ARHITECTURA ECOLOGICA EFECTUL DE SERA

PERETELE TROMBE

Sarbu Paula An V, sem. A

-2012

EFECTUL DE SERA Sera este un element cu dublu rol, arhitectural i bioclimatic. Bioclimatic deoarece

datorit efectului care i poart numele, sera nclzete o anumit cantitate de aer care la rndul ei poate fi folosit pentru a asigura confortul termic sau chiar pentru a o ceda altor elemente, precum i, n anumite cazuri pentru a orienta deplasarea unei mase de aer. Radiaia solar de frecven mare (lumina vizibil) ptrunde prin sticl (care este transparent pentru aceste frecvene) i ajunge pe suprafeele opace.

O parte din radiaia luminoas este reinut sub form de caldur, o parte este reflectat sub form de radiaii de joas frecven (infraroii), iar o mic parte este reflectat sub form de radiaii luminoase. Sticla, ns, dei este transparent pentru radiaia luminoas, este opac pentru radiaia caloric, astfel nct sera acioneaz ca o capcan pentru energia termic. Istoric vorbind efectul de ser ncepe s fie aplicat contient n secolul XIX, odat cu amenajarea de ctre Joseph Paxton a serelor Grdinii Botanice Regale. n cadrul cldirlor

bioclimatice, sera are rolul de a nclzi cantiti de aer, fie pentru ca acesta s fie apoi rspndit n interiorul cldirii sau pentru a-i imprima o micare ascendent (ca n cazul sistemului Arup). Din punct de vedere funcional, sera este folosit n spaii tampon, grdini de iarn sau adiacent livingului.

Totui este important un bun control al funcionrii acesteia, precum i a circulaiei aerului spre i dinspre ser, deoarece ea poate s se transforme ntrun element cu mari pierderi de cldur pe timpul nopii sau al iernii sau ntr-un factor de supranclzire pe timp de var. n schimb, ca avantaje, putem enumera posibilitatea de a realiza n ser spaii tampon de relaionare cu exteriorul, ntlnite att n cazul locuinelor, ct i n cazul cldirilor publice, spaii de agreement cum ar fi grdinile iarna, posibilitatea de a obine o foarte bun iluminare natural i vedere panoramic, precum i posibiliti de exprimare favorabile n faad. Din punct de vedere cronolgic, este probabil primul tip de detaliu bioclimatic aplicat cldirilor i cel mai uor de adaptat.

Locuin la Regensburg,Thomas Herzog, 1979

Locuinta este rezultatul unor experimente efectuate de arhitectul Thomas Herzog in

perioada anilor 70. Experimentul testa case care sa foloseasca energie solara astfel incat sa se elimine emisiile de dioxid de carbon din procesul de utilizare. Ceea ce iese in evidenta in cazul

acestei locuinte este implementarea geometrica care spre deosebire de formele ortogonale traditionale. Aceasta este o structura simpla al carei acoperis din sticla, inclinat, mareste iarna cantitatea de lumina naturala ce patrunde in interior. Arhitectul a creat intr-o zona temperata o locuinta pasiva cu incalzire solara, construind o casa imprejurul altei case, adaugand de fapt un invelis suplimentar, o sera care include casa.

Daca este privita din anumite directii, casa seamana cu o sera orientata spre sud, in mijlocul unei paduri de fag.

Aspectul tehnic este pronuntat, dar se integreaza in mod placut in mediu datorita

acoperisului inclinat sustinut de grinzi de lemn si pentru ca produce senzatia ca rasare din spatiul inconjurator asemeni unei plante. Tehnologia utilizata este vizibila: partea dinspre sud

este lucioasa, acoperisul inclinat regleaza in functie de anotimp cantitatea de caldura solara ce patrunde in interior, podeaua este confectionata din placi de calcar pentru incalzire prin

radiatie, intreaga structura este asezata pe piloni deasupra solului umed si a radacinilor fagilor, materialele usoare utilizate in constructie fiind in armonie cu natura.

Arcosanti, Paolo Soleri

Arcosanti este un oras experimental din Arizona ce pune in practica principiile arcologiei, o teorie elaborata de Paolo Soleri, care presupune o stransa legatura intre

arhitectura si ecologie. Paolo Soleri, unul dintre cei mai originali ganditori ai vremurilor noastre si-a dedicat

intreaga existenta problemelor sociale si ecologice provocate de viata urbana moderna. Cariera lui Soleri cuprinde nenumarate realizari semnificative in domeniul arhitecturii si urbanismului,

iar scrierile sale revolutionare despre arcologie, compatibilitatea dintre arhitectura si ecologie, continua sa ridice interesul la nivel international.

Sectiune spatiu sera

Norman Foster, Commerzbank, Frankfurt

Schem pasiv la sere integrate n cldirea nalt de birouri

Sediul Commerzbank din Frankfurt (1994-97) este cea

mai inalta cladire din Europa si are distinctia de a fi primul zgarie-nori ecologic din lume. Noua sere, de inaltimea a patru niveluri fiecare, sunt plasate in spirala la cote diferite pe cele trei laturi ale cladirii, asigurand fiecarui birou deschiderea spre verde. Toate birourile sunt natural ventilate cu ferestre ce se pot deschide.

Gradinile ofera numeroase avantaje: - Ofera o zona tampon intre atriumul cladirii si exteriorul - Permit ventilarea prin intermediul atriumului care este impartit in sectiuni pe

inaltimea cladirii - Introduc o mare cantitate de lumina naturala

- Birourile care sunt orientate spre gradini beneficiaza de o cantitate mare de lumina naturala si de perspective exterioare

Una dintre aplicatiile efectului de sera este FATADA DUBLA

Faada dubl reprezint un sistem de anvelopant utilizat la scar mare n special n ultimii 10-15 ani. Scopul dublrii faadei a aprut, n special, din considerente de mbuntire a

confortului termic la cldirile nalte de birouri, dar i din nevoia de mbuntire acustic n cldirile situate n zone cu poluare fonic, de reducere a folosirii energiei n exploatare i, nu n

ultimul rnd, din cauza valenelor estetice pe care o faad dubl le poate genera.

Istoric. Faada dubl nu reprezint o invenie actual, sisteme similare fiind descrise nc de la jumtatea secolului XIX. Astfel, n 1849, Jean-Baptiste Jobard, la vremea aceea director al

Muzeului Industrial din Bruxelles, descrie o versiune de nceput a sistemului de ventilare mecanizat a unei faade cu straturi multiple. Acesta menioneaz cum, pe perioada iernii,

aerul cald circul ntre dou suprafee vitrate, n timp ce vara, n acelai spaiu, ar fi trebuit s circule aer rece. Prima cldire pentru care se folosete sistemul de faad cortina dubl apare n 1903. Steiff Factory n Giengen, Germania. Prioritile construciei erau de a folosi la maxim lumina natural, n paralel, inndu-se cont de vremea rece i de vnturile puternice din regiune. Soluia a fost o structur pe trei nivele, cu spaii de depozitare la parter i dou etaje superioare cu suprafee destinate spaiilor de lucru.

La sfritul anilor 1920, faadele duble au fost utilizate i dezvoltate spre alte scopuri. De exemplu, n Rusia, Moisei Ginzburg experimenteaz fii de faad dubl n cadrul blocurilor de locuine, n cldirea Narkomfin (1928). Pn n perioada anilor `70 - `80, nu s-au nregistrat

progrese n tehnologia sistemului faadelor multistrat. Abia n anii `80, au revenit n actualitate i au castigat atenia, pe de o parte, pe motivul preocuprii asupra mediului nconjurator,

precum n cazul birourilor Leslie i Godwin, iar pe de alt parte, din motive estetice create de efectul straturilor multiple de sticl. n anii `90, creterea ateniei n ceea ce privete sntatea

mediului ncepe s influeneze att proiectarea de arhitectur, ca suport tehnic, ct i gndirea politic prin care cldirile verzi devin o imagine favorabil pentru sediile de birouri.

Din punct de vedere al confortului termic, s-a urmrit posibilitatea folosirii controlului solar pe tot parcursul anului, evitarea supranclzirii birourilor i meninerea unei temperaturi

acceptabile interioare a suprafeelor pe timpul verii i iernii. Vizual, s-a constatat posibilitatea folosirii controlului solar pe tot parcursul anului i mbuntirea confortului visual (de exemplu, evitarea luminii puternice), iar acustic s-a obinut o mai bun performan i izolare n spaiul interior.

Din punct de vedere al circulaiei aerului, posibil folosirea ventilaiei naturale n locul celei mecanice utiliznd spaiul dintre cele dou faade. La nivel energetic se reduce necesitatea de nclzire pe timpul iernii i de rcire pe perioada verii, reducerea maximelor de nclzire/rcire, plus folosirea luminii naturale n locul celei artificiale pe ct posibil.

Definie i concept. n literatura de specialitate, mecanismul faadei duble poate ntlni diveri termeni care s o defineasc: faad dubl, faad activ (cand ventilaia aerului ntre

cele dou faade se realizeaz mecanic), faad pasiv (cnd ventilaia aerului ntre cele dou faade se realizeaz natural), faad dinamic, faad cu perete-filtru, faad ce economisete

energie, faad ventilat, faad ecologic. Faada dubl este un sistem ce const n dou fee de sticl plasate n aa fel nct aerul

circul liber n spaiul dintre ele. Ventilarea spaiului poate fi natural, realizat cu ajutorul ventilatoarelor. Sau mecanic. n afara tipului de ventilaie n spaiul dintre cele dou pri ale faadei, originea i destinaia aerului pot fi diferite, aceasta depinznd n principal de condiiile climatice, de folosire, de localizare i de orele n care cldirea este folosit. Faadele duble pot fi uniti acoperite cu un singur strat sau cu dou din sticl avnd ntre ele o distan de la 20 cm

pn la 2 m. Deseori, pentru protecie i din motive de economisire a cldurii n perioada de rcire, storurile sunt plasate n interiorul spaiului dintre cele dou faade. Proprietile solare

ale faadei duble nu difer mult de faada cu o singur fa. Totui, datorit adugrii celei de-a doua coji, se formeaz o zon de tampon termic,

ce reduce pierderile de cldur i favorizeaz ctigul pasiv de energie s olar. n perioada de nclzire, aerul prenclzit poate fi introdus n cldire genernd ventilaie natural cu reinerea

unui climat interior bun. Pe de alt parte, n timpul verii, problemele legate de supranclzire erau prezente cnd faada era ventilat necorespunztor. Diferite configuraii pot rezulta din

diferite moduri de folosire a faadei, dovedind flexibilitatea sistemului i adaptabilitatea lui la diferite medii climatice i locaii diferite.

Clasificarea faadelor duble. Cel mai obinuit mod de clasificare este n conformitate cu tipul (geometria) spaiului dintre cele dou faade (dup cum se arat n figura de mai jos).

Tipologii de faade duble 1. Faada dubl pe mai multe

etaje. n acest caz, nu exist nici un compartiment vertical sau orizontal ntre cele dou fee. Ventilaia aerului se face prin orificiile de la parter si acoperi (a).

2. Faada coridor. Compartimentarea orizontal este

creat pentru acustic, securitate mpotriva incendiilor sau din motive de

ventilaie (b). 3. Fereastra tip cutie. Compartimentarea orizontal i vertical mparte faada n pri

mici i de sine stttoare (c). 4. Cutia tip ax. Un set de ferestre tip cutie sunt plasate n faad (d). Aceste elemente

sunt conectate pe un ax vertical, asigurnd un efect de suprapunere mrit. nveliul interior al faadei, de obicei, este format dintr-un geam dublu sau triplu izolat

termic. Spaiile dintre geamuri sunt umplute cu aer, argon sau krypton. Pelicula geamului interior al faadei cu putere de emitere scazut reduce radiaia de cldur stocat n interior.

nveliul exterior al faadei este compus dintr-un singur geam securizat. Cteodat poate fi nlocuit cu geam duplex. Cel mai obinuit strat exterior este un geam securizat sau geam duplex securizat. Stratul celei de-a doua faade interioare este un geam fix sau mobil, dublu sau simplu, cu ochiuri batante sau oscilante. Dispozitivele de umbrire (obloane

rabatabile, brise-soleil-uri, jaluzele etc)sunt plasate n interiorul spaiului dintre cele dou faade din motive de protecie. Caracteristicile storurilor influeneaz proprietile fizice ale

spaiului din interiorul celor dou fee. De aceea, selecia lor trebuie s fie fcut dup ce se ia n considerare combinarea tipului de geam, geometria spaiului dintre cele dou faade i

strategia de ventilaie. S-a constatat c pentru a avea eficien maxim, storurile trebuie poziionate njumtatea exterioar a spaiului intermediar. De asemenea, nu trebuie s fie prea

aproape de geamul exterior pentru a evita nclzirea excesiv a acestui nveli. Pentru motivul menionat i pentru o ventilaie corespunztoare este recomandat o distan minim de 15 cm ntre storuri i nveliul exterior al faadei.

Materialul ales, geometria i poziionarea dispozitivelor de umbrire sunt importante pentru tipul de curent de aer, proprietile termice ale spaiului Avantaje i dezavantaje.

Avantajele sistemului de faad dubl ar fi urmtoarele:

1. Preuri sczute de construcie n comparaie cu soluiile care pot fi oferite de folosirea geamurilor electrocromatice, termocromatice sau fotocromatice (proprietile lor se schimb n

funcie de condiiile climatice i de mediu). 2. Reducerea nivelului intern de poluare fonic, n cadrul cldirilor de birouri, poate fi

atins prin reducerea att a transmisiei din camer n camer (poluare fonic intern), ct i din sursele exterioare, cum ar fi, de exemplu, zgomotul traficului (poluare fonic extern). Tipul

faadei duble i numrul deschiderilor poate fi critic pentru izolaia sunetului, n ceea ce privete poluarea fonic intern i extern.

3. Izolaia termic. n timpul iernii, adugarea unui nveli adiional ofer o izolaie mbuntit. Reducerea vitezei curentului de aer i creterea temperaturii aerului n cadrul spaiului duce la creterea transferului de cldur pe suprafaa sticlei, ceea ce conduce la reducerea general a pierderilor de cldur. Pe timp de var, aerul cald din cadrul spaiului poate fi scos prin ventilaie mecanic, cu ajutorul ventilatoarelor sau prin ventilaie natural. Anumite tipuri de faade pot cauza probleme de supranclzire. Oricum, un nveli exterior care se poate deschide complet poate rezolva problema supranclzirii pe timpul lunilor de var, dar cu siguran va conduce la creterea costurilor de construcie.

4. Ventilaia pe timp de noapte. n timpul zilelor caniculare de var, spaiile interioare

pot fi uor supranclzite. n acest caz se poate economisi energie prin rcirea birourilor pe timpul nopii folosind ventilaia natural. Temperaturile din interior vor fi atunci mai sczute n

timpul orelor de diminea oferind confort termic i aer de calitate ocupanilor. 5. Economisirea energiei i reducerea impactului asupra mediului . n principiu, faadele

duble pot economisi energie cnd sunt bine proiectate. Deseori, cnd izolaia convenional a pereilor exteriori las de dorit, economisirea ce poate fi obinut prin adugarea unui alt

nveli poate fi important. 6. O mai bun protecie a dispozitivelor de umbrire sau iluminare. Odat ce sistemele de

umbrire sau iluminare sunt plasate nauntrul spaiului intermediar al faadei duble, ele sunt protejate att de vnt, ct i de ploaie.

7. Reducerea efectelor presiunii vntului. Faada dubl n jurul cldirilor nalte poate servi la reducerea efectelor presiunii vntului.

8. Transparena proiectul arhitectural. n aproape toate lucrrile de specialitate este menionat dorina arhitecilor de a folosi placarea suprafeelor mari cu sticl.

9. Ventilaia natural. Unul dintre principalele avantaje ale sistemului cu faad dubl este c aceasta permite ventilaie natural (sau susinut de ventilatoare). Selecia tipurilor de faad dubl poate fi determinant pentru temperatur, viteza aerului i calitatea aerului

introdus n cldire. Dac este proiectat bine, ventilaia natural poate duce la reducerea consumului de energie pe timpul folosirii cldiri i la mbuntirea confortului.

10. Confortul termic temperaturile peretelui interior. n perioadele reci, cnd aerul din spaiul faadei duble este mai cald (n comparaie cu temperatura exterioar), partea interioar

a faadei poate menine temperaturi care sunt mai apropiate de nivelul termic de confort din perioadele calde (n comparaie cu faadele simple). Pe de alt parte, pe timpul verii este foarte

important ca sistemul s fie bine proiectat pentru ca temperaturile din spaiul interior s nu creasc foarte mult.

11. Ieirea n caz de incendiu. Spaiul creat de faada dubl poate fi folosit ca ieire de incendiu.

Dezavantaje ale sistemului:

1. Costuri mai mari de construcie n comparaie cu o faad convenional. 2. Protecia mpotriva focului. nc nu este foarte clar dac faada dubl reacioneaz

favorabil, n ceea ce privete protecia mpotriva focului a cldirii. Problemele apar n ie de tipul de faad dubl utilizat, mai ales n cazul comunicrii ntre spaii, legat de posibila

circulaie a fumului. 3. Reducerea spaiului util al birourilor. Lrgimea spaiului intermediar al faadei duble

poate varia de la 20 cm la 2 m. Aceasta aduce cu sine pierderea spaiului util. 4. ntreinere adiional i costuri operaionale. Comparnd faada dubl cu cea simpl,

se poate realiza c cea dubl poate avea un pre mai mare n ceea ce privete construcia, curenia, inspecia, serviciile i ntreinerea.

5. Probleme de supranclzire. Dac sistemul faadei duble nu este proiectat corespunztor este posibil ca temperatura aerului n spaiul dintre cele doua fee s duc la supranclzirea aerului.

6. Creterea vitezei aerului n cadrul spaiului, n special la cldirile cu multe etaje. Diferenele considerabile de presiune se afl ntre birouri i spaiul dintre cele dou fee, n cazul unei ventilaii naturale.

7. Lumina natural. Faada dubl este similar cu alte tipuri de faad (de exemplu, cu cea simpl). Totui, datorit nveliului adiional, faada dubl reduce cantitatea de lumin natural ceptrunde n camere.

8. Izolaia acustic. Este posibil caproblemele de transmitere a sunetelor (de la camer la camer, de la etaj la etaj) s se produc dac faada nu este proiectat corespunztor

Faad dubl. Alctuirea sistemului

PERETELE TROMBE Folosete att efectul de ser ct i efectul nclzirii prin radiaie, precum i transmiterea

prin convecie i conducie. n esen, peretele Trombe const dintr-un perete masiv de beton simplu sau piatr. Din considerente de transmitere i stocare a energiei termice, faa exteri oar a peretelui este vopsit n culoare nchis, iar la o distan de 10-15 milimetri de aceasta se afl o suprafa vitrat.

Peretele Trombe. Schem de funcionare

Efectul de ser este amplificat de culoarea nchis a peretelui, iar pierderea cldurii generate n urma radiaiei solare, mpiedicat de efectul de ser. Ceea ce rezult este caldur

stocat n perete i transmis de acesta, precum i aer cu temperatur ridicat ce poate fi captat la

partea superioar a peretelui. Peretele Trombe se folosete cu precdere pe pereii puternic nsorii (sud). Dezavantajele acestui sistem sunt date de reducerea

suprafeelor vitrate pe pereii afectai ai sistemului, dar mai ales de aspectul faadelor cu mari suprafee opace i nchise la culoare. Totui exist posibilitatea ca soluia economic, dar neplacut vizual a betonului sau a pietrei vopsite, s fie nlocuit cu piatra sau crmida cu nuane ct mai nchise, dar cu textur natural, sau renunndu-se la o parte din suprafaa afectat peretelui Trombe n favoarea unei compoziii de nuane. n varianta sa de baz, sistemul peretelui Trombe presupune existent unui perete de beton simplu sau din piatr cu inerie termic mare, dar cu o bun conductivitate.

O alternativ a acestui sistem, numit peretele Trombe cu termosifon i anume practicarea unor orificii de circulaie a aerului la nivelurile superioare i inferioare ale pereilor

de stocare a cldurii, permite asigurarea circulaiei aerului n scopul realizrii confortului termic optim.

Utilizarea peretelui Trombe cu termosifon

BIBLIOGRAFIE 1. Voica M, (2006) Arhitectura Ecologic; Tradiional i tehnologie

contemporan. Dezvoltare durabil i management ecologic, tez de doctorat, Universitatea de Arhitectur i Urbanism Ion Mincu, Bucureti.

2. Wines J. (2000), Green Architecture, Benedikt Taschen Verlag, Koln. 3. Richard Weston, Key Buildings of the 20th Century, Weston Publishers.

Print 2004. 4. World Renewable EnergyCongress VIII and Expo, Trombe Walls in Low-

Energy Buildings: PracticalExperiences