru schimburile de caldură între

suprafaţa pielii şi mediu, păstrând căldura la interior.

Unitatea de masură pentru îmbracaminte este „clo” 1 clo = 0,155 m²°C/W.

Parametru Domeniul uzual de încadrare Valori pentru proiectare

Îmbrăcăminte Vara: 0,5 - 0,7 clo Iarna : 0,8 - 1,0 clo

Vara: 0,5 clo Iarna: 1,0 clo

Activitate De la 1,0 până la 1,4 met 1,2 met

Tabelul 1.6: Ipoteze de proiectare pentru îmbrăcăminte şi activitate pentru o clădire de birouri (conform [37])


21

I.5. Necesarul de energie la nivelul clădirii

În vederea evaluării consumului de căldură este necesară o analiză la nivelul clădirii,

pentru a vedea parametrii de care depinde necesarul de răcire, prezentat pe scurt în continuare.

Schimbul de căldură între clădire şi mediul înconjurător se poate realiza transfer prin

transmisie (QT) sau prin ventilare (Qv).

Căldura totală pătrunsă în încăpere (aporturi) provine de la sursele de căldură exterioare

(solare) şi interioare (degajări de căldură de la oameni, iluminat şi aparatură electronică).

Bilanţul de căldură la nivelul clădirii este figurat în diagrama de mai jos:

Fig.1.1.: Diagrama energetică pentru clădire, cazul în care există pierderi de căldură ale

încăperii prin transfer de căldură prin anvelopă şi prin ventilare

Notaţii:

Qsurse – căldura totală pătrunsă în încăpere, provenită de la sursele de căldură, exterioare şi

interioare, în situaţia răcirii încăperilor;

QS – căldura provenită de la soare,

Qint – căldura degajată de sursele interioare;

QT – căldura totală schimbată de clădire cu exteriorul prin transmisie

QV – căldura totală schimbată de clădire cu exteriorul prin ventilare

Q – energia necesară pentru răcirea clădirii;

Qs Qint

Q QT

Qv

CLADIRE

Qsurse


22

În cazul în care aerul este introdus în încăpere cu temperatura interioară de calcul, căldura

pierdută prin ventilare este nulă, iar aerul introdus este tratat separat intr-o centrală de tratare a

aerului (CTA). În acest caz, diagrama energetică este:

Fig.1.2.: Diagrama energetică pentru clădire, cazul în care există numai pierderi de căldură

prin transfer de căldură prin anvelopă

I.5.1. Transferul de căldură

Prin transmisie

a) Transmisia căldurii prin elemente de construcţie opace

Analiza termică pentru un perete opac constă în a determina fluxul de căldură care

pătrunde la interior la un moment dat, cunoscând atât parametrii climatici exteriori (temperatura

exterioară, gradul de însorire, deci intensitatea radiaţiei solare), cât şi parametrii care definesc

peretele din punct de vedere geometric şi termofizic.

În figura 1.3. sunt schematizate diferitele tipuri de transfer de căldură care intervin în

bilanţul termic:

Qs Qint

Q QT

CLADIRE

Qsurse


23

Fig.1.3.: Reprezentarea diferitelor moduri de transfer de căldură pentru un

perete opac omogen

Conform condiţiilor la limită (condiţia lui Fourier) – densitatea de flux variază liniar cu

diferenţa de temperatură între suprafaţa corpului şi mediul fluid care inconjoară suprafaţa.

Bilanţul energetic: căldura care trece prin conducţie este egală cu suma căldurii care trece prin

convecţie şi cea care trece prin radiaţie rcvcd QQQ . [44] (1.5)

Scrisă sub forma densităţilor de flux: rcvcd Φ+Φ=Φ (1.6)

Densitatea de flux conductiv se scrie cu legea lui Fourier pentru

conducţie:S

cd dxdT-

(1.7)

Densitatea de flux convectiv se scrie cu legea lui Newton pentru convecţie: ( )fscvcv T-Th=Φ , (1.8)

unde hcv –coeficient de schimb superficial prin convecţie

Ts – temperatura solidului considerat (T1 sau T2)

Tf – temperatura fluidului care înconjoară solidul (în cazul de faţă

aerul exterior Te/ interior Ti)

Densitatea de flux radiativ: 4p

4sr T-Ta (1.9)

unde a –factor ce depinde de proprietăţile de radiaţie ale suprafeţelor considerate (emisivitate şi

absorbtivitate) şi de geometria suprafeţelor (factor de formă)

Flux absorbit αФt

Ti

Flux convectiv he(Te-T1)

Flux reflectat (1-α)Фt )

Flux primit Фt

Flux convectiv hi(T2-Ti)

T1 T2

Te


24

Ts – temperatura suprafeţei (solidului) considerate

Tp – temperatura suprafeţei (peretelui) învecinate

Prin linearizarea relaţiei, Ts şi Tp fiind învecinate, se ajunge la aproximarea:

( ) ( )psrpsp T-Th=T-TaT=Φ r34 (1.10)

În cazul

Astfel legea de transfer termic între corp şi mediul său înconjurător devine:

msmsrcvprfscvS

TThTThhTThTThdndTλ s

(1.11)

unde h –coeficient de schimb superficial global (convecţie+radiaţie)

Tm – temperatura medie între Tf şi Tp, rcv

prfcvm hh

ThThT

(1.12)

Suprafaţa peretelui expusă la exterior este supusă radiaţiei solare, figurată prin fluxul Фt.

O parte din acest flux este absorbit de perete (αФt), iar restul este reflectat cu un raport (1-α)Фt.

Suprafaţa exterioară a peretelui schimbă căldură prin convecţie cu mediul exterior : he(Te-T1).

Coeficientul he se numeşte coeficient de transfer termic superficial la exterior şi ţine cont şi de

convecţia şi de radiaţia peretelui pe lungime mare de undă.

Suprafaţa interioară a peretelui schimbă cu aerul interior un flux prin convecţie:

hi(T2-Ti). Coeficientul hi se numeşte coeficient de transfer termic superficial la interior şi ţine

cont şi de convecţia şi de radiaţia peretelui.

Echilibru termic al peretelui :

- pentru peretele exterior: 0x

1eet dxdT)TT(h

(1.13)

- pentru peretele interior: 1x

i2i dxdT-)T-T(h

(1.14)

b) Transmisia căldurii prin elemente de construcţie vitrate

Bilanţul termic al fluxurilor de căldură la nivelul elementelor vitrate (în general

ferestrele) este schematizat în figura de mai jos:


25

Fig.1.4.: Reprezentarea diferitelor moduri de transfer de căldură petru un

perete vitrat (fereastră)

Prin ventilare

Pentru a asigura calitatea aerului interior, aerul dintr-o încăpere trebuie împrospătat, prin

introducerea de aer proaspăt prin ventilare. Aportul de aer prospăt se poate face fie direct prin

fiecare încăpere, fie la nivelul unui grup de climatizare.

Calculul debitului de aer ţine cont de destinaţia încăperii, de gradul de poluare precizat

prin categoria de ambianţă, de numărul de persoane şi de suprafaţa încăperii [89]

Bppersv q*Aq*NV (1.15)

unde: Npers – numărul de persoane;

qp – debitul de aer proaspăt pentru o persoană, [l/s/pers sau m3/h/pers];

A – aria suprafeţei pardoselii [m2];

qB – debitul de aer proaspăt, pentru 1 m2 de suprafaţă, [l/s/m2 sau m3/h/m2].

Categoria de ambianţă

Procentul aşteptat de nemulţumiţi [%]

Debit pentru o persoană [l/s/pers]

Debit pentru o persoană [m3/h/pers]

I 15 10 36 II 20 7 25 III 30 4 15 IV >30 <4 <15

Tabelul 1.7. Debitul de aer proaspăt pentru o persoană, în mediu în care nu se fumează ([89])

Flux absorbit Ф3

Ti

Flux convectiv he(Te-T1)

Flux reflectat Ф2

Flux primit Ф1

Flux convectiv hi(T2-Ti)

T1 T2

Te

Flux transmis Ф4


26

Debit pe m2 de suprafaţă [l/(s.m2)]

Debit pe m2 de suprafaţă [m3/(h.m2)] Categoria de ambianţă clădiri

foarte puţin poluante

clădiri puţin poluante

Altele clădiri foarte puţin poluante

clădiri puţin poluante

Altele

I 0,5 1 2,0 1,8 3,6 7,2 II 0,35 0,7 1,4 1,26 2,52 5,0 III 0,3 0,4 0,8 1,1 1,44 2,9 IV mai mari decât valorile pentru categoria III

Tabelul 1.8. Debitul de aer proaspăt pentru 1 m2 de suprafaţă, ([89])

În zonele de fumători, debitele de aer proaspăt se dublează faţă de valorile din tabel.

Aceste debite asigură condiţii de confort pentru ocupanţi, nu şi condiţii de sănătate.

Aerul exterior poate pătrunde în încăpere necontrolat, prin infiltraţii, adăugându-se la

pierderile de căldură prin transmisie. Aceste infiltraţii se realizează în special prin ferestre şi prin

uşi. Ele depind de clasa de expunere a unei clădiri, de permeabilitatea şi de suprafaţa ferestrei

sau uşii.

Pentru a diminua infiltraţiile în raport cu aerul proaspăt, camera pentru care se urmăreşte

acest lucru poate fi pusa în suprapresiune.Acest sistem se poate utiliza dacă uşile şi ferestrele

corespunzătoare camerei nu sunt deschise prea des. Suprapresiunea se realizează doar dacă

debitul de aer pătruns prin infiltraţii este mai mic decât aportul absolut de aer proaspăt pătruns

prin ventilare mecanică (debitul absolut înseamnă aerul introdus minus aerul extras).

I.5.2. Aporturile interioare de căldură

Aporturi solare

Aporturile de căldură solare depind de radiaţia solară la nivelul oraşului unde se află

clădirea, de orientarea suprafeţelor receptoare, de coeficienţii de transmisie ai acestora, de

absorbţia şi reflexia radiaţiei solare şi caracteristica de transfer.

Radiaţia solară este radiaţia electromagnetică emisă de Soare având lungimi de undă din

întregul spectru al undelor electromagnetice. Trecând prin atmosfera Pământului, o parte a

radiaţiei solare este absorbită, încălzind aerul, o altă parte este împrăştiată de moleculele aerului,


27

vaporii de apă, pulberile din atmosferă (constituind radiaţia solară difuză- Φd), dar cea mai mare

parte ajunge pe suprafaţa Pamântului (constituind radiaţia solară directă- ΦD). [44]

Fig. 1.5. Radiaţia solară (directă şi difuză) ajunsă pe suprafaţa pământului [44]

Din punct de vedere al cantităţii şi tipului de energie transmise, radiaţia solară care

ajunge pe Pământ este compusă din: 3% ultraviolete, 42% radiaţie vizibilă (lumina) si 55%

infraroşii. [103]

Fiecareia din aceste trei părţi ale radiatiei îi corespunde câte un spectru definit prin

urmatoarele intervale de lungimi de undă:

- radiaţia ultravioletă de la 0,28 la 0,38 microni,

- radiaţia vizibilă de la 0,38 la 0,78 microni,

- radiaţia infraroşie de la 0,78 la 2,5 microni

Fig. 1.6. Intensitatea spectrală a radiaţiei solare globale, funcţie de lungimea de undă [100]


28

Radiaţia directă

Radiaţia directă captată de un perete depinde de poziţia soarelui şi de orientarea

peretelui. Poziţia soarelui este definită prin două unghiuri:

- înălţimea H, care este unghiul făcut de o rază de soare cu planul tangent la suprafaţa

solului

- azimutul A, care este unghiul format de proiecţia razei de soare pe planul tangent la

suprafaţa solului cu direcţia Sud

Fig. 1.7. Înălţimea (H) şi azimutul (A) soarelui [44]

Radiaţia difuză

Pentru a putea determina fluxul difuz, este necesar utilizarea datelor meteorologice,

deoarece acest tip de radiaţie nu se poate determina prin calcul. Dacă cerul este senin, radiaţia

difuză reprezintă 10 – 20% din radiaţia globală. În schimb, dacă cerul este acoperit, radiaţia

difuză reprezintă toată radiaţia globală. [44]

Fluxul total receptat de un perete este egal cu suma fluxurilor directe şi difuze.

Bilanţul energetic al radiaţiei termice

Fiecare corp este capabil să emită energie de radiaţie, şi să o reflecte, să o absoarbă sau

să o transmită (fig.1.8) conform bilanţului energetic :

TARi QQQQ (1.6)

unde Qi - energia de radiaţie incidenţă pe suprafaţa corpului

QR – energia reflectată

QA – energia absorbită


29

QT – energia transmisă

Fig.1.8. Bilanţul energiei de radiaţie ([20])

Definim trei coeficienţi :

i

R

QQ

coeficientul de reflexie

i

A

QQ

coeficientul de absorbţie

i

T

QQ

coeficientul de transmisie

Astfel, relaţia bilanţului energetic devine : 1

Pentru majoritatea corpurilor solide τ =0 şi 1 . Acestea sunt corpuri gri, reale,

opace, care nu permit radiaţiei incidente să treacă.

Dacă ρ=α =0 şi τ=1 corpul este denumit transparent, lăsând să treacă toată radiaţia

incidentă.

Gazele au ρ=0, deci α + τ =1.

Corpurile care au ρ = τ =0 şi α =1 se numesc corpuri negre şi absorb integral radiaţiile

incidente.

La polul opus se află corpurile pentru care α = τ =0 şi ρ=1. Acestea se numesc corpuri

albe, care formează o oglindă, suprafaţa sa reflectând toate radiaţiile incidente.

Ariile de captare efectivă a radiatei solare

Pentru a ţine cont de aria şi caracteristicile suprafeţei de captare a radiaţiei solare, ca efect

al umbrei, se introduce o mărime numită aria de captare efectivă. Ariile de captare a radiaţiei

solare se determină pentru toate tipurile de elemente perimetrale ale unei clădiri, care captează


30

radiaţia solară (suprafeţe vitrate exterioare, elemente opace exterioare, pereţi şi planşee interioare

din spaţii tip seră, precum şi pereţi aflaţi în spatele unor elemente de acoperire sau izolaţii

transparente).

Caracteristicile de captare ale acestor suprafeţe depind de climatul local şi de factori

dependenţi de perioada de calcul, cum ar fi poziţia soarelui sau raportul dintre radiaţia directă şi

difuză. În consecinţă, trebuie alese valori medii adecvate scopului urmărit (încălzire, răcire sau

verificarea confortului termic de vară).

Factor de reducere a aporturilor solare datorită umbririi prin elemente exterioare

Acest factor reprezintă reducerea fluxului de căldură solar pătruns în încăperea

climatizată datorită prezenţei unor elemente de umbrire permanente cum ar fi:

- clădiri învecinate;

- forme de relief învecinate (dealuri, copaci etc);

- elemente de construcţie exterioare ale clădirii (cornişe, aticuri, balcoane etc.);

- retragerea ferestrei faţă de planul exterior al peretelui

Radiaţia solară directă este singura componentă redusă de obstacolele ce produc umbra;

radiaţia difuză şi cea reflectată de sol rămân neschimbate. Aceasta este echivalent cu un obstacol

care, prin reflexie, produce aceeaşi radiaţie ca cea obstrucţionată. [69]

Aporturi interne

Sursele de căldură interioare, inclusiv cele cu contribuţii negative la bilanţul termic,

constau din orice tip de căldură degajată la interiorul spaţiului condiţionat, (altele decât căldura

introdusă controlat pentru încălzirea şi răcirea acestui spaţiu sau cea utilizată pentru prepararea

apei calde de consum).

Aceste surse includ căldura metabolică emisă de ocupanţi, căldura emisă de aparatele

electrice, de corpurile de iluminat, de maşini, utilaje şi de către alte surse, în funcţie de destinaţia

spaţiului respectiv (procese tehnologice, prepararea hranei).


31

I.6. Consumul de energie în clădiri

Principalii factori care influenţează consumul de energie sunt:

a) Timpul de ocupare a clădirii - variază de la o clădire la alta, în funcţie de destinaţia

acesteia. Numărul de ore de activitate zilnic influenţează destul de mult consumul de

energie. Timpul de ocupare se referă atât la programul de funcţionare al personalului aflat

în clădire, cât şi al echipamentelor de birotică, iluminat, aparate de încalzire şi ventilare.

Cât timp personalul este în activitate, în clădire trebuie asigurate condiţiile de confort, dar

odată cu părăsirea clădirii se impune reducerea consumului de energie prin oprirea parţială

a unor instalaţii (iluminat, încalzire, ventilare).

b) Gradul de ocupare a clădirii - reprezintă un factor important in bilanţul energetic,

deoarece cu cât ocuparea pe m2 este mai redusă, cu atât consumul de energie este mai mic

şi invers. Statisticile au arătat ca, la fiecare variaţie cu 10% în gradul de ocupare a

spaţiului, rezultă o variaţie cu 3% a consumului unitar anual de energie pentru clădirile

neclimatizate si cu 4% pentru clădirile climatizate. [40]

c) Destinaţia clădirii - influenţează consumul de energie, având în vedere că mărirea

consumurilor unitare depinde de gradul de utilare (echipare) a clădirii, precum şi de

numărul de ore de utilizare a echipamentelor; factorul de corecţie poate fi luat intre 4-5%

pentru fiecare variaţie cu 10% a suprafeţei ocupate.

d) Condiţiile meteorologice – sunt reprezentate prin temperatura exterioară, umiditate,

intensitatea radiaţiei solare. Consumul de energie pentru încălzire, ventilare, climatizare,

depinde de condiţiile climatice din zona în care se află clădirea, precum şi de temperatura

interioară de calcul a clădirii respective.

Analizarea consumurilor de energie se poate face prin metode directe sau inverse. În

abordarea directă (fig. 1.9) previziunile de consumuri energetice sunt bazate pe o descriere fizică

a sistemelor clădirii, incluzând geometria, amplasarea, detaliile constructive şi tipul de instalaţii

de încalzire, ventilare şi climatizare utilizate. Cele mai multe metode fac parte din categoria

modelelor directe.


32

Fig. 1.9: Reprezentarea unui model direct de analiză energetică

În abordarea inversă (fig. 1.10), modelele de analiza energetică incearcă să determine

parametrii reprezentativi ai clădirii (coeficientul global de transfer de căldura, sarcina termică în

regim nominal sau constanta de timp a clădirii) folosind consumurile energetice, date legate de

climat sau alte date de performanţă relevante. În general, modelele inverse sunt mai simple şi

deci mai flexibile decât modelele directe. Totuşi, flexibilitatea modelelor inverse este de obicei

limitată de formularea parametrilor reprezentativi ai clădirii şi de acurateţea datelor de

performanţă ale acesteia. Pentru a identifica parametrii clădirii, cele mai multe dintre metodele

inverse existente au la baza metode de analiza de regresie (metoda grade-zile cu temperatura de

referinţă/bază variabilă) sau abordări bazate pe conexiuni.

Fig. 1.10: Reprezentarea unui model invers de analiză energetică

Metodele de analiză energetică pot fi clasificate şi după capacitatea lor de a surprinde

comportarea dinamică a sistemelor energetice. În acest mod, ele pot folosi abordări staţionare sau


33

dinamice. În general, modelele staţionare sunt suficiente pentru a analiza performanţele

sezoniere sau anuale ale clădirilor. În schimb, modelele dinamice sunt necesare pentru estimarea

efectelor tranzitorii ale sistemelor de energie, precum cele întâlnite la sistemele de stocare a

energiei termice şi la dispozitivele de control optim al pornirilor.

Modelele directe sunt în general bazate pe descrierea fizică a sistemului energetic al

clădirii. Aceste modele permit determinarea consumurilor finale de energie, precum şi estimarea

oricărei economii de energie survenită în urma aplicării masurilor de conservare a energiei. În

continuare se descriu câteva din metodele de analiză energetică directă existente.

Metodele directe staţionare sunt în general uşor de folosit, iar majoritatea calculelor pot fi

executate manual sau cu foi electronice de calcul.

Metodele dinamice folosesc modele analitice şi numerice pentru a calcula transferul de

energie dintre diferitele sisteme ale clădirii. În general, aceste modele constau din produse

informatice (cu paşi de timp orari sau mai mici) ce estimează corespunzător efectul inerţiei

termice datorat stocării energiei în pereţii clădirii şi/sau în sistemul de încalzire. Proprietatea

importantă a acestor modele de simulare este capacitatea lor de a ţine seama de mai mulţi

parametrii în estimarea corectă a consumului de energie, în special la clădiri cu inerţie termică

pronunţată, cu reduceri nocturne ale sarcinii. O organigramă tipică de programe de simulare este

prezentată in fig. 1.11.


34

Fig. 1.11. Schema unui model de clădire

Programele informatice necesită un grad de experienţă ridicat şi sunt de regulă potrivite

pentru clădiri mari cu sisteme de încălzire şi ventilare complexe şi cu strategii de automatizare

dificil de modelat cu ajutorul instrumentelor simplificate.

În general, un program de simulare necesită o descriere fizică detaliată a clădirii

(geometrie, detalii constructive ale anvelopei, tipul instalaţiilor de încalzire şi ventilare, orarul de

funcţionare). Calculul sarcinii termice este bazat pe o paletă largă de algoritmi în funcţie de

complexitatea şi flexibilitatea programului de simulare, de viteza de calcul şi bineînţeles de

obiectivele studiului.

I.7. Datele climatice

Din punct de vedere termic, o clădire este supusă pe de-o parte la exterior de factori

meteorologici, pe de altă parte, la interior de degajări de căldură şi umiditate. Ca urmare a

interacţiunii dintre clădire şi mediul exterior, calculul necesarului de energie pentru încălzire şi


35

răcire, fiind un calcul predictiv, necesită cunoaşterea datelor climatice ale locului în care este

amplasată clădirea, obţinute prin prelucrarea statistică a datelor meteorologice.

Pentru utilizare în aplicaţiile de consumuri energetice anuale pentru încălzirea şi răcirea

clădirilor, este necesar a avea un an climatic « standard ». Anul meteorologic standard (tip) a fost

construit pentru toate capitalele de judeţ din România, astfel încât valorile medii, distribuţia

frecvenţelor şi corelaţiile dintre diversele caracteristici meteorologice să se păstreze cât mai bine.

Datele meteorologice înregistrate timp de 10 ani (1996-2006) au fost prelucrate de către Agenţia

Naţională de Meteorologie şi Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti.

Metoda folosită pentru construcţia anului tip este standardizată în [56], mai exact în

normele [57]. Această metodologie presupune derularea a două etape de construcţie a anului de

referinţă:

a) alegerea celei mai “bune” luni;

b) ajustarea valorilor orare din lunile consecutive astfel încât trecerea de la o lună la alta

să conserve corelaţia dintre variabile considerate.

Anul standard este compus din „luni tipice”, alese din datele meteorologice înregistrate

(completate prin interpolare când a fost necesar). Alegerea unei luni tipice privitoare la un

parametru climatic p (temperatură, umiditate relativă şi radiaţie solară) s-a realizat astfel:

1) S-au calculat mediile zilnice pentru parametrul p, pe baza datelor orare, măsurate în

fiecare lună „L” şi pentru fiecare an „A” din cei 10 ani,

2) S-a construit funcţia cumulativă empirică de probabilitate FLAp a mediilor zilnice ale

parametrului climatic p considerat, calculate pentru luna „L", pentru fiecare an în parte:

AanulLdinlunainppentrumasuratemediivaloridetotal.nr1

AanulLdinlunainppentrumasurate,tmediivaloride.nrtFLAp

3) s-a construit funcţia cumulativă de probabilitate FLp a mediilor zilnice ale

parametrului climatic pe baza mediilor zilnice ale lunii respective din toţi anii utilizaţi în calcul.

iconsiderataniitotiLdinlunainppentrumasuratemediivaloridetotal.nr1

iconsiderataniitotiLdinlunainppentrumasurate,tmediivaloride.nrtFLp

4) Pentru fiecare luna L considerată, s-a determinat statistica Finkelstein-Schafer

LpLAp F,FFS , ca distanţă dintre FLAp şi FLp definită prin (1.16):

n

|tF)t(F|F,FFS i

iLpiLAp

LpLAp

(1.16)


36

unde: n - numărul de termeni din suma de la numărător; it - puncte, câte unul pe fiecare interval,

pe care funcţia |tF)t(F| LpLAp este constantă, |tF)t(F| LpLAp fiind o funcţie constantă pe

porţiuni.

5) Pentru fiecare parametru climatic pentru luna calendaristică L se aranjează anii A în

ordine crescătoare a valorii LpLAp F,FFS . În principiu se alege ca lună tipică luna din acel an A

pentru care distanţa Finkelstein-Schafer este minimă. Acest lucru exprimă faptul că din punct de

vedere al statisticii parametrului climatic considerat, informaţiile furnizate de datele din luna

aleasă din anul A se apropie cel mai mult de informaţiile date de măsurătorile din toţi anii de

observaţie pentru luna respectivă.

În cazul în care se construieşte un an tipic din punctul de vedere al mai multor parametri

climatici, trebuie ţinut seama de fiecare parametru p. În metoda folosită în [57], pentru fiecare

parametru climatic p pentru luna calendaristică L se aranjează anii A în ordine crescătoare a

valorii LpLAp F,FFS .

Se defineşte susmaidecrescatorsirulinAanuluirangulrLAp şi se calculează distanţa

p

LApLA rD (1.17)

Dacă se utilizează metoda prevăzută în [65], distanţa DLA se defineşte:

(1.18)

Unde wp reprezintă valorile asociate fiecărui parametru, funcţie de importanţa acordată

acelui parametru (ponderea).

În principiu, luna de referinţă pentru luna calendaristică L se ia luna din anul pentru care

LAD este minimă. Însă standardul mai prevede ca să se ţină seama în secundar de o altă

caracteristică meteorologică, viteza vântului, în felul următor:

a) Pentru fiecare lună calendaristică L se iau lunile din primii trei ani din şirul de ani

ordonat crescător după LAD

b) Pentru fiecare lună L din cele 3 luni se calculează modulele diferenţelor dintre viteza

medie a vântului pentru luna L din anul respectiv şi viteza medie calculată pentru luna L

pe ansamblul tuturor anilor. Ca lună L tipică se alege luna din aceşti 3 ani pentru care

diferenţa este cea mai mică.

( )∑p

LpLAppLA F,FFSw=d


37

După alegerea unei luni tipice pentru fiecare lună calendaristică, deoarece s-ar putea ca

lunile tipice să fie din ani diferiţi şi deci la frontiera dintre ele ar putea să apară discontinuităţi

mari între valorile parametrilor climatici consideraţi, se trece la etapa a doua, care constă în

netezirea tranziţiei (prin tehnici de lisare), utilizând ultimile 8 ore din prima lună şi primele 8 ore

din luna următoare.

Anul de referinţă a fost astfel construit pentru cele 43 locaţii ale staţiilor meteorologice

judeţene (incluzând şi cele două staţii ale municipiului Bucureşti), pentru următorii parametri

meteorologici: temperatura aerului [oC]; umiditatea relativă [%] ; temperatura punctului de rouă

[oC]; conţinutul de umiditate [g/kg]; viteza vântului [m/s].

Pentru staţiile meteorologice Bucureşti-Afumaţi, Constanţa, Galaţi, Iaşi, Cluj-Napoca,

Craiova şi Timişoara anul de referinţă a fost construit şi pentru radiaţia directă şi difuză

[cal/cm2]. In toate situaţiile, viteza vântului a fost considerată ca variabilă secundară, iar celelalte

variabile au fost considerate principale.

Deşi există baza de date cu parametrii climatici şi pentru Bucureşti, totuşi aceasta nu

conţine date suficiente referitoare la radiaţia solară pentru a putea fi folosită în calculul

consumului de energie. Aşa cum s-a descris mai sus, anul tipic este structurat pe calupuri de date

furnizate pentru fiecare lună. Astfel, dacă una dintre aceste date lipseşte (şi anume radiaţia

solară), nu se pot folosi nici celelalte date meteorologice incluse în anul de referinţă, deoarece ar

conduce la erori semnificative să considerăm valoarea radiaţiei furnizată de altă bază de date iar

restul parametrilor să fie luaţi din baza de date a anului tipic meteorologic.

De aceea, datele climatice utilizate în lucrarea de faţă (temperatura exterioară şi

intensitatea radiaţiei solare) au fost determinate prin medierea valorilor orare furnizate de baza

de date METEONORM a programului de simulare Trnsys, pentru fişierul meteo Bucureşti.

Astfel, temperatura exterioară medie lunară pentru Bucureşti pentru lunile cu o posibilă

climatizare este dată în tabelul urmator:

Tabel 1.9 : Temperaturi medii exterioare

θe Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie

°C -0,15 4,79 11,08 16,74 19,98 22,04 21,3 16,74 10,89 5,13


38

Intensitatile radiaţiei solare medii lunare pentru Bucureşti pentru lunile cu o posibilă

climatizare:

Tabel 1.10 : Intensităţile medii ale radiaţiei solare

În cadrul programul de simulare Trnsys valorile temperaturii exterioare şi ale radiaţiei

solare sunt furnizate oră de oră prin intermediul subrutinei Type109-TMY2-Weather, subrutină

ce conţine fişierul meteo realizat cu ajutorul programului Meteonorm şi care are rolul de a citi şi

procesa datele din fişierul meteo introdus.

Pe lângă interesul direct de utilizare a datelor climatice în simulările pentru studiile de

caz prezentate în capitolele 2 şi 3, analiza modului în care trebuie prelucrate datele climatice

pune în evidenţă particularităţile metodei statistice utilizate, în concordanţă cu aplicaţiile care au

un caracter de prognoză (în cazul de faţă a consumurilor de energie din clădiri)

Luna N S E V Oriz.

Februarie 27,4 104,54 52,45 55,4 81,93

Martie 39,67 110,06 71,84 78,69 118,99

Aprilie 54,22 122,23 114,33 114,28 184,88

Mai 68,8 114,39 132,6 126,26 224,95

Iunie 84,35 114,72 152,30 150,57 266,82

Iulie 80,12 120,67 147,29 153,59 262,84

August 58,27 140,30 139,98 135,63 235,88

Septembrie 45,92 150,76 107,28 103,25 169,83

Octombrie 31,2 139,73 75,79 73,59 112,83

Noiembrie 20,4 84,67 37,34 39,6 57,9


39

I.8. Sistemul de răcire

Pentru a evalua consumul de energie pentru instalaţia de climatizare se calculează mai

întâi un necesar de răcire pentru clădirea sau zona de clădire considerată, prin metoda lunară sau

metode orare. Consumul de energie din sistemul de climatizare, în cazul în care se ia în

considerare numai căldura sensibilă, se determină cuplând metodele de calcul ale necesarului de

energie pentru răcirea clădirii, cu metodele de calcul al consumului de energie din sistem.

Energia consumată de sistemele de climatizare (răcire) se poate calcula printr-o metodă

simplificată, pe baza randamentului global al sistemului, sau printr-o altă metodă mai complexă,

pe baza puterilor calculate în condiţii nominale de calcul şi considerând un timp de funcţionare

echivalent al sistemului.

1) Evalarea energiei consumate pe baza randamentului global al sistemului de

climatizare.

Energia consumată se determină cu relaţia:

R,sist

Rsist,R η

Q=Q (1.19)

unde: QR,sist - energia consumată în sistemul de răcire, care include pierderile de energie ale

sistemului, [MJ];

QR - energia necesară pentru răcire a clădirii sau zonei, [MJ],

ηsist,R - eficienţa globală a sistemului de răcire, care include pierderile de energie la

generarea, transportul, acumularea, distribuţia şi emisia de agent termic (aer şi apă) din sistem.

Această eficienţă nu ţine cont de:

- energia electrică auxiliară introdusă în sistemul de climatizare, Qaux,

- de coeficientul de performanţă al sursei frigorifice.

De aceea, energia electrică totală consumată în sistemul de climatizare (răcire), Qel. tot ,

va fi:

auxsistF,R

tot,el QCOP

QQ [MJ] (1.20)

în care:

COP - coeficientul mediu de performanţă al maşinii frigorifice, indicat de producător.

Qaux – energia electrică auxiliară utilizată de pompe, ventilatoare, servomotoare etc;


40

Deoarece există foarte puţine date fiabile referitoare la eficienţa globală a sistemelor şi

ţinând seama de diversitatea soluţiilor tehnice, este recomandat ca pierderile şi recuperările de

energie să fie evaluate pe componente.

2) Evalarea energiei consumate pe baza puterilor calculate în condiţii de calcul şi considerând

un timp de funcţionare echivalent al sistemului.

În acest caz se evaluează separat:

- pierderile de energie din sistem, Qpierd,

- consumul de energie electrică pentru transportul aerului în instalaţiile de ventilare/climatizare,

Qta ,

- consumul de energie electrică pentru transportul agentului primar (apă caldă sau apă răcită) ce

alimentează componentele instalaţiei de climatizare (Centrala de Tratare a Aerului şi aparatele

locale de tratare a aerului), Qtapă,

- energia electrică auxiliară utilizată de pompe, ventilatoare, servomotoare etc, Qaux,

- energia recuperată în sistem, Qrec ,

- consumul de energie electrică pentru producerea frigului, la nivelul sursei de frig.

Atunci, energia consumată în sistemul de răcire QR,sistF se calculează pe bază de bilanţ:

rectapatapierdRsistF,R QQQQQQ (1.21)

unde:

QR - energia necesară pentru răcire a clădirii sau zonei

După evaluarea energiei pierdute sau recuperate în sistem, se calculează energia electrică

totală consumată în sistemul de climatizare (răcire), Qel,tot

auxsistF,R

tot,el QCOP

QQ [MJ] (1.22)


41

Capitolul 2

CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU

CLIMATIZAREA CLĂDIRILOR PRIN CALCUL LUNAR

II.1. Descrierea generală a metodei de calcul

Metoda de calcul lunară se aplică pentru clădirile rezidenţiale sau nerezidenţiale sau părţi

ale acestora, climatizate, fără controlul umidităţii interioare.

Se consideră numai căldura sensibilă, nu şi cea latentă.

Metoda are ca obiectiv calculul energiei necesare răcirii clădirilor pentru asigurarea unei

temperaturi interioare prescrise precum şi al energiei consumate de sistemul de climatizare

pentru realizarea acestui scop.

Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea calculelor sunt:

- caracteristicile elementelor de anvelopă şi ale sistemelor de ventilare;

- sursele interne de căldură şi umiditate,

- climatul exterior;

- descrierea clădirii şi a elementelor sale, a sistemelor de răcire şi scenariului lor de utilizare;

- date privind sistemele de răcire şi ventilare:

▪ partiţionarea clădirii în zone de calcul determinate de parametrii de confort diferţi şi/sau

scenarii de funcţionare diferite;

▪ pierderi de energie la sursele de răcire sau pe traseul de distribuţie al agentului termic până la

consumatori şi eventuale recuperări ale acestei energii prin utilizarea recuperării căldurii,

surselor regenerabile sau degajărilor interioare;

▪ debitul de aer şi temperatura aerului refulat (introdus) pe cale mecanică (fiind în prealabil

preîncălzit sau/şi prerăcit);


42

▪ elementele de comandă şi control utilizate pentru menţinerea parametrilor de confort la valorile

prescrise, de proiectare.

Principalele date de ieşire (rezultate) ale metodei de calcul sunt:

- necesarul de energie lunar şi anual pentru răcirea clădirilor ;

- consumul de energie lunar şi anual pentru răcirea clădirilor ;

- durata sezonului de răcire;

- consumul de energie auxiliar pentru răcire şi ventilare. Principalele date de ieşire aditionale sunt:

- valori lunare pentru principalele elemente ce intervin în bilanţurile de energie: transmisie,

ventilare, surse interne, aporturi solare;

- contribuţia surselor de energie regenerabile;

- pierderile din sistem şi eventualele recuperări ale acestora.

Perioada de calcul utilizată de metoda prezentată este de o luna.

Pentru fiecare lună de calcul, necesarul de energie pentru răcire este calculat cu relaţia:

Trsurse ηQQRQ (2.1)

Transferul total de căldură intre clădire şi exterior este:

VT QQTrQ (2.2)

Căldura totală datorată surselor interioare este Qsurse:

Sintsurse QQQ (2.3)

Necesarul de energie pentru răcire cuprinde următoarele etapele de calcul :

-calculul transferului de căldură prin transmisie

-calculul transferului de căldură ventilaţie

-calculul aporturilor solare

-calculul aporturilor de căldură ale surselor interne

-calculul parametrilor dinamici

-calculul necesarului total de energie pentru răcire

În continuare vor fi prezentate relaţiile de calcul aferente acestei metode cu valori

numerice pentru clădirea de birouri folosită în studiile de caz, clădire prezentată la subcapitolul

II.2. Ipoteze de calcul.


43

II.1.1. Transferul de căldură

Prin transmisie

Calculul coeficienţilor de transfer prin transmisie

Transferul de căldură prin transmisie cuprinde transferul unidirecţional prin suprafeţe şi

transferul datorat punţilor termice.

HT = L+Ls+Hu (2.4)

L - coeficientul de cuplaj termic prin anvelopa clădirii, în [W/K];

kkjj l*A*UL (2.5)

Elementul de construcţie Rj Uj = 1/Rj Aj Uj * Aj Σψj * lj L

[ - ] [ m²K/W] [ W/m²K ] [ m² ] [ W/K ] [ w/m²K ] [ W/K ] Perete exterior 1.83 0.55 340.92 185.83 14.08 199.91

Ferestre 0.78 1.29 43.20 55.60 0.00 55.60 Terasă 3.65 0.27 225.07 61.63 11.14 72.77

Tabel 2.1.: Calculul coeficientului de cuplaj termic prin anvelopa clădirii

Ls - coeficientul de cuplaj termic prin sol, în [W/K];

Elementul de construcţie Rj Uj = 1/Rj Aj Uj * Aj Σψj * lj Ls [ - ] [ m²K/W] [ W/m²K ] [ m² ] [ W/K ] [ w/m²K ] [ W/K ]

Placă pe sol 5.77 0.17 225.07 38.99 73.45 112.44

Tabel 2.2.: Calculul coeficientului de cuplaj termic prin sol

Hu - coeficientul de pierderi termice prin spaţii neîncălzite, în [W/K];

Hu = 0

Influenţa punţilor termice este introdusă în expresia coeficientului L şi Ls. [14]

Element de constructie Detaliu

Tabel normativ C107/3

ψ l ψ*l

[-] [-] [-] [W/mK] [m] W/m2K

Intersectie pereti cu termoizolatie fara stalpisor σ=40 cm 2 -0.01 69.3 -0.69

Colt pereti cu termoizolatie fara stalpisor σ=40 cm 4 0.09 29.7 2.67

Perete exterior

(PE)

Tamplarie dublu (glaf lateral) σ=36,5 cm, a=10 cm 51 0.06 57.6 3.46


44

Solbanc-tamplarie dubla, σ = 40 cm,PE cu termoizolatie

53 (a=9cm) 0.15 36 5.40

Buiandrug-tamplarie dubla, σ = 40 cm,PE cu termoizolatie

54 (h=10cm) 0.09 36 3.24

Total 14.08 Intersectie terasa cu pereti interiori 46 0.1 85 8.50 Intersectie terasa cu pereti exteriori 35 0.07 37.75 2.64 Terasă

(TE) Total 11.14

Intersectie placa pe sol cu pereti interiori

3.1-C107/5 0.64 85 54.40

Intersectie placa pe sol cu pereti exteriori 4-C107/5 0.5 38.1 19.05

Placă pe sol

(pl-S) Total 73.45

Tabel 2.3.: Coeficienţi care intră în calculul punţilor termice

Valorile coeficienţilor de transfer HT sunt calculaţi în funcţie de tipul fiecărui element de

construcţie.

HPE – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru peretele exterior ;

HPE = 199,91 W/K

HFE – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru fereastră ;

HFE = 55,6 W/K

HTE – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru terasă ;

HTE = 72,76 W/K

Hpl-Sol – coeficient de transfer termic prin transmisie pentru placă pe sol ;

Hpl-Sol = 112,44 W/K

HT – coeficient total de transfer termic prin transmisie;

HT = 440,72 W/K

Calculul fluxului disipat prin transmisie

Fluxul total de căldură cedat prin transmisie este calculat pentru fiecare lună cu relaţia :

)]-(*H[ ke,in

1kk,TT

(2.6)

Energia disipată prin transmisie:

t*Q TT (2.7)


45

HT,k – coeficientul de transfer de căldură prin transmisie a elementului k către zona de

temperatură θe,k ;

θi - temperatura interioară a clădirii sau a zonei considerate;

θe,k - temperatura spaţiului exterior elementului k ;

t – durata de calcul.

Sezonul de răcire HT [W/K] θi [°C] θe [°C] ФT [W] Martie 4.79 -8907 Aprilie 11.08 -6135

Mai 16.74 -3640 Iunie 19.98 -2212 Iulie 22.04 -1305

August 21.3 -1631 Septembrie 16.74 -3640 Octombrie 10.89 -6219 Noiembrie

440.727 25

5.13 -8757

Tabel 2.4.: Calculul fluxului disipat prin transmisie

Fluxul disipat prin transmisie, respectiv energia, rămân aceleaşi pentru fiecare caz

studiat, deoarece în calculul acestora nu se regăsesc nici temperatura de introducere, nici

numărul de ocupanţi, aceştia fiind parametrii care variază pe parcursul studiilor.

Prin ventilare

Calculul coeficienţilor de transfer prin ventilare

vaaV V*c*ρ=H (2.8)

unde:

ρa ca - capacitatea calorică a aerului refulat poate fi considerată cu valoarea de 1200 J/m3K

Vv – debitul de aer proaspăt

Debitul de aer proaspăt s-a calculat pentru categoria de ambianţă II - nivel normal

recomandat clădirilor noi sau renovate. Acesta corespunde unei categorii de calitate a aerului

interior IDA 2, pentru o calitate medie a aerului interior. Aceste clase de calitate au fost descrise

în capitolul 1.

Sistemul de ventilare al clădirii este de tipul numai aer, considerandu-se un debit de aer

proaspat de 25 m3/h/pers pentru fiecare ocupant, în mediu în care nu se fumează, si respectiv un

debit specific de aer proaspat de 2,52 m3/(h*m2) pentru clădirile puţin poluate (conform [89]).


46


unde: Npers – numărul de persoane;

qp – debitul de aer proaspăt pentru o persoană, [l/s/pers sau m3/h/pers];

A – aria suprafeţei pardoselii [m2], A=675,21 m2 ;

qB – debitul de aer proaspăt, pentru 1 m2 de suprafaţă, [l/s/m2 sau m3/h/m2];

Calculul fluxului disipat prin ventilare

Fluxul pierdut-primit de către clădire prin ventilare este calculată cu relaţia :

)]-(*H[ kintr,in

1kk,vV

(2.10)

Energia disipată prin ventilare:

t*Q VV (2.11)

unde:

QV- energia totală transferată către zona z, prin ventilare;

HV,k - coeficientul de transfer prin ventilare datorat aerului refulat în zona z, prin elementul k;


θintr,k - temperatura spaţiului exterior elementului k,;

t - durata de calcul.

În cazul în care debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară, diferenţa

de temperaturi este nulă şi astfel şi energia disipată prin ventilare este nulă.

II.1.2. Aporturile interioare de căldură

Aporturile solare

Calculul aporturilor solare rămâne acelaşi pentru toate cazurile studiate, deoarece acestea

nu sunt influenţate nici de temperatura de introducere a aerului, nici de gradul de ocupare al

clădirii.


47

Aria de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente vitrate

Aceasta arie se calculează cu relaţia:

FtuF,S A*F1**FA (2.12)

Orientare AF τn Fτ Fu Ft τ AS,F

[-] [m2] [-] [-] [-] [-] [-] [m2] S 43.20 0.75 0.90 1.00 0.20 0.675 23.33

Tabel 2.5.: Calculul ariei de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente vitrate

Aria de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente opace

Aria de captare efectivă a unui element opac de anvelopa (perete, terasă) se calculează cu formula:

ppse,ppp,s A*U*R*A (2.13)

Valorile numerice ale acestor coeficienţi sunt:

p = 0,7 pentru perete exterior (tencuială ciment) şi 0,91 pentru terasă (pietriş);

Rp,se = 0,083 m2K/W (pentru situaţia de vară hre=12) ;

Up = 0,59 W/m2K pentru perete exterior şi Up = 0,32 W/m2K pentru terasă.

Orientare Element AP U’ αP Rp,se AS,P [-] [-] [m2] [w/m2k] [-] [m2K/W] [m2] S Perete exterior 270.63 0.59 0.70 0.083 9.26 E Perete exterior 70.29 0.59 0.70 0.083 2.40

Oriz Terasă 225.07 0.32 0.91 0.083 5.52

Tabel 2.6.: Calculul ariei de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente opace

Radiatia termică înspre cer

Fluxul de căldura unitar transferat prin radiaţie către bolta cerească se scrie sub forma:

ceree,rpppcer *h*A*U*R (2.14)

hr,e – coeficient de transfer de căldură prin radiaţie la exterior, [W/m2K] ;

cere - diferenţa medie de temperatură dintre aerul exterior şi temperatura aparentă a bolţii

cereşti, [ºC];

Coeficientul de transfer de căldură prin radiaţie la exterior hr,e se aproximează cu relaţia : 5h re W/m².K


48

S-a considerat emisivitatea =1, şi astfel a rezultat hre=5 W/m².K

Pentru România, când temperatura boltei cereşti nu este disponibila în datele climatice,

se ia o valoare a diferenţei medii de temperatura, cere , de 11 ºC.

Orientare Element Rp,se AP U hre Δθe-cer Фcer [-] [-] [m2K/W] [m2] [w/m2k] [w/m2k] [K] [W] S PE 0.083 270.63 0.59 5.00 11.00 727.343 S FE 0.083 43.20 1.29 5.00 11.00 254.851 E PE 0.083 70.29 0.59 5.00 11.00 188.911

Oriz TE 0.083 225.07 0.32 5.00 11.00 333.522

Tabel 2.7.: Pierderea de căldură prin radiaţie către bolta cerească

Calculul efectiv al aporturilor solare

Orie

ntar

e

Elem

ent

cons

truct

ie

lung

ime

(m)

inal

time/

la

time

(m)

Nr.

elem

ente

Supr

afat

a (m

²)

Supr

afat

a co

rect

ata

(m²)

Rez

iste

nta

(m2 K

/W)

As,p (m²)

As,fe (m²)

Фcer (W) Fu Fsu Ff

Perete exterior 31.7 9.9 1 313.83 270.63 1.705 9.26 727.34 1 1 0.5 Sud

Fereastra 1.5 1.2 24 43.2 - 0.777 23.33 254.85 1 1 0.5

Est Perete exterior 7.1 9.9 1 70.29 - 1.705 2.40 188.91 1 1 0.5

Oriz Terasa 31.7 7.1 1 225.07 - 3.093 5.52 333.52 1 1 1

martie aprilie mai iunie iulie

Is (W/m²) Фs (W) Is

(W/m²) Фs (W) Is (W/m²) Фs (W) Is

(W/m²) Фs (W) Is (W/m²) Фs (W)

110.06 655.16 122.23 767.82 114.4 695.247 114.72 698.302 120.67 753.382 110.06 2440.05 122.23 2723.96 114.4 2541.064 114.72 2548.762 120.67 2687.564 71.84 78.27 114.33 180.43 132.6 224.333 152.3 271.722 76.0 88.273 119.0 323.10 184.9 686.70 225.0 907.813 266.8 1138.863 262.8 1116.900

Σ 3496.59 Σ 4358.9 Σ 4368.457 Σ 4657.649 Σ 4646.118


49

august septembrie octombrie noiembrie

Is (W/m²) Фs (W) Is

(W/m²) Фs (W) Is (W/m²) Фs (W) Is

(W/m²) Фs (W)

140.3 935.098 150.76 1031.927 139.73 929.822 84.7 420.404 140.3 3145.493 150.76 3389.504 139.73 3132.196 84.7 1848.456

139.98 242.101 107.3 163.480 75.79 87.768 37.3 -4.774 235.9 968.128 169.8 603.646 112.8 289.105 57.9 -14.014

Σ 5290.820 Σ 5188.557 Σ 4438.890 Σ 2250.072

Tabel 2.8.: Calculul fluxul de căldură datorat aporturilor solare pentru fiecare lună

Aporturile interne

Fluxul de căldură datorat surselor interne:

ile,apocint (2.15)

Fiecare flux de căldură s-a calculat ţinând seama de programul de funcţionare, şi anume 8

ore/zi pentru persoane şi aparatură electronică şi 4 ore/zi ăentru iluminat, 5 zile/săptămână.

Căldura degajată de ocupanti s-a calculat considerând o degajare de 75 W/persoană,

(deoarece metodologia MC001 utilizează doar căldura sensibilă):

75

248

75 **pers/W*N=Φ persoc (2.16)

Căldura degajată de aparatura electronică s-a calculat considerând o degajare de 100

W/aparat:

75

248

100 **pers/W*N=Φ e,ape,ap (2.17)

Căldura degajată de iluminat s-a calculat considerând o degajare de 10 W/mp, aria totală

a clădirii Atotală =6755 m2:

W.=**m/W*A=Φ totalail 8280375

244

10 2 (2.18)

Aceste valori ale căldurilor degajate de către oameni, electronice şi iluminat sunt valori

reglementare, date de stansardul [37].


50

II.1.3. Perioada de racire

Durata sezonului de răcire se determină considerând momentul de început şi de sfârşit al

perioadei de răcire atunci când necesarul de frig depăşeşte 1 W/m2. Această durată va fi luată în

considerare şi pentru calculul energiei auziliare consumată în sisteme. [70]

O metodă simplă pentru stabilirea perioadei de răcire este metoda grafică: se reprezintă

grafic variaţia temperaturii medii lunare (pe ordonată), pentru diferite luni ale perioadei calde şi

de tranziţie (pe abscisă). Pe baza bilanţului energetic la nivelul clădirii se calculează

„temperatura de echilibru” θem care reprezintă valoarea temperaturii exterioare la care aporturile

de căldură de la sursele interioare şi exterioare (soare) sunt egale cu pierderile prin transfer (prin

transmisie QT şi aer de ventilare QV), calculate pentru temperatura interioară de calcul pentru

climatizare. Apoi se intersectează curba temperaturii exterioare cu curba temperaturilor de

echilibru θem şi se determină perioada de răcire care corespunde unei temperaturi θe > θem. Se

citeşte pe abscisă numărul de zile din lunile în care se începe şi se termină răcirea.

Reprezentarea se face la scară, considerând că temperatura medie a fiecărei luni corespunde datei

de 15 a lunii.

Fig.2.1. Determinarea perioadei de răcire prin metoda grafică

Temperatura exterioară medie zilnică θem se calculează cu relaţia:

VT

sintiem HH

)(*

(2.19)


51

unde:

η factor de utilizare a pierderilor de caldura, calculat pentru λ = 1

Pentru metoda de calcul lunară, durata sezonului de răcire se determină prin numărarea

zilelor pentru care energia necesară pentru răcire este mai mare ca zero.

II.1.4. Situaţia răcirii intermitente

Energia necesară pentru răcire în cazul răcirii intermitente se calculează cu relaţia:

Rermintermint Qa=Q (2.20)

unde:

Qinterm – energia necesară pentru răcire ţinând cont de efectul intermitenţei, [MJ];

QR – energia necesară pentru răcire, presupunând că pentru toate zilele lunii controlul şi setarea

termostatului de ambianţă corespunde unei situaţii de răcire în regim continuu, [MJ];

ainterm – factor adimensional de corecţie pentru răcirea intermitentă, determinat cu relaţia:

NRR

R0ermintermint f1λτ

τb1a

(2.21)

Unde:

Nf - factor reprezentând raportul dintre numărul de zile din săptămână cu răcire

normală şi numărul de zile dintr-o săptămână (ex. 5/7) ;

binterm - factor de corelaţie empiric cu valoare constantă bR,interm=3 ;

R - constanta de timp pentru răcire, [ore];

R0 - constanta de timp de referinţă pentru răcire, [ore];

λR - raportul dintre aporturile şi pierderile de căldură ale clădirii (zonei) în modul de

răcire.

Pentru calculul termenului ‘a,interm’ se considera valoarea lui λR pentru regim continuu

deoarece, în general, este posibil ca valoarea lui Q,tot,interm să fie nulă.


52

Calculul factorului de utilizare a pierderilor de căldură

Efectul inerţiei termice a clădirii în cazul răcirii intermitente sau a opririi sistemului de

răcire va fi luat în calcul prin introducerea unei ajustări a temperaturii interioare sau a unei

corecţii aplicate necesarului de frig calculat pentru cazul răcirii continue a clădirii.

Folosirea unui “factor de utilizare a căldurii” transferate prin transmisie şi prin ventilare

permite luarea în considerare a faptului că numai o parte din această căldură diminuează

necesarul de frig.

Factorul de utilizare al pierderilor de căldură η este funcţie de raportul dintre pierderile şi

aporturile de căldură λR şi de un parametru numeric R ce depinde de inerţia termică a clădirii,

conform următoarelor relaţii:

- dacă λR>0 şi λR ≠ 1 deci )1α(

R

αR

R

R

λ1λ1

η

; (2.22)

- dacă λR =1 deci 1α

αηR

R

; (2.23)

- dacă λR < 0 deci 1η . (2.24)

unde:

η - factorul de utilizare al pierderilor de căldură;

λR - raportul intre pierderi şi aporturi de căldura ;

Tr

surseR Q

Qλ (2.25)

Qsurse, aporturile de căldura totale în cazul răcirii;

QTr, energia totală transferată intre clădire şi exterior ;

R - parametru numeric adimensional care depinde de constanta de timp a clădirii în cazul

răcirii, τR, calculat cu relaţia:

R0

RR0R

(2.26)

Unde:

R0 - parametru numeric de referinţă ;

R - constanta de timp pentru răcirea clădirii ;

R0 - constanta de timp de referinţă pentru răcire;


53

II.2. Ipoteze de calcul

II.2.1. Ipoteze legate de clădire

Calculului energetic se aplică pentru o zonă dintr-o clădire de birouri din Bucureşti, cu

trei nivele (P+2), suprafaţa construită 225 m2, având lungimea de 31,7 m, lăţimea de 7,1 m şi

înălţimea de nivel de 3,3 m. Conturul clădirii este delimitat de doi pereţi exteriori (unul orientat

spre sud, cu lungimea de 31,7 m şi unul orientat spre est, cu lungimea de 7,1 m) şi doi pereţi

interiori. Peretele exterior dinspre sud are câte 8 ferestre pe fiecare nivel, acestea având lungimea

de 1,5 m şi înălţimea de 1,2 m.

Zona de clădire considerată are 8 birouri pe fiecare nivel, având 66 de ocupanţi pe etaj.

31.7

7.1

N

S

EV

Fig.2.2.: Clădirea de birouri considerată

Materialele componente pentru fiecare tip de element de construcţie utilizat sunt redate

mai jos :

Perete exterior - tencuială ipsos cu grosimea δ =0,02 m;

- cărămidă cu grosimea δ =0,29 m;

- polistiren cu grosimea δ =0,05 m;

- tencuială ciment cu grosimea δ =0,02 m;

Rezistenţa R= 1,83 m2K/W

Perete interior - tencuială interioară din ciment cu grosimea δ =0,01 m;

- BCA cu grosimea δ =0,3 m;

- tencuială exterioară din ciment cu grosimea δ =0,01 m;


54


Planşeu intermediar - parchet cu grosimea δ =0,04 m;

- beton cu grosimea δ =0,24 m;

- tencuială ciment cu grosimea δ =0,01 m;


Terasă - pietriş cu grosimea δ =0,04 m;

- izolaţie hidrofugă cu grosimea δ =0,01 m;

- şapă cu grosimea δ =0,025 m;

- polistiren cu grosimea δ =0,14 m;

- beton de pantă cu grosimea δ =0,1 m;

- placă beton armat cu grosimea δ =0,1 m;


Placă pe sol : - parchet cu grosimea δ =0,04 m;

- beton cu grosimea δ =0,2 m;

- izolaţie termică cu grosimea δ =0,2 m;

- şapă cu grosimea δ =0,035 m;

- izolaţie hidrofugă cu grosimea δ =0,01 m;

- pietris cu grosimea δ =0,04 m;

- strat pământ cu grosimea δ =5 m;


Fereastră: - sticlă cu grosimea δ =0,05 m;

- strat de aer cu grosimea δ =0,02 m;

- sticlă cu grosimea δ =0,05 m;



55

II.2.2. Programul de funcţionare

Programul de lucru al angajaţilor este de la ora 9.00 pana la ora 17.00 în timpul

săptămânii, de luni pâna vineri.

S-a considerat acelaşi program de funcţionare şi pentru aparatura electronică din birouri

(PC, laptop, imprimanta, copiator).

Scenariu pentru iluminat este diferit faţă de cel pentru activitatea persoanelor, iluminatul

fiind disponibil de la ora 8.00 la ora 10.00 şi de la 16.00 la 18.00. S-a considerat că programul de

funcţionare pentru iluminat trebuie să înceapă înaintea programului de lucru al angajaţilor,

deoarece personalul de serviciu care asigură curăţenia trebuie să vină cu o ora mai devreme decât

angajaţii şi să plece mai tarziu. De asemenea s-au luat în calcul situaţiile când unii angajaţi pot să

rămână peste program la birou.

II.3. Studii de caz

S-au analizat 4 studii de caz, în care au fost modificate pe rând temperatura de

introducere a aerului proaspăt şi densitatea de ocupare a clădirii. Ipotezele de calcul au rămas

aceleaşi pentru toate cazurile studiate.

II.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu

temperatura interioară de calcul

Calculul energiei disipate prin transmisie şi cel al aporturilor solare rămân cele calculate

anterior.

Transferul de căldură prin ventilaţie

Pentru 66 de persoane, debitul de aer proaspăt, calculat conform formulei (2.9), are

valoarea Vv = 3351 m3/h, rezultând 1,5 schimburi de aer pe oră.

Datorită faptului că aerul proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul,

coeficientul de transfer Hv şi energia disipată prin ventilare Qv sunt nule.


56

Aporturile de căldură ale surselor interioare

W.=**pers/W*N=Φ persoc 57117875

248

75 (2.27)

W43.157175*

248*pers/W100*N e,ape,ap (2.28)


244

10 2 (2.29)

Aporturile interioare totale sunt Фint = 3553,82 W.

Determinarea sezonului de răcire

Pentru fiecare lună cu o posibilă climatizare se calculează temperatura medie exterioară

de echilibru:

VT

sintiem HH

)(*

(2.30)

mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov. θe= 4,79 11,08 16,74 19,98 22,04 21,3 16,74 10,89 5,13 θi= 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Фint= 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 Фs= 3496,59 4358,90 4368,46 4657,65 4646,12 5290,82 5188,56 4438,89 2250,07 tR = 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 t0R= 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 α0R= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 αR= 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 λR = -0,79 -1,29 -2,18 -3,71 -6,29 -5,42 -2,40 -1,29 -0,66 η= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 θem= 9,00 7,05 7,02 6,37 6,39 4,93 5,16 6,86 11,83

Tabel 2.9.: Calculul temperaturii medii de echilibru

τR constanta de timp pentru racirea cladirii = (Cm/3,6)/(HT+Hv)

τ0R constanta de timp de referinta pentru racire =15 ore pt birouri

0R parametru numeric de referinta = 1 pt birouri

R parametru numeric = α0R+(τR/τ0R)

λR raportul dintre aporturile si pierderile de caldura = (Qs+Qint)/(QT+QV)

η factor de utilizare a pierderilor de caldura, pentru λR<1, η = 1


57

Sezonul de răcire se determină prin metoda grafică, intersectând curba de temperaturi

medii lunare exterioare cu temperatura minimă medie exterioară de echilibru. Astfel a rezultat că

perioada necesară răcirii este 1 aprilie – 22 octombrie – 205 zile.

0

5

10

15

20

25

mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.

temp.exterioara

temp.echilibru

Fig.2.3.: Determinarea sezonului de răcire

Determinarea necesarului de răcire

Considerând paşii de calcul prezentaţi anterior, se calculează fluxurile necesară pentru

răcire, presupunând că pentru toate zilele lunii, controlul şi setarea termostatului de ambianţă

corespunde unei situaţii de răcire în regim continuu

Luni cu o posibilă

climatizare zile ore

(h) QT

(kWh) Qv

(kWh) Qint

(kWh) Qs

(kWh) QTR

(kWh) Qsurse

(kWh) η QR,cont (kWh)

Martie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Aprilie 30 720 -4417 0 2559 3138 -4417 5697 1 1280

Mai 31 744 -2708 0 2644 3250 -2708 5894 1 3186 Iunie 30 720 -1593 0 2559 3354 -1593 5912 1 4319 Iulie 31 744 -971 0 2644 3457 -971 6101 1 5130

August 31 744 -1213 0 2644 3936 -1213 6580 1 5367 Septembrie 30 720 -2621 0 2559 3736 -2621 6295 1 3673 Octombrie 22 528 -3283 0 1876 2344 -3283 4220 1 937 Noiembrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

Tabel 2.10.: Calculul necesarului de energie pentru răcire în regim continuu

Energia totală necesară răcirii pe perioada sezonului de răcire este QR=23893 kWh.


58

Variaţia lunară a fluxurilor de căldură

ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW)

Martie -8.9 0.0 3.6 3.5 Aprilie -6.1 0.0 3.6 4.4

Mai -3.6 0.0 3.6 4.4 Iunie -2.2 0.0 3.6 4.7 Iulie -1.3 0.0 3.6 4.6

August -1.6 0.0 3.6 5.3 Septembrie -3.6 0.0 3.6 5.2 Octombrie -6.2 0.0 3.6 4.4 Noiembrie -8.8 0.0 3.6 2.3

Tabel 2.11.: Aporturile de căldură

Având în vedere că aportul de căldură datorat ventilării este nul, acesta nu mai este

necesar sa fie reprezentat grafic.

Variatia lunara a fluxurilor de caldura

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie

[kW]

Φ s

Φ T

Фint

Fig.2.4.: Variaţia aporturilor de căldură


59

Variatia lunara a consumului de energie

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie

[kWh]Q racire

Fig.2.5.: Variaţia consumului de energie pentru răcirea clădirii

II.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară

În acest caz, singura componentă care se modifică faţă de cazul precerdent este necesarul

de răcire pentru ventilare, restul datelor de intrare rămân aceleaşi.


Sezon de racire Hv (W/°C) θi (°C) θintr (°C) ФV (W) Martie 4.79 -22578 Aprilie 11.08 -15551

Mai 16.74 -9228 Iunie 19.98 -5608 Iulie 22.04 -3307

August 21.3 -4134 Septembrie 16.74 -9228 Octombrie 10.89 -15763 Noiembrie

1117 25

5.13 -22198

Tabel 2.12.: Calculul fluxului disipat prin ventilare

1280

3186

4319 5130

5367

3673

937


60


Pentru a calcula sezonul de răcire este necesar să se calculeze temperatura medie

exterioară de echilibru θem, conform formulei (2.19):

mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov. θe= 4,79 11,08 16,74 19,98 22,04 21,3 16,74 10,89 5,13 θi= 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Фint= 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 3553,82 Фs= 3496,59 4358,90 4368,46 4657,65 4646,12 5290,82 5188,56 4438,89 2250,07 τR = 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 140,38 τ0R= 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 α0R= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 αR= 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 10,36 λR = -0,91 -0,36 -0,62 -1,05 -1,78 -1,53 -0,68 -0,36 -0,19 η= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 θem= 20,47 19,92 19,91 19,73 19,74 19,32 19,39 19,87 21,27

Tabel 2.13.: Calculul temperaturii medii de echilibru

0

5

10

15

20

25


temp.exterioara

temp.echilibru


Sezonul de răcire rezultat pe cale grafică este 15 iunie – 30 august – 77 zile.


61

Determinarea necesarului de răcire

Luni cu o posibilă

climatizare zile ore

(h) QT

(kWh) Qv

(kWh) Qint

(kWh) Qs

(kWh) QTR

(kWh) Qsurse

(kWh) η QR,cont (kWh)

Martie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Aprilie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

Mai 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Iunie 16 384 -850 -2154 1365 1789 -3003 3153 1 150 Iulie 31 744 -971 -2460 2644 3457 -3431 6101 1 2670

August 30 720 -1174 -2976 2559 3809 -4150 6368 1 2218 Septembrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Octombrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Noiembrie 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

Tabel 2.14.: Calculul necesarului de energie pentru răcire în regim continuu

Energia totală necesară răcirii pe perioada sezonului de răcire este QR=5038 kWh.


ФT (kW) ФV (kW) Фint (kW) Фs (kW) Martie -8.9 -22.6 3.6 3.5 Aprilie -6.1 -15.6 3.6 4.4

Mai -3.6 -9.2 3.6 4.4 Iunie -2.2 -5.6 3.6 4.7 Iulie -1.3 -3.3 3.6 4.6

August -1.6 -4.1 3.6 5.3 Septembrie -3.6 -9.2 3.6 5.2 Octombrie -6.2 -15.8 3.6 4.4 Noiembrie -8.8 -22.2 3.6 2.3



62


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10


[kW]

Φ sΦ TФV Фint



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Iunie Iulie August

[kWh]Qracire


II.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi

3a. Numarul ocupanţilor creşte

Dacă se consideră 5 m2/persoană în loc de 10 m2/persoană ca în cazurile precedente,

numărul ocupanţilor creşte la 135 ocupanţi/clădire, aproape dublu decât în cazurile precedente

(66 de persoane).

150

2670 2218


63

Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară, deci energia disipată prin

ventilare este nulă. În acest caz, creşterea numărului de persoane influenţează doar energia

provenită de la sursele interne, restul datelor rămân aceleaşi ca în cazul 1 de referinţă.

Aporturile de căldură de la sursele interne se calculează însumând efectiv aporturile

provenite de la ocupanţi, aparatura electronică şi iluminat, fiecare dintre aceste componente fiind

calculată în funcţie de gradul de ocupare al clădirii, ca în cazurile precedente.

Căldura degajată de ocupanti s-a calculat considerând o degajare de 75 W/persoană şi un

număr de ocupanţi Npers=135:


248

75 (2.31)


W/aparat şi un număr de aparate Nap,e=135:

W.=**pers/W*N=Φ e,ape,ap 29321475

248

100 (2.32)

Căldura degajată de iluminat rămâne aceeaşi:


244

10 2 (2.33)

Fluxul de căldură total datorat surselor interne:

W.=Φ+Φ+Φ=Φ ile,apocint 826428 (2.34)

Sezonul de răcire, determinat grafic cu ajutorul temperaturii medii de echilibru, este

7 martie – 15 noiembrie – 254 zile.

Necesarul de răcire aferent este QR=39625 kWh.


64

-5

0

5

10

15

20

25

feb. mar. apr. mai iun. iul. aug. sept. oct. nov.

temp.exterioara

temp.echilibru




Martie -8,9 0,0 6,4 3,5 Aprilie -6,1 0,0 6,4 4,4

Mai -3,6 0,0 6,4 4,4 Iunie -2,2 0,0 6,4 4,7 Iulie -1,3 0,0 6,4 4,6

August -1,6 0,0 6,4 5,3 Septembrie -3,6 0,0 6,4 5,2 Octombrie -6,2 0,0 6,4 4,4 Noiembrie -8,8 0,0 6,4 2,3



65


-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8


[kW]

Φ sΦ TΦ int



-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000


[kWh]

Q racire


3b. Numarul ocupanţilor scade


numărul ocupanţilor scade la 66 ocupanţi/clădire la 45.

Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară, deci diferenţa de

temperaturi este nulă şi astfel şi energia disipată prin ventilare este nulă. În acest caz, creşterea

611

3350

5325 6389

7269 7506

5743

3459

-28


66

numărului de persoane influenţează doar energia provenită de la sursele interne, restul datelor

rămân aceleaşi ca în cazul 1 de referinţă.

Căldura degajată de ocupanti s-a calculat considerând o degajare de 75 W/persoană şi un

număr de ocupanţi Npers=45:


248

75 (2.35)


W/aparat şi un număr de aparate Nap,e=135:

W.=**pers/W*N=Φ e,ape,ap 43107175

248

100 (2.36)

Căldura degajată de iluminat rămâne aceeaşi:


244

10 2 (2.37)

Fluxul de căldură total datorat surselor interne:

W.=Φ+Φ+Φ=Φ ile,apocint 822678 (2.38)


7 aprilie – 22 octombrie – 199 zile.


0

5

10

15

20

25


temp.exterioara

temp.echilibru



67



Martie -8,9 0,0 2,7 3,5 Aprilie -6,1 0,0 2,7 4,4

Mai -3,6 0,0 2,7 4,4 Iunie -2,2 0,0 2,7 4,7 Iulie -1,3 0,0 2,7 4,6

August -1,6 0,0 2,7 5,3 Septembrie -3,6 0,0 2,7 5,2 Octombrie -6,2 0,0 2,7 4,4 Noiembrie -8,8 0,0 2,7 2,3



-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8


[kW]

Φ sΦ TΦ int



68


0

1000

2000

3000

4000

5000

Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie

[kWh]

Q racire


II.3.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură variabilă

Această variaţie a temperaturii de refulare a fost posibilă prin impărţirea perioadei de

timp t în două intervale (t=t1+t2), în care:

t1- perioada de timp in care debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioră

(netratat), cand aceasta este mai mică de 25°C;

t2- perioada de timp in care debitul de aer proaspăt este răcit până la valoarea temperaturii

interioare de calcul, când temperatura exterioară este mai mare de 25°C;

Intervalele de timp t1 si t2 au fost stabilite folosind ca ipoteza de calcul perioada de răcire

rezultată în urma simularii Trnsys.

O alternativă pentru această modalitate de stabilire a intervalelor de timp t1 si t2 ar fi cea a

încercarilor repetate dar acest lucru ar anula simplicitatea metodei.

În afara perioadei de răcire rezultate în Trnsys, acest cazul 4 este identic cu cazul 2. Pe

parcursul acestei perioade însă, cazul 4 devine asemănător cu cazul 1, în care temperatura de

introducere este temperatura interioară.

520

2535

3689 4479

4716

3043

475


69

Calculul fluxului disipat prin ventilare

Fluxul pierdut-primit de către clădire prin ventilare este calculată cu relaţia :

)]-(*H[ kintr,in

1kk,vV

(2.39)

Energia disipată prin ventilare:

t*Q VV (2.40)


θintr,k - temperatura de introducere (refulare);

ek,rint - în afara perioadei de racire rezultate din simularea Trnsys ;

ik,rint - în timpul perioadei de racire rezultata din simularea Trnsys (24mai – 18

septembrie) ;

Coeficientului de transfer prin ventilare datorat aerului refulat HV,k W

K

;

vaaV V*c*ρ=H - în perioada de timp t1, in care debitul de aer proaspăt este introdus cu

temperatura exterioră (în afara perioadei de răcire rezultate din simularea Trnsys) ;

HV = 1117 WK

H =V 0 - în perioada de timp t2 (perioada 24mai – 18 septembrie, rezultată din simularea

Trnsys);

Sezon de racire Hv (W/°C) θi (°C) θintr (°C) ФV (W) Martie 1117 4.79 -22578 Aprilie 1117 11.08 -15551

1-23 Mai 1117 16.74 -9228 24-31 Mai 0 25 0

Iunie 0 25 0 Iulie 0 25 0

August 0 25 0 1-18 Septembrie 0 25 0

19-30 Septembrie 1117 16.74 0 Octombrie 1117 10.89 -15763 Noiembrie 1117

25

5.13 -22198

Tabel 2.18.: Calculul fluxului disipat prin ventilare


70


Pentru a calcula sezonul de răcire este necesar să se calculeze temperatura medie

exterioară de echilibru θem, pentru lunile de tranzit, şi anume mai şi septembrie.

Componenta HV intra în calcul doar pentru perioada în care ek,rint

3123*HH

)(*

VT

sintiem

, (1 mai-23 mai); (2.41)

3018*HH

)(*

VT

sintiem

(19 sept- 30 sept); (2.42)

0

5

10

15

20

25


temp.exterioara

temp. echilibru mediata


Sezonul de răcire rezultă 1 iunie - 28 septembrie – 120 zile.




Martie -8.9 -22.6 3.6 3.5 Aprilie -6.1 -15.6 3.6 4.4

Mai -3.6 -9.2 3.6 4.4 Iunie -2.2 0.0 3.6 4.7 Iulie -1.3 0.0 3.6 4.6

August -1.6 0.0 3.6 5.3 Septembrie -3.6 -9.2 3.6 5.2 Octombrie -6.2 -15.8 3.6 4.4 Noiembrie -8.8 -22.2 3.6 2.3



71


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10


[kW]

Φ sΦ TФint Φ v



-4000-3000-2000-1000

0100020003000400050006000

Iunie Iulie August Septembrie

[kWh] Q racire


4319 5130 5367

-2773


72

II.3.5. Comparaţie între cazuri şi concluzii

Cazul studiat Date de intrare Perioada de

racire

Numărul

de zile

Necesarul de

racire pentru

cladire (kWh)

θintr=θi Cazul 1 de referintă

Npers=66

1 aprilie –

22 octombrie 205 23893

θintr=θe Cazul 2

Npers=66

15 iunie –

30 august 77 5038

θintr=θi Cazul 3a

Npers=135

7 martie –

15 noiembrie 254 39625

θintr=θi Cazul 3b

Npers=45

7 aprilie –


θintr=var. Cazul 4

Npers=66

1 iunie –

28 septembrie 120 12044

Tabel 2.20.: Tabel centralizator cu diferitele cazuri studiate

Necesarul de racire pentru diferite situatii

05000

1000015000200002500030000350004000045000

1

[kWh]

cazul 1 referinta

cazul 2

cazul 3acazul 3b

cazul 4

Fig.2.18.: Energia consumată necesară răcirii pentru diferitele cazuri studiate


73

Din punct de vedere al temperaturii de introducere, dacă aceasta este egală cu

temperatura exterioară, se remarcă o scădere substanţială a sezonului de răcire şi implicit şi a

consumului de energie pentru răcire faţă de cazul de referinţă în care temperatura de introducere

este temperatura interioară de calcul de 25oC. Acest lucru se datorează faptului că în primul caz

de referinţă pierderile de căldură prin ventilare sunt nule şi astfel aporturile interne de căldură

sunt amplificate faţă de cazul al doilea. În cazul introducerii aerului cu temperatura interioară

aporturile sunt mai mari decât pierderile de căldură, ceea ce conduce la un sezon de răcire mai

mare.

În cazul al doilea, când aerul proaspăt este introdus cu temperatura exterioară, se remarcă

o perioadă de răcire scurtă şi o valoarea redusă a consumului de energie pentru răcirea clădirii.

Acest lucru se datorează faptului că metoda lunară operează cu temperaturi medii exterioare

lunare care uneori sunt mai mici decât cele interioare.

Prin urmare pe perioada verii este posibil să avem pierderile de căldură prin transfer, ceea

ce nu corespunde cu realitatea.

Pierderile de căldură prin ventilare amplifică de fapt urmarea ipotezei asupra rezultatului

metodei lunare prin faptul că introduce pierderi de căldură foarte importante, în timp ce în

realitate aerul proaspăt trebuie răcit în perioada de utilizare.

Ponderea cu care energia disipată prin ventilare influentează rezultatul este direct

proportională cu cantitatea debitului de aer proaspăt introdus.

Din cauza acestei presupuneri, calculele realizate prin metoda lunară scapă din vedere

consumurile sistemului de ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se

consideră că acesta este introdus cu temperatura exterioară mai mică decât temperatura interioară

de calcul tot timpul, ceea ce nu corespunde cu realitatea.

Cazul 4 în care temperatura de introducere este variabilă în funcţie de valoarea

temperaturii exterioare este cel mai economic. Se remarcă o scădere aproape la jumătate a

perioadei de răcire şi a consumului de energie faţă de primul caz. Rezultatele obtinute in acest

studiu de caz se apropie mult mai mult de realitate decât cele din studiul de caz 2 deoarece nu

mai sunt introduse pierderi de caldura prin transfer în lunile de vârf şi datorită faptului că se ia în

considerare răcirea debitului de aer proaspăt în anumite perioade.


74

Din punct de vedere al variaţiei numărului de ocupanţi, dacă aporturile interne se

calculează în funcţie de numărul de ocupanţi şi aparatură electronică, perioadele de răcire variază

direct proporţional cu acest număr.

Pentru cazul în care numărul de persoane creşte (135 persoane), sezonul de răcire creşte

cu două luni, proporţional cu numărul de persoane dublat. La fel creşte şi necesarul de energie.

Pentru cazul în care numărul de persoane scade (45 persoane), sezonul de răcire rămâne

aproximativ acelaşi, cu o uşoară scădere a numărului de zile. Consumul de energie scade şi el.

O altă variantă pentru a calcula aporturile interne este cu ajutorul unui coeficient mediu în

funcţie de aria totală a clădirii, coeficient prevăzut în anexa metodologiei MC001 ca fiind 7,4

W/m2 ce reprezintă densitatea fluxului de căldură degajat de ocupanţi şi aparatură electronică,

pentru spaţii de birouri. În acest caz, aporturile interne sunt constante, ele nu ţin seama de

variaţia numărul de ocupanţi:

Фint = 7,4*Atotală = 4996,55 W

Astfel, dacă numărul de ocupanţi variază, singura componentă care se modifică în

calculul necesarului de răcire este energia necesară ventilării, prin coeficientul de transfer prin

ventilare Hv care ţine cont de debitul de aer proaspăt introdus Vv. Pierderile de căldură variază

proporţional cu numărul de persoane, dar aporturile interioare rămân constante, ajungându-se la

situaţii neverosimile în care modificarea numărului de ocupanţi variaza in sens invers cu energia

necesară pentru răcire.

De aceea, pentru o concordanţă cu realitatea, calculul aporturile interne trebuie să se

facă pe componente, ţinând cont de ocupanţi, aparatura electronică şi iluminat.


75

Capitolul 3

CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA

CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE SIMPLIFICATE

III.1. Metoda orară bazată pe analogia termo-electrică

Calculul consumului de energie pentru o clădire poate fi determinat prin calcul lunar sau

calcul orar, simplificat sau detaliat. Metodele orare sunt metode dinamice, cu pas de timp de o

oră sau chiar mai mic. În comparaţie cu metoda lunară, cele orare permit introducerea unor

scenarii de funcţionare orare referitoare la temperaturile prescrise, modul de ventilare, sursele

interioare de căldură, utilizarea dispozitivelor de umbrire etc.

În consecinţă, modelarea realizată este mai apropiată de fenomenele fizice şi de regimul

de utilizare, de aceea rezultatele obţinute sunt mai apropiate de realitate.

Metodele orare sunt în mod special de preferat celei lunare în cazul clădirilor cu inerţie

termică mare, cu intermitenţă mare de funcţionare sau în alte situaţii speciale.

Metoda orară care se prezintă în continuare are la bază un model analogic termo - electric

şi utilizează o schemă de tip R-C (Rezistenţe - Capacităţi). Este o metodă dinamică ce modelează

rezistenţele şi capacităţile termice precum şi fluxurile de căldură emise de sursele interioare.

Metoda este simplificată deoarece combină rezistenţa la transfer termic şi capacitatea termică a

unui strat, într-o singura pereche “rezistenţă-capacitate”.

Analogia termo-electrică se caracterizează prin faptul că legile care guvernează cele două

fenomene sunt identice. Se poate realiza o corespondenţă între marimile termice şi cele electrice:

Mărimi termice Mărimi electrice

Temperatură Potenţial

Flux de căldură Intensitate curent electric

Conductanţă termică Conductanţă electrică

Capacitate termică Capacitate electrică

Tabel 3.1. Corespondenţa între mărimile termice şi cele electrice pentru analogia termo-electrică


76

Analogia electrică are ca scop crearea unei reţele electrice pe baza ecuaţiilor ce definesc

fenomenul termic. Pentru a putea aplica analogia electrică, este nevoie mai întâi de o discretizare

spaţială a problemei (metoda nodală), prin metoda diferenţelor finite. Această discretizare

permite transformarea ecuaţilor cu derivate parţiale aferente problemei într-un sistem de ecuaţii

algebro-diferenţiale.

III.1.1. Rezolvarea ecuaţiei căldurii prin metoda diferenţelor finite. Aplicarea

analogiei electrice pentru un perete omogen.

Se consideră un perete compus din mai multe straturi omogene, pentru care schema

analogica este prezentată mai jos:

Fig. 3.1. Schema analogica aunui perete multistrat

Unde Ci – capacitatea calorifică aferentă nodului i, mi c*x*C

Ri-1, i - rezistenţa termică între nodurile i-1 şi i,

xR

cm – căldura masică a materialului (J/kgK)

ρ – densitatea materialului(kg/m3)

λ – conductivitatea termică a materialului (W/mK)

Δx – pasul de discretizare spaţial (grosimea stratului peretelui) (m)

Dacă aplicăm legea lui Kirchoff în fiecare nod, la un moment de timp k+θ dat, vom

ajunge la ecuaţia:


77

)TT(U)TT(UTTC k

ik

1i1i,iki

k1ii,1i

k

ii

(3.1)

Unde U=1/R - conductanţa termică

În cazul unui perete simplu, cu un singur strat, domeniile în care a fost discretizat peretele

ar avea conductanţe termice egale, şi deci

)TT2T(RC1

TT k

1iki

k1i

k

i

(3.2)

Considerăm că trecerea căldurii se va face unidirecţional, corespunzător axei Ox, şi că nu

avem surse interioare de căldură (φv= 0), astfel ecuaţia căldurii se scrie :

tT

xTa 2

2

(ecuaţia Fourier pentru transmiterea unidirecţională a căldurii) (3.3)

Se alege un pas de timp Δt şi un pas de spaţiu Δx, şi ne poziţionăm la un moment

intermediar k+θ.

Fig.3.2. Reţea unidimensională cu diferenţe finite

Folosind dezvoltarea în serie Taylor, discretizarea în spaţiu la momentul k+θ pentru

planul i [44]

ki2

22ki

ki

k1i )

xT(

2x)

xT(*xTT (3.4)

ki2

22ki

ki

k1i )

xT(

2x)

xT(*xTT (3.5)

Adunând cele două relaţii, rezultă expresia derivatei de ordin doi a temperaturii :


78

2

k1i

ki

k1i

k

i2

2

x

TT2T

xT

(3.6)

Introducem acaestă expresie în ecuaţia căldurii :

2

k1i

ki

k1i

k

i2

2

x

TT2Ta

xTa

(3.7)

Înlocuim difuzivitatea termică cu acm

[m3/s] Aceasta reprezintă aptitudinea unui

corp solid de a lăsa să treacă căldura prin conducţie sau de a difuza temperatura în interiorul lui,

fiind o măsură a inerţiei termice a corpului. Ecuaţia devine:

(3.8)

Expresia este echivalentă cu

(3.9)

Ţinând cont de formula pentru rezistenţa R şi capacitatea C, ajungem la aceeaţi expresie

ca în cazul aplicării legii lui Kirchoff pentru fiecare nod, şi anume:

)TT2T(RC1

tT k

1ik

ik

1i

k

i

(3.10)

Drept urmare, aplicarea metodei nodale este echivalentă cu discretizarea spaţială prin

metoda diferenţelor finite, şi conduce la o aproximare de ordinul doi a ecuaţiei căldurii.

Discretizarea în timp la momentul k+θ pentru planul i se face pe acelaşi principiu ca şi

discretizarea în spaţiu:

ki

ki

1ki )

tT(*)1(tTT (3.11)

ki

ki

ki )

tT(**tTT (3.12)

Derivata temperaturii în funcţie de timp este:

)TT2T(xc

)x

T(a k1i

ki

k1i2

m

ki2

2

)TT2T(xc

)tT( k

1iki

k1i2

m

ki


79

tTT

)tT(

ki

1kik

i

(3.13)

Introducând cele două derivate în funcţie de spaţiu şi timp, ecuaţia căldurii devine :

tTT

x

TT2Ta

ki

1ki

2

k1i

ki

k1i

(3.14)

Vom exprima toate temperaturile în funcţie de cele de la momentele de timp k şi k+1 :

ki

1ki

ki

1ki

ki

ki

ki

ki T)1(T*)TT(T)

tT(**tTT

(3.15)

Generalizând rezultatul şi pentru planurile i+1 şi i-1, avem :

k1i

1k1i

k1i T)1(T*T

(3.16)

k1i

1k1i

k1i T)1(T*T

(3.17)

Introducând noile relaţii în ecuaţia căldurii stabilită mai sus, avem:

tTT

x

T)1(TT)1(2T2T)1(Ta

ki

1ki

2

k1i

1k1i

ki

1ki

k1i

1k1i

(3.18)

tTT

)TT2T(x

)1(a)TT2T(xa k

i1k

ik1i

ki

k1i2

1k1i

1ki

1k1i2

(3.19)

Introducând numărul lui Fourier 2xtaFo

, rezultă :

ki

1ki

k1i

ki

k1i

1k1i

1ki

1k1i TT)TT2T(*Fo*)1()TT2T(*Fo*

(3.20)

Există mai multe tipuri de scheme de diferenţe finite în funcţie de valoarea lui θ :

1) Schema explicită, pentru θ =0

ki

1ki

k1i

ki

k1i TTFoTFoT2FoT

, deci (3.21)

)TT(FoT)Fo21(T k1i

k1i

ki

1ki (3.22)

În această schemă, temperatura într-un punct la un moment de timp k+Δt (Tk+1) se

calculează în funcţie de temperatura la momentul de timp precedent (Tk). Se presupune că la

momentul iniţial t=0 de la care se porneşte calculul, distribuţia de temperatură este dată. Astfel se


80

obţine temperatura locală pentru diverse noduri (puncte) i=1,2,...n în ipoteza că la fiecare

moment de timp t, distribuţia de temperatură în intervalul dintre două puncte vecine este lineară.

Convergenţa soluţiei este dată de alegerea corectă a lui Δt şi Δx, deci a numărului

Fourier. Aceste două valori trebuiesc alese astfel încât 1-2Fo≥0 pentru ca metoda să fie

convergentă, deci Fo≤1/2.

Pentru cazul particular în care Fo=1/2, rezultă:

2TT

Tk

1ik

1i1ki

(3.23)

În acest caz, valoarea maximă admisibilă a perioadei de timp Δt este dată de condiţia

21

xtaFo2

, deci

ax

21t

2adm

2) Schema implicită, pentru θ =1

ki

1ki

1k1i

1ki

1k1i TT)TT2T(*Fo

(3.24)

)TT(FoT)Fo21(T 1k1i

1k1i

1ki

ki

sau (3.25)

Fo21)TT(FoT

T1k

1i1k

1iki1k

i

(3.26)

În această schemă, temperatura într-un punct la un moment de timp k+Δt (Tk+1) nu se

mai poate calcula explicit în funcţie de temperatura la momentul de timp precedent (Tk).

Avantajul acestei scheme este că este mereu convergentă.

Rezlovarea setului de ecuaţii pentru i=1,2,...n este mai complicat deoarece în fiecare

ecuaţie există trei temperaturi necunoscute: Tik+1, Ti+1

k+1, Ti-1k+1. Toate aceste n ecuaţii pot fi

rezolvate împreună, dar pentru un număr mare n, rezolvarea prin sisteme clasice este foarte

dificilă şi necesită un volum mare de lucru. De aceea ecuaţia aferentă schemei implicite se poate

rescrie în funcţie doar de aceste trei temperaturi necunoscute, restul coeficienţilor fiind notaţi

pentru simplificare cu A, B, C şi respectiv D:

ki

1k1-i

1ki

1k1i TT*Fo-T)1Fo2(T*Fo-

, adică (3.27)

i1k

1-ii1k

ii1k

1ii DT*C-T*BT*A- (3.28)

Ţinând cont de dependinţa liniară a temperaturilor necunoscute:

i1+k

1+ii1+k

i F+TE=T (3.29)


81

1i1k

i1-i1k

1-i FTET (3.30)

unde E şi F sunt nişte coeficienţi.

Introducând temperaturile scrise astfel în ecuaţia aferentă schemei implicite, se poate

exprima Tik+1 în funcţie de Ti+1

k+1 şi de coeficienţii A, B, C, D, E, F:

1iii

1iii1k1i

1iii

i1ki ECB

F*CDT

ECBA

T

(3.31)

Cele două ecuaţii care definesc temperatura Tik+1 au formă asemănătoare, de unde se poate scrie

prin comparaţie:

1-iii

ii EC-B

AE (3.32)

1-iii

1-iiii EC-B

F*CDF

(3.33)

Această metodă de rezolvare a ecuaţilor aferente schemei implicite constă în a calcula succesiv

Ei şi Fi, de la i=1 până la i=n.

3) Schema Crank-Nicolson, pentru θ =1/2

)TT2T(*Fo*21)TT2T(*Fo*

21TT k

1iki

k1i

1k1i

1ki

1k1i

ki

1ki

(3.34)

Această schemă este tot implicită, însă are avantajul că nu mai prezintă condiţii de

convergenţă.

III.1.2. Comentarii privind metoda de calcul analogic

Demonstraţia prezentată reprezintă model pentru transferul de căldură conductiv,

introdus în anii 1980. Se constată că de fapt, prin aplicarea metodei, se realizează discretizarea

spaţială a ecuaţiei căldurii prin metoda diferenţelor finite. Aceasta se va integra în continuare

numai în raport cu timpul şi astfel se obţine în final un model relativ simplu care constă într-un

sistem de ecuaţii diferenţiale de ordinul I care, cu condiţii iniţiale cunoscute, se poate rezolva

folosind solvere uşor de aplicat, bazate de exemplu pe metoda Runge-Kutta.


82

Includerea în studiul de faţă a acestei probleme este justificată de următoarele

considrente:

- metoda de calcul orară simplificată este inclusă în standardul EPBD [38] şi a fost

preluată în metodologia română MC001 de calcul a eficienţei energetice a clădirilor;

- demonstraţia urmăreşte credibilizarea acestei metode faţă de specialiştii români care

lucrează în domeniul transferului de căldură şi care s-au arătat reticenţi faţă de

aplicarea acestui model;

- metoda analogică a stat la baza concepţiei programului CoDyBa realizat de un grup

de cercetători de la INSA (Institut National des Sciences Appliquées) Lyon Franţa şi

care va fi utilizat în continuare în teză. [22]

III.2. Programul CoDyBa

III.2.1. Descrierea generală a programului de simulare

CoDyBa (Comportement Dynamique des Bâtiments – Comportamentul Dinamic al

Clădirilor ) este un software de simulare dinamică a performanţelor termice şi energetice ale

clădirilor.

Acesta poate analiza performanţele dinamice hidrotermice ale elementelor de construcţie

atunci când este supus la orice fel de condiţii climatice. Instrumentul poate fi folosit pentru mai

multe scopuri: să realizeze studii şi strategii de încălzire şi de răcire, sa analizeze opţiuni de

climatizare sau de ventilare, să compare materiale izolatoare pentru a fi montate. Obiectivul

principal al CoDyBa este de a estima consumului de energie, şi variaţia intervalului de

temperatură şi umiditate.

Programul permite să se estimeze necesarul de încălzire sau de răcire pentru a menţine o

anumită temperatură setată, sau pentru a calcula temperatura interioară atunci când sistemul de

încălzire sau de răcire este insuficientă. Acelaşi lucru se poate calcula şi pe parte de umiditate.

CoDyBa poate fi utilizat pentru a investiga performanţa energetică a clădirilor de aproape

orice tip şi dimensiune. În plus faţă de efectuarea calculelor de vârf necesare pentru proiectarea

echipamentelor mecanice, CoDyBa estimează, de asemenea, performanţa energetică anuală a

clădirii.


83

Programul CoDyBa are la bază modelarea unui sistem termic format dintr-o clădire

amplasată în mediul exterior. Acest sistem este compus din module elementare (pereţi, ferestre,

volume de aer etc) pentru care se realizează o modelare. Conexiunea dintre aceste module

reprezintă modelul global al clădirii. Acestui model ii sunt aplicate solicitări externe (climatul

exterior, sarcini interne etc), care pot fi şi ele la rândul lor modelate. Comportamentul dinamic al

al clădirii rezultă din faptul că programul ţine cont de caracterul variabil în timp al acestor

solicitări; datele de ieşire sunt calculate în funcţie de pasul de timp ales, care de obicei este de o

oră. [74]

III.2.2. Aplicarea analogiei electrice pentru programul CoDyBa

Schema analogică a programului CoDyBa, care include şi repartiţia fluxurilor pe diferite

noduri, este dată în figura de mai jos. [12] Modulele componente ale acestei scheme sunt:

Pereţii exteriori, cu cele două noduri capacitive (nodul 3 la exterior şi nodul 4 la interior)

Planseul, care are aceeaşi structură ca şi peretele exterior, cu două noduri capacitive

(nodul 5 la exterior şi nodul 6 la interior)

Ferestrele, care nu au noduri capacitive pentru că nu au inerţie termică (nodul 1 la

exterior şi nodul 2 la interior)

Ventilarea, care leagă nodul corespunzător aerului exterior cu cel al aerului interior

Pereţii interiori, care au un nod interior capacitiv (nodul 8) iar celălalt fiind nod de

suprafaţă (nodul 7)


84

Fig. 3.3. Schema de repartiţie a fluxurilor pt programului CoDyBa ([12])

Căldura provenită de la sarcina internă sensibilă se transferă radiativ - pe lungime de

undă scurtă (CICLO) sau lungime mare de undă (CIGLO)- şi convectiv (CICONV).

Fiecare nod este supus unor aporturi de căldură provenite ori de la soare ori de la sarcina

internă, descompusă în cele trei părţi amintite mai sus.

Φ1 – fluxul solar direct şi difuz absorbit de fereastră (W)

Φ2 – fluxul solar direct şi difuz absorbit de peretele exterior (W)

Φ3 – fluxul solar direct şi CICLO difuz absorbit de planşeu (W)

Φ4 – fluxul solar direct şi difuz şi CICLO absorbit de peretele interior (W)

Φ5 – fluxul solar şi CICLO absorbit de fereastră după reflexie (W)

Φ6 – fluxul solar şi CICLO absorbit de peretele exterior după reflexie (W)


85

Sistemul de ecuaţii care rezultă din bilanţul termic în fiecare nod ([12], [86]) se bazează

pe expresia ecuaţiei căldurii arătată in subcapitolul anterior:

TU)TT(U)TT(UTTC i1i1i,ii1ii,1i

ii (3.35)

Fig. 3.3. Schema analogica a programului CoDyBa ([86])

Nodul 1: 1egrv2v1vgrv TUTUT)UU(0 (3.36)

Nodul 2: 110irv9icv2icvirvv1v TUTUT)UUU(TU0 (3.37)

Nodul 3: 21egm4m3megm3

em TeUTUT)UU(dt

dTC (3.38)

Nodul 4: 610irm9icm4icmirmm3m4

im TUTUT)UUU(TUdT

dTC (3.39)

Nodul 5: egpb6pb5pbgpb5

epb TUTUT)UU(dt

dTC (3.40)

Nodul 6: 310rpb9cpb6rpbcpbpb5pb6

ipb TUTUT)UUU(TUdTdT

C (3.41)


86

Nodul 7: 410rpi9cpi8pi7picpirpi TUTUTUT)UUU(0 (3.42)

Nodul 8: 8pi7pi8

pi TUTUdt

dTC (3.43)

Nodul 9: CICONVPTUT)UUUUU(

TUTUTUTUdTdT

C

era9cpicpbicmicvra

7cpi6cpb4icm2icv9

ai

(3.44)

Nodul 10:

CIGLOT)UUUU(TUTUTUTU0 10rpirpbirmirv7rpi6rpb4irm2irv (3.45)

Rezolvarea acestui sistem de ecuaţii algebro-diferenţiale se face prin metoda diferenţelor

finite, utilitând o schemă implicită.

În funcţie de modul de funcţionare, se pot scrie două sisteme diferite:

puterea interioară disipată este cunoscută, necunoscuta fiind temperatura aerului interior.

În acest caz sistemul este de forma [A]*{Tit+1}=[B]

temperatura aerului interior este cunoscută, necunoscuta fiind puterea interioară disipată.

În acest caz sistemul este de forma [A’]*{Tit+1}=[B’]

Rezolvarea acestor sisteme în CoDyBa se face prim metoda matricei inverse, astfel că

temperatura Tit+1 se calculează ca un produs matricial:

{Tit+1}=[A]-1 [B] şi

{Tit+1}=[A’]-1 [B’]

III.2.3. Introducerea datelor de intrare în program

CoDyBa are o interfaţă grafică uşor de folosit, cu o structiră tip arbore cu patru ramuri

principale: biblioteca de materiale, fisierul meteo, clădirea şi tabele. Prin interfaţa grafică,

utilizatorul construieşte un model de geometrie a clădirii, folosind elemente de bază (volume de

aer, pereţi, ferestre). Apoi se adăugă sarcini interne şi sisteme HVAC în modelul de clădire creat

şi se efectuează calcule termice.

Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea simulărilor sunt:

- caracteristicile elementelor de anvelopă, care se definesc în Biblioteca de Materiale;


87

- scenariile de funcţionare ale echipamentelor şi programul de lucru al angajaţilor, care se

definesc în ramura Tabel/ Profile ;

- climatul exterior, se inserează fişierul meteo;

- descrierea clădirii şi a elementelor sale (pereţi, ferestre, terasă), introduse în ramura Clădire;

- sursele interne de căldură repartizate pe cele trei componente (oameni, echipamente, iluminat),

introduse în ramură Clădire/Interior;

- date privind sistemele de răcire şi ventilare, definite în în ramură Clădire/Interior;

- debitul de aer şi temperatura aerului interior, introduse prin regulator de debit şi regulator de

temperatură în ramură Clădire/Interior.

Introducerea datelor privind elementele de construcţie masive (pereţi, terase, pardoseli):

Se introduc dimensiunile, orientarea (prin alegerea azimutului solar), straturile

componente de la interior la exterior. Programul calculează rezistenţa termică.


88

Terasa se introduce tot ca un perete, doar ca se alege azimutul 0 grade, înclinare 0 grade

şi tipul plafon.

Pentru placa pe sol se alege azimutul 0 grade, înclinare 180 grade şi tipul planşeu.

Pe ramura Clădire/Interior se definesc pereţii interiori, planşeul intermediar şi toate

aporturile interioare de căldură. Pentru elementele de construcţie din această categorie nu mai

trebuie definită orientarea, ci doar tipul.

Introducerea planşeului:


89

Introducerea ferestrelor:

Degajările de la oameni:

La fel se definesc şi degajările de la echipamente, iluminat. Pentru scenariul de activitate

se selectează un scenariu definit anterior în ramura Tabele/Profil.

Programul de lucru al angajaţilor este de la ora 9.00 pana la ora 17.00 în timpul

săptămânii, de luni pâna vineri.


90

S-a considerat acelaşi program de funcţionare şi pentru aparatura electronică din birouri

(PC, laptop, imprimanta, copiator).


fiind disponibil de la ora 8.00 la ora 10.00 şi de la 16.00 la 18.00. S-a considerat că programul de

funcţionare pentru iluminat trebuie să înceapă înaintea programului de lucru al angajaţilor,

deoarece personalul de serviciu care asigură curăţenia trebuie să vină cu o ora mai devreme decât

angajaţii şi să plece mai tarziu. De asemenea s-au luat în calcul situaţiile când unii angajaţi pot să

rămână peste program la birou.

Introducerea temperaturii interioare:

În funcţie de tipul ales, instalaţia se utilizează pentru încălzire (type addition) sau răcire

(type extraction). În cazul în care se doreşte să se afle necesarul pentru răcire, se defineşte un

scenariu de temperatură (25 0C constant pe perioada programului de funcţionare al ocupanţilor).


91

III.3. Studii de caz

III.3.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu


Ipotezele de calul legat de clădire şi de programul de funcţionare rămân aceleaşi ca şi în

cazul calculului lunar.


Dacă debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul, se

consideră că debitul de ventilare este nul. Totuşi rămâne un debit de aer proaspăt de 0,1 h-1

schimburi pe oră, datorat infiltraţiilor.


Ca şi în cazul calculului lunar, degajările de la sursele interioare provin de la ocupanţi,

aparatură electronică şi iluminat.

Se consideră 66 de ocupanţi, cu o degajare de 75W/persoană în timpul programului de

lucru (se consideră doar caldura sensibilă, la fel ca şi în cazul lunar).

În cazul echipamentelor electronice, se iau în calcul 66 aparate cu o putere de 100W

fiecare, pe perioada de funcţionare.

Pentru degajările de căldură care provin din iluminat, se introduce valoarea calculată cu

metoda lunară, de 803,82W, pe perioada de funcţionare, şi anume 8.00-10.00 şi 16.00-18.00.


244

10 2 (3.46)


Pentru a determina perioada de răcire, în simulare se lasă clădirea să evolueze liber, fără

sistem de răcire şi se centralizează temperaturile interioare obţinute. Sezonul de răcire se

consideră că începe atunci când trei zile consecutiv temperatura interioară depăşeşte 25 oC (adică

temperatura interioară de calcul) cel puţin 3 ore/zi. Evoluţia temperaturii interioare în regim liber

este reprezentată în acest caz în figura 3.5.

Rezultatele obţinute sunt importate într-un fişier Excel, cu ajutorul caruia se poate

reprezenta grafic variaţia temperaturilor interioare comparativ cu temperatura interioară de


92

calcul, care trebuie menţinută constant 25 oC. Sezonul de răcire se poate citi grafic pe abscisă,

corespunzător curbei care depăşeşte dreapta de temperatură constantă de 25 oC.

Fig. 3.5. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 1

Perioada de răcire: 22 mai – 1 noiembrie – 164 zile, iar consumul de energie pentru răcire

este QR= 12567 kWh.

III.3.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura

exterioară

În acest caz, singura componentă care se modifică faţă de cazul precerdent este necesarul

de răcire pentru ventilare, restul datelor de intrare rămân aceleaşi.

Faptul că debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară este reprezentat

în program prin punerea în funcţiune a ventilării. Debitul este exprimat în schimburi de aer pe

oră.


Pentru 66 de persoane, Vv = 3351 m3/h. Raportat la volumul clădirii de 2230 m3, rezultă 1,5

schimburi de aer pe oră. Ventilarea funcţionează pe perioada de lucru al angajaţilor. În rest se

consideră un debit de aer proaspăt de 0,1 h-1 schimburi pe oră, datorat infiltraţiilor.


93


94

Evoluţia temperaturii interioare în regim liber este reprezentată în acest caz în figura 3.6.

Fig. 3.6. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 2

Perioada de răcire: 22 mai – 31 octombrie – 163 zile, iar consumul de energie pentru

răcire este QR= 12644 kWh.

III.3.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi


Ca şi în cazul calcului lunar, dacă se consideră 5 m2/persoană în loc de 10 m2/persoană ca

în cazurile precedente, numărul ocupanţilor creşte la 135 ocupanţi/clădire, aproape dublu decât

în cazurile precedente (66 de persoane).

În acest caz, creşterea numărului de persoane influenţează doar energia provenită de la

sursele interne, restul datelor rămân aceleaşi ca în cazul 1 de referinţă.

Programul calculează căldura degajată de ocupanti, considerând o degajare de 75

W/persoană şi un număr de ocupanţi Npers=135.

Pentru aparatura electronică s-a considerat o degajare de 100 W/aparat şi un număr de

135 aparate.

Căldura degajată de iluminat rămâne aceeaşi, de 803,82W.



95

Fig. 3.7. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 3a


30 aprilie – 30 noiembrie –215 zile.




numărul ocupanţilor scade la 66 ocupanţi/clădire la 45.

Variaţia numărului de persoane se reflectă în simularea ocupanţilor şi a echipamentelor

electronice. Restul datelor de intrare se păstrează ca în cazul 1.



96

Fig. 3.8. Variaţia temperaturii interioare pentru cazul 3b

Sezonul de răcire, determinat grafic, este 28 mai – 26 octombrie – 152 zile.


III.4. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar

Calcul lunar Calcul orar - Codyba

Cazul

studiat

Date de

intrare Perioada de

racire

Nr.

de

zile

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

Perioada de

racire

Nr.

de

zile

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

θintr=θi Cazul 1

de

referintă Npers=66

1 aprilie –


22 mai –


θintr=θe Cazul 2

Npers=66

15 iunie –

30 august 77 5038

22 mai –


θintr=θi Cazul 3a

Npers=135

7 martie –


30 aprilie –


θintr=θi Cazul 3b

Npers=45

7 aprilie –


28 mai –




97

Din punct de vedere al temperaturii de introducere, se constată că dacă temperatura

de refulare este temperaura interioară de 25 °C tot timpul (cazul 1) duce la perioade de racire

foarte mari (aproape tot anul) şi implicit la consumuri foarte mari de energie, mai ales în cazul

metodei orare. Acest lucru se datorează faptului că în primul caz de referinţă pierderile de

căldură prin ventilare sunt nule şi astfel aporturile interne de căldură sunt amplificate faţă de

cazul al doilea. În cazul introducerii aerului cu temperatura interioară aporturile sunt mai mari

decât pierderile de căldură, ceea ce conduce la un sezon de răcire mai mare.

Dacă temperatura de introducere este egală cu temperatura exterioară (cazul 2), se

remarcă o scădere a sezonului de răcire şi implicit şi a consumului de energie pentru răcire, în

cazul calcului lunar, faţă de cazul de referinţă în care temperatura de introducere este

temperatura interioară de calcul de 25oC.

Perioada de răcire este considerabil mai mică în cazul metodei lunare, deoarece această

metodă operează cu temperaturi medii exterioare lunare care sunt mai mici decât cele interioare.

Prin urmare pe perioada verii este posibil să avem pierderile de căldură prin transfer, ceea ce nu

corespunde cu realitatea.

Consumurile de energie obţinute prin metoda CoDyBa pentru cazul 2 sunt mai apropiate

de realitate decât cele obţinute prin metoda lunară datorită faptului că programul ia în

considerare răcirea debitului de aer proaspăt. Calculele realizate prin metoda lunară scapă din

vedere consumurile sistemului de ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se

consideră că acesta este introdus cu temperatura exterioară mai mică decât temperatura interioară

de calcul tot timpul, ceea ce nu corespunde cu realitatea.

Din punct de vedere al variaţiei numărului de ocupanţi, aporturile interne şi debitele de

aer de ventilare ţin cont de variaţia gradului de ocupare, deci necesarul de răcire variază direct

proporţional cu acest număr în ambele metode.


98

Capitolul 4

CALCULUL CONSUMULUI DE ENERGIE PENTRU CLIMATIZAREA

CLĂDIRILOR PRIN METODE DINAMICE AVANSATE

IV.1. Programul Trnsys

IV.1.1. Descrierea generală a programului de simulare

Trnsys (TRaNsient System Simulation - Program de Simulare a Sistemelor Tranzitorii)

este un program de simulare dezvoltat de Universitatea Wisconsin – Madison, cu varianta

comercială disponibilă din 1975. Pachetul cuprinde o interfaţă grafică (Trnsys Simulation

Studio), cu ajutorul căreia se creează simularea, o interfaţă pentru clădiri simple sau compuse din

mai multe zone (TRNBuild/ Type 56), sistemul de simulare (TRNDLL.dll), executabilul

(TRNEXE.exe) şi un program pentru editarea manuală a datelor de intrare şi realizarea de

aplicaţii personalizate (TRNEdit).

Trnsys abordează modular problema simulării, lucru care îl face un program flexibil în

modelarea unei varietăţi de sisteme energetice cu diferite grade de complexitate, deoarece o

problemă foarte mare poate fi redusă într-o serie de probleme mai mici, fiecare putând fi mai

usor rezolvată. În plus se observă faptul că multe dintre componente se pot regăsi şi în alte

sisteme, deaceea ele sunt descrise sub formă generală, lucru ce determină că pot fi utilizate cu

mici modificari sau direct.

Aplicaţiile principale ale programului se regăsesc în domeniile:

Sisteme solare ( panouri solare şi celule photovoltaice)

Clădiri ecologice şi sisteme HVAC cu consum redus de energie (ventilare naturală,

încălzirea/răcirea plăcilor, faţade)

Energie regenerabilă (pompe de căldură,turbine eoliene)

Cogenerare şi biocombustibil

Orice sistem ce necesită simulare dinamică.


99

Fiecare componentă a unui sistem creeat are la baza un model matematic.Componentele

sistemului sunt denumite în program ca şi tipuri numerotate de elemente( exemplu: Type56a)

Caracteristicile clădirilor se modifică şi se realizează cu ajutorul TRNBuild.exe. Astfel se

poate vedea/edita structura clădirii, comportamentul termic al clădirii (în functie de suprafeţele

vitrate, regimul de încălzire/răcire).

Simularea are ca rezultat realizarea unor grafice între parametrii studiaţi. Citirea datelor

se poate face prin oprirea simulării într-un anumit moment şi repornirea ulterioară a acesteia.

Subrutinele Trnsys

Programul conţine mai multe subrutine pentru controlul simulării şi calculul modelelor de

componente. Subrutinele de modele de componente (TYPE) sunt calculate separat într-o anumită

secvenţă. Un Type este reprezentat de o componentă Trnsys ce simulează caracteristicile şi

evoluţia unui element real (colector solar, pompa etc.) şi/sau poate rezolva o serie de operaţii

matematice (ecuaţii, funcţii).

Fiecare componentă (Type) are asociat un număr de indentificare propriu ce corespunde

subrutinei Fortran utilizată pentru componenta respectivă. Când utilizăm acelaşi type, de mai

multe ori în cadrul unei aplicaţii, fiecărei componente i se atribuie un număr de ordine pentru a

putea stabili cu uşurinţă succesiunea operaţiilor.

Componentele cu un impact major asupra sistemului sunt Type 56- clădirea multizonă şi

Type 109-TMY2 care conţine datele meteo.

Având în vedere complexitatea unei clădiri multizone, parametrii type-ului 56, nu sunt

definiţi direct în fişierul de intrare Trnsys. În schimb sunt atribuite două fişiere ce conţin

informaţiile necesare pentru descrierea construcţiei (*. bld) şi funcţia de transfer ASHRAE

pentru pereţi (*.trn).

TRNBuild este un program utilizat pentru a introduce date de intrare pentru clădirile

multizone. Acesta permite specificiarea detaliată a elementelor de anvelopă ale cladirii, şi tot

ceea ce este necesar pentru a simula comportamentul termic al clădirii, cum ar fi proprietătile

optice ale ferestrei, programul de funcţionare al echipamentelor, tipul de ventilare etc.

Scopul editării separate a compomentei Type56 este de a defini în detaliu caracteristicile

şi comportamentul termic al fiecărei zone din care este alcătuit acest tip.


100

TRNBuild creaza fişiere cu extensia (*.bui) ce includ toate informatiile necesare

simulării clădirii.

Type 109-TMY2 are scopul principal de a citi date meteorologice, la intervale de timp

regulate dintr-un fişier de date, convertindu-le într-un sistem unităţi dorite, generând valori ale

radiaţiei solare directe si difuze pentru un număr arbitrar de suprafeţe cu orientare şi înclinare

arbitrară.

Typical Meteorological Year (TMY) a fost realizat pentru a funiza date climatice orare

sub forma de fisiere usor de gestionat. Este precursorul lui TMY2.

Modelul clădirilor ([91])

Realizarea modelului clădirilor se poate face şi cu ajutorul unui automat de modificare a

caracteristicilor clădirii din TRNBuild.exe. Pentru definirea caracteristicilor clădirii trebuie

urmăriţi următorii paşi:

Definirea zonelor şi adiacentelor între ele

Caracteristicile zonelor (nume,înălţime,lungime,lăţime, şi implicit volum ocupat)

Orientarea clădirii şi suprafeţele vitrate

Infiltraţii prin neetanşeităţi şi tipul de climatizare

Încălzire şi răcire (procentul de încălzire radiativă, temperaturile pe timp de zi şi pe timp

de noapte, puterea specifică de încălzire)

Aporturi (aporturi specifice de la persoane, iluminat, alte surse)

Umbrire (fixă sau mobilă-în funcţie de tipul parasolarelor şi dimensiunile ferestrelor şi de

radiaţia totală ce pătrunde prin spaţiile vitrate)

Finalizarea definirii clădirii şi concretizarea proiectului.

O cladire poate fi definită cu ajutorul lui TRNBuild care defineşte caracteristicile şi

comportamentul termic al clădirii multizonale. Conceptul de „multizone building” poate fi

văzut/modificat ca o clădire alcătuită din maxim 25 de zone care pot influenţa comportamentul

termic al clădirii.

În programul de simulare, TRNStudio, clădirea multizonală este definită sub forma unui

singur parametru, având denumirea de TYPE56.


101

Începerea unui proiect nou de cladire se face cu definirea:

informaţiilor generale

orientării geografice a pereţilor

intrărilor adiţionale

ieşirilor dorite în final

Definirea orientărilor se face din lista de orientari posibile : Nord, Sud, Est, Vest, Nord-

Est, Nord-Vest, Sud-Est, Sud-Vest, Orizontal sau altele introduse de utilizator.

Pentru fiecare orientare selectată se va atribui o radiaţie incidentă în funcţie de zona în care se

află locuinţa.

Calculul coeficienţilor de transfer de căldură se calculează cu ajutorul unor parametri care se

definesc în funcţie de diferenţele de temperaturi între suprafeţe şi aerul interior.

Astfel se determină

hconv = const (Tsuprafata–Taer)exp (4.1)

Valorile coeficienţilor const si exp se găsesc în literatura de specialitate.

Definirea intrărilor se poate face din fereastra “INPUTS” . Aici se pot defini intrările

din cadrul descrierii clădirii (exemplu aporturi suplimentare, program de funcţionare etc.)

Definirea ieşirilor se referă la anumite date de ieşire ce vor să fie vizualizate şi

comparate de utilizator. Predefinite sunt valorile temperaturii aerului şi necesarului de energie

sensibilă. Aceste valori se pot vizualiza pentru o singură zonă sau pentru un grup de zone, în

funcţie de preferinţe.


102

Zonele termice

Modelul multi-zonă utilizat Type 56 este un model non-geometric de echilibru cu un

singur nod de temperatură, ce reprezintă întreaga capacitate termică a zonei.

Fig.4.1 Bilanţul termic al unui nod de temperatură corespunzator unei zone

Fluxul de căldură convectiv în punctul respectiv :

i,rsupinvsurseinfventi (4.2)

Фvent - fluxul provenit de la debitul de aer introdus de un sistem de ventilare

)TT(*c**V ivpvvent (4.3)

Фinf - fluxul provenit din infiltraţii de aer din exterior

)TT(*c**V iepvinf (4.4)

Фsurse - aporturi de căldură de la oameni,echipamente,iluminat etc.

Фinv - fluxul de căldură provenit de la încăperi/zone vecine

)TT(*c**V izonaxpvinv (4.5)

Фsupr,i - fluxul convectiv provenit de la suprafeţele interioare

)TT(*S*U ipppi,rsup (4.6)

Qsurse

Qinv

Qsupr,i Qinf

Qvent

Qi


103

Legături şi schimburi de aer interzonale

Legăturile dintre zone sunt reprezentate de debitele masice de aer pe care o zona le poate

primi de la altă (poate fi considerat ca debit provenit de la/la un nod de aer). Acest fenomen se

poate întâmpla şi invers, astfel aerul transferat să revină în zona din care a plecat. Pentru a se lua

în considerare acest debit de aer, trebuie ca legătura cu zona adiacentă să fie definită în aşa fel

încât un debit egal de aer să fie returnat.

Scopul acestei convenţii este de a defini ventilarea în cruce sau o ventilare circulară cu

trei sau mai multe zone.(ex. fenomenul de termosifon între gradină de vară şi camera adiacentă)

Fig. 4.2 Schimburi de aer interzonale

Fluxuri de căldură radiative către pereţi şi ferestre

Fiecare corp emite radiaţii, influenţând distribuţia de temperatură a zonei în care se află,

conducţia şi convecţia liberă sau forţată.

Domeniul radiaţiilor termice caracterizează o radiaţie electromagnetică cu o lungime de

undă cuprinsă între 0.1 µm şi 100 µm.

Fluxul radiant incident pe o suprafaţă a unui corp (exemplu perete) este absorbit, reflectat

şi transmis prin corpul respectiv.

Schimb interzonal Ventilare “în cruce”

Ventilare circulara


104

Aporturile provenite de la radiaţiile solare sunt o problemă importantă în domeniul

construcţiilor şi instalaţiilor. Luând în considerare radiaţiile solare, fluxul de căldură radiativ

într-un anumit punct din interiorul unei încăperi este calculat în funcţie de următorii factori:

Qr,w - aporturi prin radiaţie în nodul(punctul) de pe perete [kJ/h]

Qg,r,i,w - aporturi prin radiaţie primite de perete [kJ/h]

Qsol,w - aporturi solare prin radiaţie prin ferestre [kJ/h]

Qlong,w - schimburi de căldură radiative între pereţi şi ferestre [kJ/h]

Qwall-gain - fluxul de căldură prestabilit pe perete sau fereastră [kJ/h]

Qr,w= Qg,r,i,w+ Qsol,w+ Qlong,w+ Qwall-gain (4.7)

Fig. 4.3 Fluxuri de căldură radiative considerând temperatura unui nod de pe un perete([91])

Transferul global de căldură

Caracateristica cantitativă a procesului general de schimb de căldură îl constituie

coeficientul global de transmisie a căldurii U sau rezistenţa termică globală R.

În regim staţionar, schimbul de căldură se exprimă sub forma:

Q=U*S*Δt [W] (4.8)

Q= (S*Δt)/R [W] (4.9)

Δt= diferenţa de temperatură dintre cele două fluide;

S= suprafaţa de schimb de căldură.

Expresia coeficientului global de transmisie a căldurii printr-un perete plan, compus din

mai multe straturi are forma:

Aporturile solare prin ferestre sunt distribuite pe toţi pereţii

sau


105

n

1i ei

i

i h1

h1

1U [W/m2K] (4.10)

exprimând rezistenţa termică cu:

2

n

1i i

i

1 h1

h1R

[m2K/ W] (4.11)

unde:

hi – coeficient de schimb superficial global la interior

he – coeficient de schimb superficial global la exterior δ – grosimea stratului de perete

λ – conductivitatea termică a materialului

Fluxurile de caldură corespunzatoare pereţilor

În figura 4.4, se detaliază fluxurile de căldură şi comportamentul termic corespunzător

oricăror pereţi.

Fig.4.4 Fluxuri de căldură şi temperaturi corespunzătoare suprafeţelor interioare şi

exterioare([91])

Ss,i – Fluxul de căldură radiativ absorbit la suprafeţele interioare; Ss,o – Fluxul de căldură radiativ absorbit la suprafeţele exterioare; qr,s,i – Transferul de căldură net radiativ cu toate suprafeţele interioare unei zone;

qr,s,o – Transferul de căldură net radiativ cu toate suprafeţele exterioare; qs,i – Fluxul de căldură conductiv de la interiorul peretelui la suprafaţa interioară;

qs,o – Fluxul de căldură conductiv de la suprafata exterioara la interiorul peretelui; qc,s,i – Fluxul de căldură convectiv de la suprafaţa interioară la aerul interior;

qc,s,o – Fluxul de căldură convectiv de la mediul exterior la suprafaţa exterioară;


106

Ts,i – Temperatura suprafeţei interioare;

Ts,o – Temperatura suprafeţei exterioare;

Ti – Temperatura in zona interioara (nodul de aer)

Ta,s – Temperatura aerului exterior

Modelele matematice din spatele ecuaţiilor fluxurilor de căldură prin pereţi se bazează pe

funcţia de transfer concepută de Mitalas şi Arseneault, definiţa de la suprafaţă la suprafaţă.

În concluzie, pentru orice perete, fluxul de căldură prin conducţie pe suprafeţele

interioare şi exterioare este:

ki,s

sdn

1k

ks

ki,s

scn

0k

ks

k0,s

sbn

0k

ksi,s qdTcTbq

(4.12)

k0,s

sdn

1k

ks

ki,s

sbn

0k

ks

k0,s

san

0k

ks0,s qdTbTaq

(4.13)

unde:

k - coeficient care se referă la timpul în care se realizează măsurătoarea.

as,bs,cs,ds - coeficienţi care depind şi ei de timp şi care sunt determinaţi folosind funcţia de

transfer -z-.

Din punct de vedere termic o fereastră este considerată ca un perete extern fără

masivitate termică, parţial transparent la aporturi solare dar opacă la aporturile interne de

lungime mare de undă. Se consideră că absorbţia radiaţiilor de lungime mare de undă apare

numai la suprafeţe interioare. În calcului bilanţului de energie pentru tipul 56, fereastra este

definită ca un model alcătuit de 2 noduri (figura 4.5)

Fig.4.5 Model de fereastră în 2 noduri folosită în componenta Type 56 pentru calculul bilanţului

de căldură

unde: Ug,s= coeficientul total de pierdere de căldură prin suprafaţa vitrată,de la interior la exterior


107

Aporturi totale de la suprafeţele unei zone

Aporturile totale la zona „i” de la toate suprafeţele este suma fluxurilor de căldură:

Qsurf,i = ∑Asqcomb,i = ∑ zonele adiacente ∑suprafata i la jAsBsTcentru,j + ∑suprafetele extAsBsTa +

+∑peretii interioriAsBsTcentru+∑marginea cunoscutaAsBsTb,s - ∑suprafata in zona iAs(CsTcentru,i – Ds – Ss,i) (4.14)

Unde:

As = suprafata interioara a suprafetei s

Obs. Ambele suprafeţe ale unui perete interior sunt considerate suprafeţe interioare şi trebuie

incluse de două ori în ecuaţie.

Bilantul de energie in nodul central:

Q surf,i = 1/Rcentru,i*(Tcentru,i – Ti) (4.15)

Infiltraţii,ventilare şi schimburi de aer convective

Valorile infiltraţiilor prin neetanşeităţi şi a ventilării unei clădiri sunt date în schimburi de aer pe oră. Debitul masic este rezultatul volumului aerului dintr-o zonă, a densităţii aerului şi a schimburilor de aer. Infiltraţiile apar întotdeauna din exterior, pe când ventilarea apare de la o posibilă variaţie de temperatură. Se presupune că valori egale de aer părăsesc o anumită zonă la temperatura zonei respective. Astfel câstigurile de energie ale unei zone datorate infiltraţiilor si ventilării sunt:

Qinf,i=minf,iCp(Ta-Ti) (4.16)

Qv,i=∑ventmv,iCp(Tv-Ti) (4.17)

unde:

minf,i= debitul masic de aer infiltrat;

mv,i= debitul masic de aer ventilat;

Cp= căldură specifică a aerului;

Tv= temperatura aerului ventilat;

Ta= temperatura ambientului sau exterioară.


108

Pentru fiecare perete sau fereastră care separă zone de temperaturi de transport sau

pentru fiecare perete ce se află în contact cu exteriorul, se poate defini un schimb de căldură

convectiv. Acest schimb este dat de debitul masic de aer care intră în zonă prin suprafaţa

respectivă. O cantitate egală de aer este presupusă a părăsi zona la temperatura zonei respective.

Aporturile totale de energie datorate schimbului convectiv între suprafaţă şi aer este suma tuturor

aporturilor pentru toţi pereţii şi toate ferestrele din zonă:

Qcplg,i=∑zone adiacente ∑suprafete i la jmcplg,sCp(Tj-Ti)+ ... + ∑marginimcplg,sCp(Tm-Ti) (4.18)

mcplg,s= debitul masic de aer care intră în zona „i” prin pereţi sau ferestre.

IV.1.2. Avantajele programului

Datorită noutăţilor pe care Trnsys le aduce faţă de metodele de calcul clasice de consum

de energie, se vor putea calcula consumuri de energie mult mai apropiate de realitate şi mai

exacte.

Sistemul este definit printr-un set de componente interconectate în aşa fel incât să

rezolve o anumită sarcină. Se obeservă şi aici caracteristica modulară a programului, lucru ce

face posibilă simularea performanţei sistemului prin simularea colectivă a performanţei şi a

interacţiunii dintre componente.

Performanţa unei componente din sistem depinde în mod normal de caracteristicile fixate

ale parametrilor, performanţele (output) altor componente şi a funcţiilor dependente de timp.

Pentru a putea rula programul, componentele trebuie conectate între ele, realizânduse

astfel un flux informaţional al diagramei. Acesta este o reprezentare schematică a transferului de

informaţie ce se realizează între componente sistemului. Fiecare informaţie ce este primită sau

transmisă de o componentă este reprezentată grafic printr-o săgeată (de la output-ul componentei

anterioare la inputul componentei următoare).

Informaţia transmisă este reprezentată de Output şi poate fi transmisă utilizatorului prin

intermediul unei componente finale (Printer, Online Plotter) sub formă de diagramă, tabel.


109

Avantajele acestui program sunt:

- structura modulară a simulării care reduce cu mult complexitatea sistemului simulat

deoarece o problemă foarte mare poate fi redusă la o serie de probleme mai mici

- interconectarea componentelor sistemului în aproape orice formă

- rezolvarea diferitelor ecuaţii

- facilitarea transmiterii de informaţii de la o componentă la alta

Din aceste cauze problema simularii sistemului se reduce la indentificarea tuturor

componentelor şi descrierea matematică a acestora.

IV.1.3. Introducerea datelor de intrare în program

Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea simulărilor sunt:

- definirea datelor climatice;

- stabilirea elementelor de construcţie care delimitează încaperea(pereţi, ferestre, terasă);

- caracteristicile elementelor de anvelopă;

- scenariile de funcţionare ale echipamentelor şi programul de lucru al angajaţilor;

- sursele interne de căldură repartizate pe cele trei componente (oameni, echipamente, iluminat);

- date privind sistemele de răcire şi ventilare;

- debitul de aer şi temperatura aerului interior.

Datele clădirii şi ale sistemului de ventilare şi climatizare au fost transpuse prin

intermediul pre-procesorului TRNBuild astfel:

Ddefinirea elementelor de anvelopa s-a făcut pe orientari pentru fiecare element de

anvelopă în parte, folosind materialele din libraria existentă astfel încât structurile definite şi

valorile transmitanţelor rezultate să fie comparabile cu cele din metoda lunară.


110

Introducerea pereţilor:


111

Introducerea plăcii de pe sol:

Programul de funcţionare se introduce din meniul Schedule, care permite definirea unor

profile exacte de ocupare a clădirii, profile ce pot fi folosite atât pentru determinarea degajărilor

interioare de căldură cât şi pentru stabilirea regimului de funcţionare a sistemului de ventilare şi

climatizare.


112

Pentru angajaţi şi aparatura electonică se defineşte acelaşi program de funcţionare ca şi în

cazurile din capitolele anterioare, adică de luni până vineri, de la ora 9.00 la 17.00


fiind disponibil de luni până vineri, de la ora 8.00 la ora 10.00 şi de la 16.00 la 18.00.


113

Functionarea sistemului climatizare se poate face conform unui program de lucru a

sistemul de climatizare astfel incat temperatura interioara prescrisa (25°C) sa fie mentinuta doar

in perioada de ocupare a cladirii. Sarcina de racire a cladirii va fi acoperita de sistemul de

climatizare care poate fi de tipul numai aer sau aer-apa.


114

IV.2. Studii de caz

IV.2.1. Cazul 1 de referinţă - Debitul de aer proaspăt este introdus cu


Faptul că debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul,

reprezintă introducerea unei ventilări mecanice în programul de simulare, cu o temperatură de

refulare constantă de 25 oC, egală cu cea a temperaturii interioare. Debitul de ventilare este

introdus în schimburi pe oră. Ventilarea este pornită doar pe perioada de lucru a angajaţilor.

Debit de aer proaspăt datorat infiltraţiilor este considerat de 0,1 h-1 schimburi pe oră, la

fel ca şi în cazul folosirii programului CoDyBa.


Ca şi în cazul calculului lunar, degajările de la sursele interioare provin de la ocupanţi,

aparatură electronică şi iluminat.

Se consideră 66 de ocupanţi, cu o degajare de 75W/persoană în timpul programului de

lucru, conform ISO 7730 (se consideră doar caldura sensibilă, la fel ca şi în cazul lunar).

În cazul echipamentelor electronice, se iau în calcul 66 aparate cu o putere de 100W

fiecare, pe perioada de funcţionare. Datorită faptului că nu există predefinită în program puterea

dorită de 100W/echipament, s-a ales puterea cea mai apropiată de 80 W/aparat şi s-a modificat


115

numărul de aparate electronice pentru a rezulta o putere totală egală cu cea calculată cu metoda

lunară.

Pentru degajările de căldură care provin din iluminat, se consideră 10 W/m2.

Interfaţa grafică reprezentată în Trnsys Simulation Studio pentru cazul 1 este:


116


După rularea aplicaţiei, programul permite atât afişarea grafică a parametrilor doriţi cât şi

editarea valorilor acestor parametrii sub forma unor fişiere text prin intermediul subrutinei Type

65b (Online Plotter with File).

Fig. 4.6. Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber

25 0C


117

Pentru a determina perioada de răcire, se cladirea a fost lasata sa evolueze liber, fără

sistem de răcire. Sezonul de răcire este determinat prin prelucrarea valorilor orare ale

temperaturii interioare conşinute de fişiereul text generat de Type 65b. Acesta începe atunci când

trei zile consecutiv temperatura interioară depăşeşte 25 oC (adică temperatura interioară de

calcul) cel puţin 3 ore/zi.

Perioada de răcire determinată este 12 aprilie – 30 octombrie. – 202 zile

Determinarea consumului de energie pentru răcirea clădirii s-a făcut prin însumarea

consumurilor orare rezultate pentru menţinerea temperaturii interioare de 25 °C în perioada de

ocupare a clădirii.

În această situaţie sistemul de climatizare este pornit pe perioada de ocupare a clădirii.

Simulare s-a realizat cu pasul de timp de o oră.

Variaţia consumurilor de energie orare pentru menţinerea temperaturii interioare de 25 °C

în perioada de ocupare fiind următoarea:

Fig. 4.7 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru

răcirea clădirii

Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire

determinat anterior este Qr=12536 kWh.


118

IV.2.2. Cazul 2: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura

exterioară

Datele de intrare rămân la fel ca şi în cazul precedent. Singura componentă care se

schimbă este că temperatura de introducere a aerului proaspăt necesat ventilării nu mai este

constantă, ci este temperatura exterioară.

Variaţia temperaturilor interioare şi exterioare orare în această situaţie fiind următoarea:

Fig. 4.8 Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară, când clădirea evoluează liber

25 0C


119

Perioada de răcire este 24 mai – 15 octombrie -145 zile.

Pentru a determina consumul de energie, se porneşte sistemul de climatizare pe perioada

de ocupare a clădirii. Simulare s-a realizat cu pasul de timp de o oră.

Variaţia consumurilor de energie orare pentru menţinerea temperaturii interioare de 25 °C

în perioada de ocupare fiind următoarea:


răcirea clădirii



IV.2.3. Cazul 3: Variaţia numarului de ocupanţi


Dacă numărul de persoane creşte la 135, aporturile interne se modifică. Restul datelor de

intrare, inclusiv temperatura de refulare a aerului proaspăt, de 25 oC. Rămân la fel ca în cazul 1

de referinţă.


120

Modificarea numărului de ocupanţi influenţează şi debitul de aer pentru ventilare, care va creşte

de la 1,5 schimburi pe oră la 2,28 h-1.


121

Când clădirea evoluează liber, cu sistemul de climatizare oprit:


Perioada de răcire este 24 februarie – 4 decembrie -284 zile. Necesarului de energie

pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire este Qr=29225 kWh.


răcirea clădirii

25 0C


122


Modificarea numărului de ocupanţi de la 66 la 45, influenţează atât aporturile interne cât

şi debitul de aer pentru ventilare, care va scădea de la 1,5 schimburi pe oră la 1,27 h-1.

Variaţia liberă, fără sistem de climatizare, a temperaturilor:


Perioada de răcire este 10 mai – 23 octombrie – 167 zile.

25 0C


123


răcirea clădirii



IV.2.4. Cazul 4: Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatură

variabilă

În acest caz temperatura de refulare este variabilă prin intermediul unui sistem de

automatizare care atunci când temperatura exterioară este mai mică de 25 °C comandă ca aerul

proaspat să fie introdus în clădire cu temperatura exterioara iar cand această condiţie nu este

satisfacută, sistemul de automatizare comandă răcirea aerului proaspăt până la temperatura

interioară prescrisă (25 °C).


124

Datele de intrare rămân cele de la cazul 1 de referinţă (66 persoane), de aceea şi debitul

de ventilare rămâne acelaşi (1,5 h-1). Însă în acest studiu de caz s-a definit un sistem de ventilare

în care aerul proaspăt este introdus cu temperatura exterioară în perioada în care aceasta este mai

mică decât temperatura interioară de calcul. Acest lucru a fost posibil prin implementarea unui

sistem de automatizare care să dicteze temperatura de refulare a aerului proaspat în funcţie de

valoarea temperaturii exterioare.


125

Variaţia temperaturilor interioare şi exterioare orare în această situaţie fiind următoarea:


Perioada de răcire este 24 mai – 18 septembrie - 118 zile. Valoarea totală a necesarului de

energie pentru răcirea clădirii pe perioada sezonului de răcire este Qr=6119 kWh.

Variaţia consumurilor orare:


răcirea clădirii

25 0C


126

IV.3. Compararea rezultatelor cu cele obţinute prin calcul lunar

Calcul lunar Calcul orar - Trnsys

Cazul

studiat

Date de

intrare Perioada de

racire

Nr.

de

zile

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

Perioada de

racire

Nr.

de

zile

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

θintr=θi Cazul 1

de

referintă Npers=66

1 aprilie –


12 aprilie –


θintr=θe Cazul 2

Npers=66

15 iunie –

30 august 77 5038

24 mai –


θintr=θi Cazul 3a

Npers=135

7 martie –


24 februarie–

4 decembrie 284 29225

θintr=θi Cazul 3b

Npers=45

7 aprilie –


10 mai –


θintr=var. Cazul 4

Npers=66

1 iunie –

28septembrie 120 12044

24 mai – 18

septembrie 118 6119


Din punct de vedere al temperaturii de introducere, se constată că adoptarea unei

temperaturi de refulare de 25 °C tot timpul (cazul 1) duce la perioade de racire foarte mari

(aproape tot anul) şi implicit la consumuri foarte mari de energie.

Aceasta soluţie în care debitul de aer proaspat să fie introdus cu o temperatură constantă

de 25 °C ar fi complet neeconomică din punct de vedere al consumului de energie deoarece

clădirea ar avea nevoie de răcire şi în lunile de tranziţie în care degăjarile interioare ar putea fi

acoperite prin introducerea debitului de aer proaspăt cu temperatura exterioară, realizându-se

astfel o răcire pasivă.

Dacă temperaturii de introducere este egală cu temperatura exterioară (cazul 2), se

remarcă o scădere a sezonului de răcire şi implicit şi a consumului de energie pentru răcire, mai


127

ales în cazul calcului lunar, faţă de cazul de referinţă în care temperatura de introducere este

temperatura interioară de calcul de 25oC.

În cazul metodei lunare, acest lucru se datorează faptului că în primul caz de referinţă

pierderile de căldură prin ventilare sunt nule şi astfel aporturile interne de căldură sunt

amplificate faţă de cazul al doilea. În cazul introducerii aerului cu temperatura interioară

aporturile sunt mai mari decât pierderile de căldură, ceea ce conduce la un sezon de răcire mai

mare.

În cazul utilizării programului Trnsys, necesarul mai mic de răcire în cazul introducerii

aerului proaspăt cu temperatura exterioară a rezultat din efectul de răcire al aerului proaspăt de

ventilare pus în evidenţă în special la debite mari de ventilare şi în perioadele de tranziţie.

Calculele realizate prin metoda lunară scapă din vedere consumurile sistemului de

ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se consideră că acesta este introdus cu

temperatura exterioară mai mică decât temperatura interioară de calcul tot timpul, ceea ce nu


Cazul 4 în care temperatura de introducere este variabilă în funcţie de valoarea

temperaturii exterioare este cel mai economic. Se remarcă o scădere aproape la jumătate a

perioadei de răcire şi a consumului de energie faţă de primul caz. Rezultatele obtinute in acest

studiu de caz se apropie mult mai mult de realitate decât cele din studiul de caz 2 deoarece nu

mai sunt introduse pierderi de caldura prin transfer in lunile de vârf si datorită faptului că se ia în

considerare răcirea debitului de aer proaspăt în anumite perioade.

Pentru a înlătura efectul importanţei perioadele de tranziţie, s-au efectuat simulările

aferente primelor două cazuri doar pentru luna iulie, lună în care se ştie că trebuie pus în

funcţiune sistemul de răcire:

a. Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura interioară de calcul – luna iulie Ca şi în cazurile anterioare, clădirea este lăsată să evolueze liber pentru a remarca variaţia

temperaturilor interioare şi exterioare când nu este pus în funcţiune sistemul de climatizare (fig.

4.16)


128


Dacă temperatura interioară este limitată la 25 oC, prin pornirea sistemului de climatizare, se

remarcă variaţiile din fig. 4.17.

Fig. 4.17. Variaţia temperaturilor interioară şi exterioară şi a consumului de energie pentru

răcirea clădirii

Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii este QR=1557 kWh.


129

b. Debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară – luna iulie



răcirea clădirii

Valoarea totală a necesarului de energie pentru răcirea clădirii este QR=2163 kWh.

Interpretarea rezultatele a pus în evidenţă un necesar mai mare pentru cazul al doilea,

deoarece în acest caz aerul proaspăt trebuie tratat înainte de a fi introdus. De aici se remarcă

influenţa perioadei de tranziţie, care pentru tot sezonul de răcire duce la scăderea necesarului

pentru cazul al doilea, când de fapt această valoare ar trebui să fie mai mare faţă de primul caz.


130

Capitolul 5:

CONCLUZII, CONTRIBUŢII PERSONALE, DIRECŢII DE

CERCETARE

În cadrul tezei s-a realizat o analiză a fundamentelor teoretice ale metodelor de calcul

posibil de utilizat pentru evaluarea consumului de energie în clădiri. Astfel, s-a analizat modul de

realizare a bazei de date climatice, punându-se în evidenţă caracterul statistic al acestora şi

necesitatea ca datele utilizate să fie preluate din acelaşi calup de date, ceea ce corespunde unei

simultaneităti a parametrilor meteorologici utilizaţi în anul climatic tip.

De asemenea a fost analizată metoda analogiei termo-electrice frecvent utilizată în state

din Europa şi indicată ca metodă de calcul orară simplificată. S-a demonstrat că această metodă

reprezintă discretizarea spaţială a ecuaţiei căldurii, care trebuie să fie integrată ulterior în

calculele dinamice numai în raport cu timpul. Aceasta dovedeşte că este o metodă fiabilă şi de

interes.

În cadrul tezei s-a realizat un studiul care a urmărit influenţa asupra consumului de

energie şi implicit a necesarului de energie a unor factori mai puţini analizaţi, dar cu efect

important asupra sarcinii termice de climatizare, densitate de ocupare şi strategia de ventilare.

Astfel, s-au făcut studii comparative între trei metode de evaluare a consumurilor de energie în

clădirile climatizate pentru diferite situatii, variindu-se pe rând anumiţi parametrii reprezentativi,

şi anume temperatura de introducere a aerului proaspăt de ventilare şi gradul de ocupanţi ai

clădirii.

În ceea ce priveşte densitatea de ocupare, în cazul clădirilor de birouri, aceasta înseamnă

nu numai numărul de persoane ci şi echipamentele electronice. În acelaşi timp, în funcţie de

numărul de persoane se modifică şi necesarul de energie pentru tratarea aerului de ventilare,

deoarece debitul de aer proaspăt este dependent de acest număr.

Compararea studiilor de caz cu cele trei metode folosite se regăseşte în tabelul 5.1:


131

Calcul lunar Calcul orar - Codyba Calcul orar - Trnsys

Cazul

studiat

Date de

intrare

Perioada

de racire

(zile)

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

Perioada

de racire

(zile)

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

Perioada

de racire

(zile)

Necesarul

de racire

pentru

cladire

(kWh)

θintr=θi Cazul 1

de

referintă Npers=66

205 23893 164 12567 202 12536

θintr=θe Cazul 2

Npers=66 77 5038 163 12644 145 10051

θintr=θi Cazul 3a

Npers=135 254 39625 215 21778 284 29225

θintr=θi Cazul 3b

Npers=45 199 19458 152 9019 167 8466

θintr=var. Cazul 4

Npers=66 120 12044

- - 118 6119


Pe baza acestor studii se pot desprinde mai multe concluzii.

Aşa cum este cunoscut, o mărire a aporturilor de la sursele interioare înseamnă o mărire a

sarcinii termice şi deci a consumului de energie pentru răcire. În acelaşi timp mărirea debitului

de aer de ventilare, care rezultă din creşterea numărului de persoane, are efect diferit în funcţie

de strategia de ventilare (cu aer proaspăt sau cu aer tratat).

Se observă că folosirea aerului proaspăt direct din exterior modifică substanţial necesarul

de energie pentru răcire, în special în capetele de sezon (perioada de tranziţie). În această situaţie

ventilarea cu aer exterior are un efect de micşorare a consumului de energie datorită faptului că

temperatura este mai mică decât cea a aerului exterior. Acest efect se va resimţi diferit în clădiri

cu inerţie termică mică sau mare.


132

Se remarcă necesitatea schimbării strategiei de ventilare (prin automatizare) în perioada

de tranziţie, care trebuie să se definească pe baza unei analize punctuale în funcţie de datele

climatice, de inerţia clădirii, de durata perioadei de răcire.

Influenţa scenariilor de ventilare se reflectă atât direct asupra necesarului de frig cât şi

indirect prin modificarea perioadei de răcire

Studiile făcute pun în evidenţă efectul benefic al ventilarării nocturne pentru răcirea

pasivă, efect pus în evidenţă în perioada de tranziţie, prin scăderea necesarului de răcire în

această situaţie.

Analizarea fiecărui caz în parte, atrage după sine concluzii care au fost evidenţiate pe

parcursul fiecărui capitol.

Dacă temperaturii de refulare a debitului de aer proaspăt este fixată la o valoare

constantă, cea a temperaturii interioare, pierderile de căldură sunt nule iar degajările de căldură

interioare sunt amplificate, rezultând astfel o perioadă de răcire foarte mare (aproape tot anul)

ceea ce atrage dupa sine un consum foarte mare de energie. Acest lucru este evidenţiat prin toate

metodele folosite în prezenta lucrare, însă diferenţa majoră apare la calculul lunar.

De aceea aceasta soluţie în care debitul de aer proaspăt este introdus cu o temperatură

interioară constantă nu este rentabilă din punct de vedere al consumului de energie, deoarece

clădirea ar avea nevoie de răcire şi în lunile de tranzitie în care degajarile interioare ar putea fi

acoperite prin introducerea debitului de aer proaspăt cu temperatură exterioară, realizându-se

astfel o răcire pasivă.

Dacă debitului de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioară, în cazul metodei

lunare, faptul că temperatura exterioară medie lunară este mai mică decât cea interioară, duce la

introducerea unor pierderi de căldură prin transfer importante şi vara, ceea ce nu corespunde cu

realitatea. Aceste pierderi sunt introduse prin energia disipată prin ventilare. Ponderea cu care

acest termen influentează rezultatul este direct proportională cu cantitatea debitului de aer

proaspăt introdus.

Calculele realizate prin metoda lunară scapă din vedere consumurile sistemului de

ventilare pentru răcirea debitului de aer proaspăt deoarece se consideră că acesta este introdus cu

temperatura exterioară, mai mică decât temperatura interioară de calcul tot timpul, ceea nu



133

În momentul de faţă, metoda lunară nu permite evaluarea corectă a eficientei introducerii

unor măsuri inteligente de economisire a energiei.

Pentru a elimina aceste inconveniente ale metodei lunare şi pentru a putea face o evaluare

mai corectă a necesarului de energie, temperatura de introducere a aerului proaspăt ar trebui să

fie variabilă, în funcţie de temperatura exterioară. Astfel, în metoda lunară calculul pentru lunile

de capăt nu s-ar face pe intreaga lună ci prin impărtirea perioadei de timp în două intervale, şi

anume:

- perioada de timp în care debitul de aer proaspăt este introdus cu temperatura exterioră

(netratat), când aceasta este mai mică decât temperatura interioară de calcul;

- perioada de timp în care debitul de aer proaspăt este răcit şi introdus cu temperatura

interioară de calcul, când temperatura exterioară este mai mare decât temperatura interioară

Aceste intervale de timp s-ar putea determina prin încercări repetate dar în acest caz

metoda lunară ar deveni mai complicată şi mai greu de utilizat.

De aceea programele de simulare de tipul Trnsys se dovedesc a fi mult mai eficiente

datorită complexităţii lor prin faptului că permite introducerea diferitelor scenarii de calcul şi

folosirea mai multor subrutine (type-uri) pentru un calcul mult mai detaliat. Aceasta conduce la

obţinerea unor rezultate mai apropiate de realitate în comparaţie cu cele obtinute prin metoda

lunară.

Totuşi şi acest program are inconvenientul că utilizatorul trebuie să deţină informaţii

detaliate despre clădire şi sistem şi să introducă aceste informaţii în interfaţa Trnsys, care poate fi

greu de utilizat datorită numărului mare de componente ce trebuiesc definite şi a legăturilor care

trebuiesc făcute între componente.

Complexitatea problemei şi influenţa unor parametrii atât de diverşi conduce la ideea că

cea mai bună soluţie pentru obţinerea unor rezultate corecte ar fi folosirea unui program de

calcul detaliat, care să ruleze în regim dinamic, dar care să aibă o interfaţă foarte simplă. Astfel,

utilizatorul ar putea să introducă doar datele referitoare la clădire, regimul de ocupare şi sistemul

de încălzire sau răcire folosit, iar programul de simulare ar calcula direct consumul de energie,

fără ca utilizatorul să fie nevoit să mai definească legăturile între module (type-uri) aşa cum este

în Trnsys.

Studiul de faţă s-a axat pe partea de necesar de energie, pentru care se poate folosi şi un

program de simulare mai simplificat, cum este CoDyBa. Deşi acesta din urmă este un program


134

cu o interfaţă mai uşor de folosit, el are anumite limite de utilizare, şi anume nu poate calcula

consumul pentru diferite tipuri de instalaţii, mai ales în cazul utilizării unor surse regenerabile,

cum ar fi pompele de căldură. Deci nici acest program nu corespunde dorinţelor utilizatorilor de

a găsi un program cu o interfaţă simplificată, dar totodată de a putea face calcule complexe.

Concluziile obţinute în urma analizelor de necesar de energie se consideră că sunt posibil

de extrapolat asupra consumului de energie, prin introducerea unui coeficient de performanţă

global al instalaţiilor frigorifice clasice care nu includ şi surse de energie regenerabile.

Contribuţii personale

- a fost analizat modul de construcţie al anului climatic mediu; s-a pus în evidenţă

necesitatea construirii unei baze de date climatice coerente şi complete, fără de care nici o

evaluare energetică nu este viabilă;

- pornind de la studiile de caz efectuate, s-au evidenţiat limitele metodei de calcul lunar

pentru evaluarea consumului de energie în clădiri, în raport cu metoda orară de calcul; s-a

demonstrat importanţa utilizării metodei orare în vederea calcului necesarului de energie

pentru răcirea clădirilor;

- s-au pus în evidenţă factorii de influenţă cei mai importanţi din punct de vedere al

calcului necesarului de energie; aceşti factori au fost special aleşi în urma unei analize

aprofundate, astfel încât să se reflecte probleme mai puţin cunoscute şi studiate care

influenţează consumul de energie, cum ar fi densitatea de ocupare a spaţiilor, debitele de

aer proaspăt şi stragia de ventilare;

- s-a construit o bază de date climatice, pe baza datelor meteo furnizate de programul

Trnsys, care a fost utilizată în toate metodele analizate, pentru a reduce la minim

influenţa unor factori exteriori care ar putea perturba rezultatele.

Direcţii de cercetare

- este absolut necesar construirea unei baze de date climatice pe baza metodei anului tipic

meteorologic, care să fie cât mai apropiat de media climatică a anilor meteorologici şi să

fie obţinut din date simultane pe un anumit interval de timp (recomandat o lună), bază de

date completă

- realizarea unei interfeţe prietenoase şi uşor de folosit care să utilizeze un program de

calcul dinamic complet şi complex pentru calculul consumului de energie, care să includă


135

sistemul de încălzire/ răcire, prin intermediul căruia utilizatorul să poată obţine rezultate

fiabile;

- analiza unor strategii de utilizare a sistemului, ca de exemplu: corelarea programului de

răcire în raport cu orarul de funcţionare al clădirii, ventilarea nocturnă, automatizare

variabilă pentru introducerea debitului de aer proaspăt în funcţie de temperatura

exterioară; această analiză trebuie făcută în corelare cu sarcina nominală a sistemului de

răcire;

- studierea în continuare a unei posibile influenţe a programului de utilizare al clădirii

asupra sarcinii termice, deci şi asupra consumului de energie; acest fapt ar putea conduce

la recomandări referitoare la perioada cea mai favorabilă de utiluzare a clădirii pentru

minimizarea consumului de energie; această idee poate să meargă până la schimbarea

orelor legale în raport cu orele solare (ora de vară/iarnă) ştiut fiind că această schcimbare

s-a făcut în urmă cu mulţi ani, având justificări energetice de reducere a consumului de

energie


136

BIBLIOGRAFIE

[1] Alexandre, J. L., Silva, M., Freire, A., Rouboa, A. - General Overview of Potential Energy

Savings in the Tertiary Sector in Some European Countries, 10th REHVA World Congress

« Sustainable Energy Use in Buildins », Clima 2010

[2] André, Ph., Fabry, B., Bertagnolio, S., Franck, P.Y. - Development of an Evidence-Based

Calibration Methodology Dedicated to Energy Audit of Office Buildings. Part 2: Application to

a typical office building in Belgium, 10th REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in

Buildins », Clima 2010

[3] Annabi, M., Mokhtari, A. et Hafrad, T.A. - Estimation des performances énergétiques du

bâtiment dans le contexte maghrébin, Revue des Energies Renouvelables Vol. 9 No.2, 2006

[4] Anisimova, N. - The capability to reduce primary energy demand in EU housing, Energy and

Buildings, Vol. 43, 2011

[5] Aynur, T.N., Hwan, Y., Radermacher, R. - Simulation of a VAV air conditioning system in

an existing building for the cooling mode, Energy and Buildings, Vol. 41, 2009

[6] Baker, N., Adnot, J., Allard, F. – Designing for summer confort heat gain control and passive

cooling of building, London, 1995

[7] Badescu, V., Zamfir, E. - Degree days, degree hours and ambient temperature bin data from

monthly-average temperatures (Romania), Energy Conversion and Management, Vol. 40, 1999

[8] Badescu, V., Staicovici, M. D.- Renewable energy for passive house heating. Model of the

active solar heating system, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006

[9] Bellara, S. - Impact de l'orientation sur le confort thèrmique intérieur dans l'habitation

collective. Cas de la nouvelle ville Ali Mendjeli Constantine, Universite Mentouri Constantine,

Republique Algerienne Democratique et Populaire, Faculte des Sciences de la Terre, de la

Geographie et de l’ Amenagement du Territoire, Departement d’Architecture et d’Urbanisme,

2005


137

[10] Bertagnolio, S., André, P. - Development of an Evidence-Based Calibration Methodology

Dedicated to Energy Audit of Office Buildings. Part 1: Methodology and Modeling, 10th

REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in Buildins », Clima 2010

[11] Bourgeois, D. - Adding detailed occupancy prediction and advanced behavioural modelling

in energy simulation, PhD, Faculté des études supérieures, Université Laval, 2005

[12] Brau, J., Krauss, G., Roux, J.,J.– CoDyBa, Cahier des algorithmes, Centre de Thermique de

l’INSA de Lyon (CETHIL), 1992

[13] Brohus, H. – Influence of occupants’ behaviour on the energy consumption of domestic

buildings, 10th REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in Buildins », Workshop 9a,

Clima 2010

[14] C 107/3 : 2005– Normativ privind calculul performanţelor termoenergetice ale elementelor

de construcţie ale clădirilor

[15] Casals, X. G. - Analysis of building energy regulation and certification in Europe: Their

role, limitations and differences, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006

[16] Catalina, T. – Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Estimation of residential buildings

energy consumptions and analysis of renewable energy systems using a multi-criteria decision

methodology, INSA de Lyon, Ecole doctorale : Mecanique, Energetique, Génie Civil,

Acoustique (MEGA), 2009

[17] Catalina, T., Virgone, J., Roux, J.J., Blanco, E. - Effet de l’inertie thermique, de la surface

vitrée et du coefficient de forme sur les besoins en chauffage d’une habitation, Congrès IBPSA,

Lyon France, 2008

[18] Catalina T., Virgone J., Blanco E. - Development and validation of regressionmodels to

predict monthly heating demand for residential buildings, Energy and Buildings, Vol. 40, 2008

[19] Chen, T.-H., Yang, N.-C. - Simplified annual energy loss evaluation method for branch

circuits of a home or building, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010


138

[20] Chiriac, F., Mihăilă, C., Cartas, V., Bianchi, A.,M. – Termotehnică, Transfer de căldură,

Institutul de Construcţii Bucureşti, 1988

[21] Chow, T.T., Chan, A.L.S., Fong, K.F., Lin, Z. - Some perceptions on typical weather year—

from the observations of Hong Kong and Macau, Solar Energy, Vol. 80, 2006

[22] CoDyBa software – INSA Lyon, versiunea 6.4

[23] Colda, I. – Curs “Calculul eficienţei energetice a instalaţiilor de ventilare şi climatizare”,

2010

[24] Colda, I., Ardelean, F., Meteorologie şi climatologie, Ed. Conspress, Bucureşti, 2004

[25] Colda, I., Ardelean, F., Petrehuş, V., Niculiţă, L. - Annual energetic behavior of buildings

and the typical meteorological year, Malta Conference

[26] Colda, I.,. Damian, A,. Croitoru, C - Summer electrical energy consumptions for different

cooling systems, 8th International Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems,

Lille – France, July 1 – 3, 2009

[27] Colda, I., Vartires A., Mares, O. - O analiză a modului de aplicare a Metodologiei Mc001 la

clădirile ventilate şi climatizate, Conferinţa Performanţa Energetică, 2011

[28] Conseil Mondial de l’Energie - Objectif : développement durable Evaluation 2010 des

politiques énergétiques et climatiques nationales, 2010

[29] Constantinescu, D. - Tratat de inginerie termică, Termotehnica în construcţii, vol.1, Editura

AGIR, Bucureşti, 2008

[30] CSTB – Manual Trnsys

[31] Davidescu, Al., Mucica, H. – Schimbul de căldură în instalaţiile industriale, Editura

Tehnică, Bucureşti, 1964

[32] Diez-Webster, U., Randle, S. - Projet de Fin d’Etudes : Modélisation d’une maison à

énergie positive, INSA Lyon, Département Génie Energétique et Environnement, 2006


139

[33] Directiva 2002/91/CE a Parlamentului European şi a Consiliului privind performanţa

energetică a clădirilor

[34] Directiva 2010/31/UE a Parlamentului European şi a Consiliului privind performanţa

energetică a clădirilor

[35] Dragotă, I., Petrehuş, V. - Metode numerice pentru ecuaţii diferenţiale, Editura Orizonturi

Universale, Timişoara, 2002

[36] Eicker, U., Huber, M., Seeberger, P., Vorschulze, C. - Limits and potentials of office

building climatisation with ambient air, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006

[37] EN ISO 13779:2005 – Ventilation for non residential buildings – Performance requirements

for ventilation and room conditioning systems

[38] EN ISO 13790:2007 - Energy performance of buildings — Calculation of energy use for

space heating and cooling

[39] Euvrard, D. - Résolution numérique des équations aux dérivées partielles de la physique, de

la mécanique et des sciences de l’ingénieur. Différences finies, éléments finis, problèmes en

domaine non borné, Masson, Paris, 1994

[40] Feraru, A. – Managementul energetic al instalaţiilor de ventilare – climatizare, UTCB,

Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor, 2002

[41] Fezzioui, N., Droui, B., Benyamine, M. et Larbi, S. - Influence des caractéristiques

dynamiques de l’enveloppe d’un bâtiment sur le confort thermique au sud Algérien, Revue des

Energies Renouvelables Vol. 11 No.1, 2008

[42] Filfli, S. - Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Optimisation Batiment/Systeme pour

Minimiser Les Consommations Dues a la Climatisation, Ecole des Mines de Paris, Spécialité

“Energétique”, 2006

[43] Fumo, N., Mago, P., Luck, R. - Methodology to estimate building energy consumption

using EnergyPlus Benchmark Models, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010


140

[44] Gery, M.- Équipement technique du bâtiment, Transferts de chaleur, INSA de Lyon,

Département Génie Civil et Urbanisme

[45] Ghiauş, A., G.– Transferul de căldură, note de curs, Conspress Bucureşti, 2003

[46] Gugliermetti, F., Passerini, G., Bisegna, F. - Climate models for the assessment of office

buildings energy performance, Building and Environment, Vol. 39, 2004

[47] Guerra Santin O., Itard L., Visscher H. - The Effect of Occupancy and Building

Characteristics on Energy Use for Space and Water Heating in Dutch Residential Stock, Energy

and Buildings, Vol. 41, 2009

[48] Hart, M., de Dear, R. - Weather sensitivity in household appliance energy end-use, Energy

and Buildings, Vol. 36, 2004

[49] Herkel, S., Knapp, U., Pfafferott, J. -Towards a model of user behaviour regarding the

manual control of windows in office buildings, Building and Environment, Vol. 43, 2008

[50] Hihara, Eiji, Wang, Jianfeng - Research on annual energy consumption of packaged air-

conditioning units, Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo, 2004

[51] International Energy Agency – World Energy Outlook 2010

[52] Ionescu, A.M. - Metode de calcul referitoare la schimburi de căldură între clădiri şi mediul

înconjurator, raport 1 de cercetare, 2010

[53] Ionescu, A.M. - Simularea funcţionaării sistemelor de climatizare, raport 2 de cercetare,

2010

[54] Ionescu, A.M. - Simulări ale consumului de energie pentru situaţii de clădiri reprezentative,

raport 3 de cercetare, 2011

[55] Iordache, F. – Termotehnica construcţiilor, ediţia a 3-a, Editura Matrix Rom, Bucureşti,

2010

[56] ISO 15927:2005 - Perfomanţele higrotermice ale clădirilor – Calculul şi prezentarea datelor

climatice


141

[57] ISO 15927-4:2005 - Date orare pentru evaluarea necesităţilor energetice anuale de încălzire

şi răcire

[58] Itard, L., Guerra Santin, O., Visscherâ, H. - Evaluation of the effects of Energy Performance

Regulations on the actual energy used in Dutch dwellings, 10th REHVA World Congress

« Sustainable Energy Use in Buildings », Clima 2010

[59] Knight, I., Adnot, J., Alexandre, J-L, Andre, P., Assimakopoulos, M-N, Butala, V., Hitchin,

R., Masoero, M., Spitzbart, C., Wright, D. – Final Project Report: HARMONAC (Harmonizing

Air Conditioning Inspection and Audit) Procedures in the Tertiary Building Sector - Energy

Consumption in European Air Conditioning Systems and the Air. Conditioning System

Inspection Process, 2010

[60] Legea 372 : 2005 privind performanţa energetică a clădirilor (publicată in Monitorul Oficial

nr. 1 Partea I din 19.12.2005)

[61] Leonăchescu, N. – Termotehnică, Editura Didactică şi Pedagogică, 1981

[62] Lungu, C.I. - Optimizarea energo-economică a unui sistem de condiţionare a aerului

utilizând o maşină frigorifică cu absorbţie utilizând gaze naturale, Universitatea Tehnică de

Construcţii Bucureşti, Facultatea de Instalaţii, Bucureşti, 2004

[63] Manualul de instalaţii – Volumul Instalaţii de ventilare si climatizare, Editura Artecno

[64] Mare, C.O. –Studiu comparativ între metodele de evaluare a consumurilor de energie în

clădiri climatizate, UTCB, Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor, 2011

[65] Marion, W., Urban, K., User’s Manual for TMY2s Typical Meteorological Years, National

Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado, 1995

[66] Macias, M., Gaona, J.A., Luxan, J.M., Gomez, G. - Low cost passive cooling system for

social housing in dry hot climate, Energy and Buildings, Vol. 41, 2009

[67] Masy, G., André, Ph., Lebrun, J. - For a better understanding of actual consumption in

residential buildings, 10th REHVA World Congress « Sustainable Energy Use in Buildins »,

Workshop 9e, Clima 2010


142

[68] MC 001/1:2006- Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor,

Partea I "Anvelopa clădirii"

[69] MC 001/2:2006 - Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor, Partea II

"Performanţa energetică a instalaţiilor din clădiri"

[70] MC 001/4:2009 - Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor, Partea IV

„Breviar de calcul al performanţei energetice a clădirilor şi apartamentelor”

[71] Mendonça, K.C., Inard, C., Wurtz, E., Winkelmann, F.C. and Allard, F. - A Zonal Model

For Predicting Simultaneous Heat And Moisture Transfer In Buildings, INDOOR AIR 2002 -

The 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, June 30 - July 5, 2002

[72] Mladin, E.,C., Berbecaru, D., Georgescu, M. – Managementul energiei în clădiri,

Managementul energiei - Principii, concepte, politici, instrumente-, Editura AGIR, Bucureşti,

2008

[73] Moujalled, B. – Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Modélisation dynamique du

confort thermique dans les batiments naturellement ventilés, INSA de Lyon, Ecole doctorale :

Mecanique, Energetique, Génie Civil, Acoustique (MEGA), 2007

[74] Noel, J., Roux, J.,J. - CoDyBa Manuel Utilisateur, 2004

[75] Păltineanu, G., Matei, P., Trandafir, R. - Bazele analizei numerice, Editura Printech, 2001

[76] Panayiotou, G., P., Kalogirou, S., A., Florides, G., A., Maxoulis, C., N., Papadopoulos,

A.,M., Neophytou, M., Fokaides, P., Georgiou, G., Symeou, A., Georgakis, G. - The

characteristics and the energy behaviour of the residential building stock of Cyprus in view of

Directive 2002/91/EC, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010

[77] Papadopoulos, A.M. - Energy cost and its impact on regulating the buildings’ energy

behaviour, Adv. Build. Energy Res. 1, 2007

[78] Papadopoulos, A.M., Theodosiou, T., Karatzas, K. - Feasibility of energy saving renovation

measures in urban buildings: the impact of energy prices and the acceptable pay back time

criterion, Energy and Buildings, Vol.34, 2002


143

[79] Paris, B. - Thèse professionnelle : Gestion optimale des échanges énergétiques dans un

habitat individuel, Mastère spécialisé Energies Renouvelables et leurs Systèmes de Production,

Laboratoire ELIAUS, Université Via-Domitia de Perpignan, 2006

[80] Pérez-Lombard, L., Ortiz, J., Pout, C. - A review on buildings energy consumption

information. Energy and Buildings, Vol. 40, 2008

[81] Petcu, C. – Teză de doctorat : Contribuţii la analiza energetică multiparametrică a anvelopei

şi a sistemelor de management al microclimatului din clădiri, UTCB, Facultatea de Inginerie a

Instalaţiilor, 2009

[82] Pfafferott , J., Herkel, S. - Statistical simulation of user behaviour in low-energy office

buildings, Solar Energy, Vol. 81, 2007

[83] Pfafferott , J - .Evaluation of earth-to-air heat exchangers with a standardised method to

calculate energy efficiency, Energy and Buildings, Vol. 35, 2003

[84] Precup, M. - Teză de doctorat : Contributii privind auditarea energetica a clădirilor noi şi

existente, UTCB, Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor, 2011

[85] Rijal, H.B.,. Tuohy , P., Humphreys , M.A., Nicol, J.F., Samuel , A., Clarke, J. - Using

results from field surveys to predict the effect of open windows on thermal comfort and energy

use in buildings, Energy and Buildings, Vol.39, 2007

[86] Roux, J.J. – Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Proposition de modeles simplifies pour

l’étude du comportement thermique des bâtiments, INSA de Lyon, Département Génie Civil et

Urbanisme, 1984

[87] Sateikis, I., Lynikiene, S., Kavolelis, B. - Analysis of feasibility on heating single family

houses in rural areas by using sun and wind energy, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006

[88] Spagnolo, J., de Dear, R. - A eld study of thermal comfort in outdoor and semi-outdoor

environments in subtropical Sydney Australia, Building and Environment, Vol. 38, 2003

[89] Standard I5:2010 – Normativ pentru proiectarea, executarea şi exploatarea instalaţiilor de

ventilare şi climatizare


144

[90] SR EN 15251:2007- Parametri de calcul ai ambianţei interioare pentru proiectarea şi

evaluarea performanţei energetice a clădirilor, care se referă la calitatea aerului interior, confort

termic, iluminat şi acustică

[91] TRNSYS 16 - a TRaNsient SYstem Simulation program, Volume 6 - Multizone Building

modeling with Type 56 and TRNBuild

[92] Trnsys software – CSTB, versiunea 16

[93] Trocmé, M. - Thèse pour obtenir le grade de Docteur: Aide aux choix de conception de

bâtiments économes en énergie, Ecole des Mines de Paris, Spécialité “Energétique”, 2009

[94] Voss, K., Herkel, S., Pfafferott, J., Lo¨hnert, G., Wagner, A. - Energy efficient office

buildings with passive cooling – Results and experiences from a research and demonstration

programme, Solar Energy, Vol.81, 2007

[95] World Energy Council – Energy Efficiency: A Recipe for Success, 2010

[96] World Energy Council – Deciding the Future: Energy Policy Scenarios to 2050, 2007

[97] Wong, N.H., Feriadi, H., Lim, P.Y., Thom, K.W., Sekhar, C., Cheong, K.W. - Thermal

comfort evaluation of naturally ventilated public housing in Singapore, Building and

Environment, Vol. 37, 2002

[98] Yu, Z., Haghighat, F., Fung, B., C., M., Yoshino, H. - A decision tree method for building

energy demand modeling, Energy and Buildings, Vol. 42, 2010

[99] Zhou, L., Haghighat, F. - Optimization of ventilation systems in office environment. Part I.

methodology, Building and Environment, Vol. 44, 2008

[100] http://org.ntnu.no/

[101]http://data.gov.uk/blog/central-government-hq-buildings-real-time-energyconsumption

since-august-2010

[102] http://www.cleanairalliance.org/choices/airconditioning.html

[103] http://www.ovirainvest.ro/html/sticla/radiatia.html

Documents

Cercetări privind consumul de energie pentru climatizarea clădirilor