Fizica Constructiilor p1,p2

Embed Size (px)

Citation preview

HIGROTERMICA CLDIRILOR

Capitolul 1

INTRODUCERE1.1. Relaia om-construcie-mediu Omul, fiin nzestrat cu inteligen superioar, a manifestat o preocupare constant pentru crearea unui mediu artificial care s-i solicite ct mai puin capacitatea de adaptare. Astfel, dac iniial adpostul avea rolul exclusiv de protecie la agresivitatea mediului, n timp s-a ajuns la realizarea unor cldiri judicios concepute, dotate cu instalaii i echipamente complexe, capabile s anihileze sau s atenueze aciunea factorilor exteriori i s ofere un mediu interior sntos, n acord cu destinaia spaiului. n accepiunea modern privind calitatea cldirilor, se consider c un mediu sntos este caracterizat nu numai prin absena cauzelor de mbolnvire ci i prin confort reflectat n existena unor condiii de desfurare a activitii individuale fr oboseal exagerat i fr a solicita n mod deosebit sistemul nervos, sau un anumit organ al corpului. Aceste condiii se refer la compoziia aerului, lumin, temperatur, umiditate i vitez de micare a aerului, intensitatea zgomotului, absena vibraiilor, nivelul de radioactivitate (fig.1.1). Imperativul reducerii consumurilor energetice n toate sectoarele vieii economice i sociale, n legtur direct cu problemele de protecie a mediului (efectul de ser la nivel planetar), adaug o constrngere activitii de concepie, proiectare i execuie a cldirilor.9

Irina Bliuc

Fig. 1.1 Rolul cldirii de anihilare/atenuare a aciunii agresive a factorilor de mediu i de realizare a unui microclimat confortabil i sntos

Realizarea unor cldiri sntoase, confortabile i eficiente energetic, n relaie armonioas cu mediul ambiant devine astfel unul din dezideratele majore ale arhitecturii moderne, a crui realizare este posibil numai utiliznd n deplin cunotin de cauz instrumentele teoretice i conceptuale indispensabile unei abordri tiinifice a actului de a construi. 1.2. Aplicarea analizei de performan n aprecierea calitii cldirilor Nivelul de calitate al unei cldiri poate fi apreciat prin msura n care proprietile acesteia, la darea n exploatare (sau la un anumit moment al exploatrii), corespund exigenelor specifice, determinate de destinaie i comand social. Obiectivitatea evalurii este asigurat de cadrul oferit de analiza de performan, care implic o10

HIGROTERMICA CLDIRILOR

metodologie de apreciere similar cu cea aplicat produselor industriale. Aceasta se traduce prin formularea unor exigene, criterii i niveluri de performan normate, precum i a unor posibiliti practice de evaluare a nivelului de performan efectiv, respectiv a gradului de satisfacere a exigenelor. In principiu, aplicarea analizei de performan n construcii necesit parcurgerea urmtoarelor etape :

Identificareaexigenelor utilizatorilor sub forma condiiilor pe care trebuie s le ndeplineasc cldire rspunde destinaiei. exigene formulate independent de condiiile exterioare i de posibilitile tehnice de realizare a cldirii. Aceste sunt pentru o a

Transformareaexigenelor utilizatorilor exigene performan pentru cldiri,11

n de

Irina Bliuc

uniti sau aceast

funcionale ncperi; sarcin

revine specialitilor care trebuie s in seama de aciunile exterioare, aceste precum rspunsul organismului uman la mediului. solicitrile de aciuni, i de rspunsul cldirii la

Stabilireacriteriilor performan pentru uniti pentru subansamblurile i elementele construcie participante satisfacerea exigenei de performan const n identificarea unor12

de cldiri,

funcionale

sau ncperi, dar i

de la

HIGROTERMICA CLDIRILOR

mrimi fizice care definesc comportarea unui sau unui spaiu construit, a subansamblu element punct de de

construcie dintr-un anumit vedere i care pot fi evaluate prin calcul sau experimentri. De regul, unei i mai de exigene corespund multe criterii performan.

Stabilireanivelurilor performan reprezint concretizarea cantitativ numeric criteriilor i a de de

performan pentru a putea fi utilizate n aprecierea unei soluii constructive; se opereaz cu mai13

Irina Bliuc

multe nivelului

valori

ale de

performan: - Nivel de performan necesar (impus sau normat) specificat n prescripiile tehnice (Pn); - Nivel de performan prevzut n proiect care trebuie s fie egal sau superior celui normat (Pc); - Nivel de performan efectiv (Pef) realizat prin execuie, care depinde de variaia aleatorie a unui numr foarte mare de factori.

Metodele de evaluare a performanelor constau n metodologiide calcul, simulri numerice sau experimentri de laborator n faza de proiectare ori tehnici experimentale la cldiri n exploatare.

Verificarea msurii n care sunt satisfcute criteriile deperforman n faza de proiectare, dup execuie sau n diferite momente ale exploatrii prin compararea nivelului de performan rezultat din calcul sau msurtori, cu valoarea normat a acestuia. Sintetic, principalele etape de aplicare a analizei de performan sunt prezentate n schema din fig. 1.2. 1.3. Dezvoltarea durabil n construcii Conceptul de dezvoltare durabil, a aprut ca urmare a contientizrii faptului c problemele dezvoltrii i ale creterii economice nu mai pot fi tratate separat de cele ecologice. Se definete astfel acel tip de dezvoltare economic prin care se asigur satisfacerea necesitilor generaiei prezente fr a compromite aspiraiile generaiilor viitoare de a-i satisface propriile cerine. Definirea termenului de dezvoltare durabil n construcii a cunoscut14

HIGROTERMICA CLDIRILOR

abordri distincte n diferite ri cu diferene pronunate ntre economiile de pia dezvoltate, economiile de tranziie i economiile n curs de dezvoltare.

15

Irina Bliuc

Fig. 1.2 Schem bloc privind aplicarea conceptului de performan n aprecierea calitii cldirilor

16

HIGROTERMICA CLDIRILOR

Cu ocazia primei Conferine Internaionale privind Dezvoltarea Durabil a Construciilor a fost definit acest concept n felul urmtor: crearea i managementul responsabil al unui mediu construit sntos, bazat pe utilizarea eficient a resurselor i principii ecologice (Tampa 1994). Abordarea dezvoltrii durabile n construcii implic luarea n considerare a tuturor factorilor care pot afecta mediul natural sau sntatea uman, urmrind n principal: - consumul de resurse (energie, materiale, ap, teren); - impactul asupra mediului nconjurtor (deeuri solide, ape uzate, emisii gazoase CO2, SO2, NOx, pulberi, NH4, CFC); - calitatea mediului interior (calitatea aerului i ventilarea, confortul higrotermic, iluminarea, zgomotul i acustica spaiilor). Evaluarea calitii construciilor din punct de vedere al armonizrii cu mediul reprezint nc o problem, datorit multitudinii de factori care intervin i a relaiilor de intercondiionare dintre acetia. Specialitii francezi au definit calitatea ecologic a unei construcii ca fiind capacitatea acesteia de a proteja resursele naturale i de a satisface cerinele de confort, de sntate i calitate a vieii ocupanilor n fiecare faz a existenei sale: programare, concepie, execuie, exploatare i eventual reabilitare, renovare, demolare. n abordarea implicaiilor de mediu asupra unei construcii, nu trebuie neglijat nici una din fazele ciclului su de via, de la extragerea materiilor prime i pn la demolare i reutilizare (fig. 1.3). Elaborarea unui standard global pentru evaluarea performanelor de mediu i etichetarea cldirilor din acest punct de vedere constituie o preocupare important la nivel european.

17

Irina Bliuc

Fig. 1.3 Ciclul de via al unei construcii /33/

1.4. Sistemul calitii n construcii. Legea nr. 10/1995 privind calitatea Sistemul calitii n construcii reprezint ansamblul de structuri organizatorice, responsabiliti, regulamente, proceduri i mijloace care concur la realizarea calitii construciilor n toate etapele de concepie, realizare, exploatare i postutilizare a acestora i se refer la: reglementrile tehnice, calitatea produselor folosite, agrementele tehnice pentru noi produse i procedee, verificarea calitii proiectelor i a execuiei lucrrilor, expertizarea proiectelor i a construciilor, autorizarea i acreditarea laboratoarelor de analize i ncercri, activitatea metrologic, recepia construciilor i controlul de stat al activitii n construcii. Aceste componente ale sistemului calitii ofer un cadru general care permite crearea unor instrumente de lucru specifice dezvoltrii durabile, cum ar fi: metode de concepie a proiectelor fr regrete, etichetarea ecologic a produselor de construcii, metode de evaluare a calitii produselor din punct de vedere al mediului etc. Cele 6 exigene eseniale formulate n Legea nr. 10 sunt:18

HIGROTERMICA CLDIRILOR

A rezisten i stabilitate B siguran n exploatare C siguran la foc D igien, sntatea oamenilor, refacerea i protecia mediului E izolaie termic, hidrofug i economie de energie F protecie mpotriva zgomotului. Legea calitii n construcii reflect preocuparea fireasc pentru realizarea unor cldiri corect conformate nu numai din punct de vedere al siguranei mecanice, ci i sub aspectul satisfacerii cerinelor de funcionalitate i confort, n condiiile unor consumuri energetice reduse. Apare astfel sintagma de conformare termohigro-energetic definit n /4/ ca reflectnd faptul c se au n vedere simultan dou aspecte eseniale: calitatea higrotermic a ambianei interioare i consumul energetic necesar meninerii ei. Cele dou componente sunt inseparabile i ameliorarea uneia n detrimentul celeilalte nu poate fi luat n considerare. 1.5 Cldirea ca sistem Relaia cldire-mediu sub aspectul fenomenelor de transfer de cldur i mas poate fi analizat n cadrul abordrilor specifice teoriei sistemelor, care permit integrarea comportrii cldirii sau a unei pri din aceasta ntr-o viziune global. Fizic, sistemul cldire este alctuit dintr-un ansamblu de elemente de construcii i volume interconectate ntre ele i cu mediul printr-o multitudine de legturi, prin care se transmit semnale /30/, / 70 /. Legturile sistemului cu exteriorul constau n parametri de intrare cauze, solicitri i mrimi de ieire efecte, rspunsuri

19

Irina Bliuc

cu respectarea principiului cauzalitii, efectele nu preced cauzele, (fig. 1.4).INTRARI aciuni exterioare solicitri

SISTEM CLADIREstructura funcional modelul matematic

IESIRI- rspunsuri

Fig. 1.4 Cldirea ca sistem

Analog cu sistemele automate, cldirea prelucreaz n elementele sale i transmite de la un element la altul informaii sub form de fluxuri de energie i mas. Pentru analiza acestor fluxuri, sistemului cldire i subansamblurilor componente (perei, acoperiuri, ferestre etc.) le sunt asociate modele matematice. Operaia de elaborare a modelelor matematice poart numele de identificare. O alt etap de studiu a sistemului o constituie analiza care const n determinarea mrimilor de ieire, n condiiile n care sunt cunoscute intrrile, structura funcional i modelul matematic. n cazul sistemului cldire, solicitrile de natur termo-higro-energetic provin din exterior (variaia temperaturii aerului, insolaia, regimul vnturilor) sau din interior (sursa de nclzire, degajri de vapori, aporturi de cldur rezultate din utilizare). Variabilele de ieire, rspunsurile, sunt mrimi msurabile, fluxuri de cldur i mas, cmpuri de temperatur sau presiune. Pe baza acestora poate fi realizat analiza de performan, prin evaluarea criteriilor privind consumul de energie, satisfacerea condiiilor de confort, riscul de condens superficial sau n structur.

20

HIGROTERMICA CLDIRILOR

Structura funcional a sistemului este dat de configuraia volumetric a cldirii, poziia, geometria i alctuirea elementelor de nchidere, caracteristicile materialelor, regimul de exploatare. Gradul de complexitate a modelului matematic adoptat depinde de ceea ce se urmrete prin analiza de performan. Studiul sistemului implic descompunerea n subsisteme i analiza fiecruia, urmat apoi de cuplajul acestora respectnd relaiile reciproce existente. Operaia de cuplaj exprim faptul c evoluia unei componente sub influena solicitrilor nu poate fi disociat de evoluia celorlalte. Pe baza rezultatelor analizei de performan poate fi realizat corecia att n ce privete caracteristicile modelului fizic ct i a celui matematic. Concret, corecia poate fi util pentru optimizarea proiectului - n cazul cldirilor noi - sau pentru adoptarea unei strategii de reabilitare - n cazul cldirilor existente. Corecia modelului matematic apare necesar n cazul n care rspunsurile, obinute prin aplicarea unui alt model sau prin msurtori, nu sunt concordante. Problema apare n special n cazul cldirilor existente, pentru care procesul de identificare const n ajustarea parametrilor unui model n scopul ameliorrii unui criteriu. Aplicarea abordrilor specifice teoriei sistemelor n analiza fenomenelor de transfer de cldur i mas n cldiri ofer posibilitatea studierii comportrii cldirii n ansamblu, cu luarea n considerare a factorilor de mediu exterior i interior i a condiiilor reale de exploatare. O sintez a modului de analiz a comportrii cldirii sub aciunea solicitrilor exterioare de ordin fizic este prezentat n figura 1.5.

21

Irina Bliuc

Fig. 1.5 Abordarea sistemic a relaiei cldire-mediu

22

HIGROTERMICA CLDIRILOR

23

Irina Bliuc

Capitolul 2

CONDIII CLIMATICE ALE MEDIULUI EXTERIORAprecierea msurii n care cldirile n ansamblu sau anumite soluii constructive rspund exigenelor referitoare la asigurarea confortului higrotermic, consumul de energie n exploatare i durabilitate este posibil numai dac sunt precizai parametrii climatici exteriori, pe baza crora se stabilesc nivelurile de performan. Astfel, dac ne referim la consumul de energie n exploatare, o anumit soluie tehnic poate rspunde n mod diferit acestei exigene, dac este aplicat n zone cu caracteristici climatice diferite. Pe de alt parte, cunoaterea factorilor climatici este foarte important pentru valorificarea interaciunii cldire-mediu n baza principiilor arhitecturii bioclimatice. 2.1. Condiiile i factorii climei Starea atmosferei ntr-un punct i pe o durat scurt de timp poate fi caracterizat prin elementele meteorologice principale ale climei: temperatura i umiditatea aerului, regimul precipitaiilor, viteza vntului, presiunea atmosferic. Aceste elemente meteorologice variaz n timp sub aciunea factorilor climatici, eterogenitatea nsoririi (funcie de latitudine), fiind factorul principal care influeneaz circulaia general a atmosferei. n afar de radiaia solar mai intervin factori regionali, respectiv locali,

24

HIGROTERMICA CLDIRILOR

ca: natura terenului, relieful, altitudinea, vegetaia, apropierea fa de suprafeele mari de ap (mare, ocean). Climatologia se ocup cu studiul acestor elemente n intercondiionalitatea lor i a evoluiei lor temporale i geografice. 2.1.1. Radiaia solar Constituie sursa tuturor fenomenelor termice care se produc la suprafaa scoarei terestre. n urma reaciilor termonucleare de transformare a hidrogenului n heliu, care au loc n Soare la o temperatur de circa 20.000.000C, se degaj n mod continuu n spaiul cosmic un flux de energie radiant de ordinul a 6,6 kW/cm2. Aceast radiaie are o lungime de und cuprins ntre 0,25 i 5000 m, cu un maximum n zona 0,5 m .(fig. 2.1).

Fig. 2.1 Spectrul solar i absorbia radiaiei solare la nivelul mri /55/25

Irina Bliuc

Datorit proprietilor de absorbie i reflexie selectiv a atmosferei (ca urmare a nebulozitii i a prezenei aerosolilor), la suprafaa scoarei terestre ajunge direct sau indirect numai o parte a radiaiei solare sub forma radiaiei solare globale. Diferena ntre intensitatea radiaiei solare la limita superioar a atmosferei i la suprafaa scoarei terestre variaz cu poziia pmntului fa de soare, fiind mai mare n lunile de var (fig. 2.2).

Fig. 2.2 Reducerea fluxului energetic asociat radiaiei solare la traversarea atmosferei terestre

Radiaia solar global include: radiaia solar direct sau insolaia i radiaia solar difuz. Ponderea celor dou componente depinde de gradul de opacitate al atmosferei. Radiaia solar direct este parial absorbit de scoara terestr i parial reflectat, mrimea componentei reflectate fiind determinat de capacitatea de reflexie a diferitelor suprafee, caracterizat prin valoarea albedoului, care depinde de natura suprafeei (pmnt umed, pmnt acoperit cu vegetaie, reea stradal, oglind de ap etc.). Suprafaa activ a oraelor, constituitluna

26

HIGROTERMICA CLDIRILOR

n cea mai mare parte din acoperiurile caselor i reeaua stradal, prezint un albedo foarte ridicat, ceea ce conduce la valori foarte mari ale componentelor reflectate. Energia absorbit de suprafaa terestr produce o nclzire a acesteia, genernd un flux radiant dirijat spre atmosfer, situat n domeniul infrarou. Atmosfera fiind opac la aceast lungime de und emite un flux de radiaii dirijat parial spre pmnt i parial spre spaiul cosmic, flux denumit contra-radiaia atmosferei (fig. 2.3).

Fig. 2.3 Bilanul de radiaii la suprafaa scoarei terestre

Cantitatea de energie radiant rmas liber la suprafaa scoarei terestre se consum parial n procesele de nclzire prin turbulen a straturilor de aer nvecinate, parial n topirea zpezii i evaporarea apei, iar 5% din bilanul de radiaii servete pentru27

Irina Bliuc

nclzirea pmntului n profunzime. Per total, bilanul anual de radiaii este pozitiv. Datele referitoare la nsorire sunt necesare pentru dimensionarea i preevaluarea performanelor instalaiilor solare, pentru calculul aporturilor solare pasive care intervin n bilanul termic al cldirilor i pentru dimensionarea instalaiilor de rcire (climatizare). Valorile intensitii radiaiei solare, n W/m2, difer funcie de amplasament i nclinarea suprafeei i sunt prezentate n STAS 6472/2-83. Potenialul energetic solar, specific fiecrei localiti, depinde direct de intensitatea radiaiei solare globale i durata de nsorire i are valorile prezentate n anexa 6 din Ghidul pentru expertizarea termic i energetic a cldirilor existente i a instalaiilor de nclzire i preparare a apei calde de consum aferente acestora (Anexa 4). 2.1.2. Temperatura aerului exterior Variaia fluxului de cldur la suprafaa scoarei terestre determin o variaie a temperaturii aerului exterior, cu un pronunat caracter periodic, diurn i anual, dar i accidental. Variaia periodic a temperaturii aerului poate fi asimilat cu o sinusoid a crei amplitudine este determinat de latitudinea locului i anotimp (fig. 2.4). Caracterul temperat continental al climei Romniei se reflect i n valorile i modul de variaie a temperaturii exterioare, care prezint urmtoarele caracteristici:

28

HIGROTERMICA CLDIRILOR

Fig. 2.4 Variaia periodic a temperaturii aerului funcie de latitudine a- anual; b- diurn /37/

Variaia diurn a temperaturii exterioare se caracterizeazprin valori maxime n timpul prnzului i minime n timpul nopii, momentul producerii acestora fiind diferit, funcie de anotimp i de gradul de nebulozitate al atmosferei.

Variaia anual depinde de o serie de factori cum sunt:insolaia, radiaia scoarei terestre, latitudinea geografic, natura suprafeei, regimul precipitaiilor. Amplitudinea variaiei anuale este mai mare n interiorul continentului i mai mic n apropierea mrii. n emisfera nordic maximul anual se nregistreaz spre sfritul lunii iulie n timp ce nsorirea maxim este pe 21 iunie.

29

Irina Bliuc

Variaiile

neperiodice

(accidentale)

sunt

cauzate

de

ptrunderea unor zone de aer polar sau tropical, precipitaii, vnt, nebulozitate etc. Efectul acestor fenomene perturbatoare este de 1...4 zile, adic timpul necesar pentru modificarea cmpului baric continental. Prelucrarea statistic a datelor meteorologice permite utilizarea acestora n probleme de agricultur, construcii, transporturi etc., sub form de valori medii zilnice, lunare, decadale (medii mijlocii, medii minime, medii maxime) caracteristice fiecrei localiti. 2.1.3. Umiditatea aerului exterior Cunoaterea umiditii aerului exterior este important pentru proiectarea cldirilor, ntruct variaiile acestui parametru afecteaz puternic att organismul uman, provocnd i amplificnd afeciunile respiratorii i diferitele forme de reumatism, ct i comportarea construciilor i a elementelor de construcii sub aspectul confortului, durabilitii i consumul de energie. Umiditatea aerului exterior poate fi caracterizat prin intermediul a dou mrimi, a cror variaie este urmrit prin determinri meteorologice: presiunea parial a vaporilor i umiditatea relativ a aerului. Presiunea de saturaie, n legtur direct cu temperatura aerului, joac un rol important n explicarea relaiei ntre aceti parametri. Cele dou mrimi prezint o variaie periodic i accidental sub aciunea factorilor climatogeni i a surselor locale de evaporare (fig. 2.5). Presiunea parial a vaporilor (pve) urmrete variaia sinusoidal a temperaturii aerului pe durata anului, prezentnd aceleai momente de maxim i minim. Umiditatea relativ (e) se gsete30

n

corelaie

invers

cu

temperatura

(Te),

maxima

HIGROTERMICA CLDIRILOR

nregistrndu-se n anotimpul rece, iar minima n anotimpul cald, dar amplitudinea de variaie sezonier este redus. n ceea ce privete variaia diurn lucrurile se prezint invers, presiunea parial a vaporilor fiind practic constant pe durata zilei n timp ce umiditatea relativ nregistreaz un minimum corespunztor valorii maxime de temperatur.

Fig. 2.5 Umiditatea aerului exterior; variaia anual a parametrilor caracteristici /37/

n proiectarea higrotermic se ia n considerare umiditatea relativ e

= 85% pentru condiii de iarn i

e

= 70% pentru

condiii de var. 2.1.4. Regimul vnturilor Vntul influeneaz confortul i consumul de energie n cldiri prin intensificarea schimburilor de aer i mrirea vitezei de micare a aerului interior. Regimul vnturilor se caracterizeaz prin frecvena, direcia i viteza maselor de aer. Fluctuaia pronunat a acestui element al climei impune utilizarea unui numr mare de nregistrri meteorologice pentru fiecare localitate n parte, n calcule lundu-se n general n considerare viteza medie, care nu ofer ns un grad de precizie acceptabil n orice situaie. De exemplu:31

Irina Bliuc

valoarea debitului de aer infiltrat n cldire prin neetaneiti este funcie de direcia vntului i direct proporional cu viteza acestuia; prin urmare viteza medie nu ofer informaii privind situaia cea mai defavorabil; puterea furnizat de o central eolian este funcie de puterea a treia a vitezei vntului; intereseaz deci valorile minime i maxime pentru a aprecia puterea i randamentul instalaiei; temperatura, nsorirea, viteza vntului i umiditatea aerului acioneaz mpreun la evaporarea apei din betonul proaspt, accelernd sau nu contracia acestuia; este evident faptul c un vnt puternic, asociat cu un soare torid, produce o deshidratare accentuat, ca i un vnt uscat pe timp friguros. Prin urmare, pentru fiecare situaie n parte, datele meteorologice trebuie astfel prelucrate nct s se obin parametrii sau combinaiile de parametri care intereseaz. 2.2. Temperatura exterioar de calcul 2.2.1. Pentru condiii de iarn n funcie de condiiile climatice, teritoriul rii este mprit n 4 zone climatice, cu temperaturi exterioare diferite:

Zona I II III IV

Temperatura Te = -12C Te = -15C Te = -18C Te = -20C

Aceste valori nu constituie valori medii sau minime pentru perioada de iarn ci valori convenionale, utilizabile la dimensionarea i verificarea elementelor exterioare de construcii, n vederea32

HIGROTERMICA CLDIRILOR

satisfacerii exigenelor de igien i confort i a reducerii consumului de energie. Fa de aceste valori, temperatura medie a lunii ianuarie este superioar (Gheorghieni - 6,7C, Iai - 3,8C). Datele primare care servesc la stabilirea temperaturii convenionale de calcul pot fi : - media temperaturilor minime anuale (Germania, Bulgaria); - media temperaturilor minime diurne cu o anumit frecven anual de manifestare - 5 zile, (Frana); - media temperaturilor unui numr de zile consecutive, cele mai reci avnd o anumit frecven de apariie (Austria, Olanda, rile fostei URSS). Valorile temperaturii convenionale pentru Romnia au fost stabilite pe baza datelor meteorologice din perioada 1925-1950. Pentru fiecare localitate au fost selectate intervale de 4-5 zile consecutive cu temperaturile cele mai sczute (sub -6C). S-a considerat temperatura medie a aerului pe aceasta perioad Tec i sa asimilat legea de variaie cu cea a cosinusului, temperatura la un anumit moment, t, fiind exprimat prin:Te = Tec + A 0 cos 2 t P

(C)

(2.1)

A0 - amplitudinea de variaie a temperaturii fa de Tec; P - perioada de variaie a temperaturii, egal cu 24 ore; t - momentul la care se consider temperatura. Pentru localitile care nu dispun de date meteorologice, temperatura convenional de calcul se determin cu relaia: Te = 1,25 Te,min,ian -12 Pentru Iai , Te calculat = -16,62 C. La nivel european, parametrii climatici exteriori sunt reglementai prin pr En 15927-1 (1999) Hygrothermal Performance33

(2.2)

Irina Bliuc

of Building Climatic Data. Acest standard conine proceduri de calcul i prezint date climatice necesare pentru analiza diferitelor aspecte referitoare la performanele higrotermice ale cldirilor. Valorile numerice specifice fiecrei ri trebuie obinute prin prelucrarea datelor meteorologice specifice. 2.2.2. Grade zile, grade ore Un alt parametru ce caracterizeaz un amplasament din punct de vedere climatic este numrul de grade zile respectiv grade ore determinate de diferena de temperatur interior-exterior i durata de nclzire. Gradele-zile (gradele-ore) reprezint un parametru sintetic, prin care se ia n calcul variabilitatea valorilor medii ale temperaturii aerului exterior, oferind o ipotez mai apropiat de realitate pentru evaluarea consumului anual de energie n scopul nclzirii dect temperaturile convenionale. Consumul anual de energie, Q, poate fi exprimat ca o sum de consumuri zilnice, pe o durat n care temperatura exterioar este inferioar unei anumite valori, iar temperatura interioar este egal cu valoarea normat.Q=n

G V (Tj =1

i

Te , j ) t j [kWh]

(2.3)

sauQ = GV

(Tj =1

n

i

Te , j ) t j [kWh]

(2.4)

tj reprezentnd durata, n zile, a perioadei de nclzire, n care temperatura exterioar este mai sczut dect o anumit valoare, la care se consider ca este necesar nclzirea; G,coeficientul global de izolare termic; V volumul cldirii.34

HIGROTERMICA CLDIRILOR

Numrul de grade-zile (Nz) va fi:

Nz = ( Ti Te ) t jj=1

n

[K d]

(2.5)

iar numrul de grade-ore

Nh = 24 (Ti Te, j ) t jj=1

n

[K d]

(2.6)

Numrul de grade-ore (Nh) respectiv grade-zile (Nz) rezult prin cumularea diferenelor de temperatur pe durata de nclzire (fig. 2.6), pentru o anumit valoare a temperaturii interioare i este cu att mai mare cu ct temperatura exterioar caracteristic amplasamentului este mai sczut. Chiar pentru aceeai localitate numrul de grade-ore este diferit i trebuie adaptat de la caz la caz innd seama i de destinaia cldirii.

Fig. 2.6 Stabilirea numrului de grade-zile funcie de variaia temperaturilor medii zilnice i temperatura exterioar la care ncepe nclzirea

Precizri detaliate cu privire la valorile Nh i Nz pentru majoritatea localitilor sunt prezentate n SR 4839.

35

Irina Bliuc

2.2.3. Temperatura de calcul pentru perioada de var Cunoaterea temperaturii convenionale de calcul pentru perioada de var este necesar pentru: verificarea condiiilor de confort n condiii de var; dimensionarea elementelor de construcie n vederea evitrii supranclzirii; dimensionarea instalaiilor frigorifice; Pentru condiii de var se consider:

temperatura aerului exterior, Te, la umbr, la ora 14, n ziuacea mai clduroas;

temperatura convenional de calcul prin care se ine seamai de efectul nsoririi asupra elementului de construcie studiat, Te,conv. Temperatura convenional se stabilete pe baza relaiei:Te,conv = T' e +Te,echiv

(2.7) (2.8)

Te,echiv =

Imed A e

Te,echiv - sporul de temperatur datorat nsoririi; Imed - intensitatea medie a radiaiei solare funcie de latitudine i orientarea suprafeei; A - coeficient de absorbie a radiaiei solare; e

- coeficient de transfer termic prin convecie prin suprafaa Considerarea unui spor de temperatur datorit nsoririi se

exterioar a elementului de construcie. explic prin faptul c, n condiii de var, temperatura elementelor de construcie expuse este mult superioar temperaturii aerului, datorit capacitii de absorbie a radiaiei solare de ctre acestea. Exemplu:36

- temperatura medie + 29,2 C

HIGROTERMICA CLDIRILOR

- maxim la umbr + 40C - pe suprafee nsorite +80 C +85 C. 2.3. Prezentri statistice ale variabilelor climatice; an de referin, zi tip Considerarea separat a efectelor diferitelor variabile climatice asupra cldirii ofer o imagine global aproximativ a comportrii acesteia ca sistem energetic. Aceasta este satisfctoare pentru proiectarea curent, dar o analiz mai detaliat presupune considerarea simultan a principalelor variabile climatice i a relaiilor reciproce dintre ele. n plus, sistemul cldire are n majoritatea cazurilor o funcie de stocaj, care-i confer o anumit memorie, aspectul secvenial fiind deosebit de important. A aprut astfel necesitatea unei prezentri statistice care s permit s se in seama simultan de mai muli parametri care se intercondiioneaz reciproc. O prim tentativ a constat n a grupa fiierele de date orare sau zilnice sub form de perioade tip, pstrnd caracteristicile statistice eseniale pentru 2 sau 3 variabile principale i n a le integra n ceea ce se numete de an de referin (Test Reference Year). Acesta reconstituie un an mediu prin juxtapunerea unor luni reale fiecare fiind ct mai aproape posibil de media pe termen lung. Metode statistice mai complexe sunt utilizate pentru stabilirea de zile tip, obinute prin juxtapunerea valorilor orare a tuturor variabilelor climatice. Aceast form de prezentare este util pentru rezolvarea a numeroase probleme proprii sistemelor energetice.

37

Irina Bliuc

38