AUDITORI ENERGETICI pentru constructii

GRADele I si ii

elemente de fizica constructiilor si reabilitarea higrotermica a cladirilor

Verificarea elementelor de constructii la stabilitate termica

(Conform Normativ NP 107-7/2002

Transmisia caldurii in regim termic nestationar

Stabilitatea termica a incaperilor (unitatilor functionale)

Stabilitatea termica a elementelor de inchidere

calculul la stabilitate termica a elementelor de constructii

Transmisia caldurii in regim termic nestationar

Datorita variabilitatii in timp a valorilor efective ale temperaturii aerului, regimul termic real este variabil. In regimul termic variabil (nestationar) fluxul de caldura este de asemenea variabil pe grosimea elementelor, fiind functie de capacitatea de acumulare si de cedare a caldurii de catre elementele de constructie.

Capacitatea de acumulare si de cedare a caldurii de catre elementele de constructie cu rol de inchidere depinde de caldura specifica (c), de conductivitatea termica (l) si densitatea aparenta (ρ) a materialelor din care sunt alcatuite. Pentru caracterizarea acestei proprietati a elementelor se definesc o serie de parametri:

a - Coeficientul de asimilare termica (s) este o caracteristica termofizica a materialelor, care exprima capacitatea acestora de a absorbi si a restitui caldura datorita oscilatiilor termice.

Coeficientul de asimilare termica (s) a unui material se defineste drept cantitatea de caldura acumulata intr-un ciclu de variatie in timp a temperaturii, de catre un element plan alcatuit din materialul respectiv avand suprafata de 1 m² si grosimea de 1 m.

pentru perioada uzuala in calculul higrotermic al cladirilor T = 24 h, coeficientul de asimilare termica se poate calcula functie de conductivitatea termica (λ), de caldura specifica (c) si de densitatea materialului (ρ), cu relatia:

(W/m²K) (1)

Pentru materialele de constructie utilizate curent, valorile coeficientului de asimilare termica s sunt date in STAS 6472/3-92 sau in Normativ C107-1/ 2005.

b Indicele inertiei termice (D) reflecta capacitatea de acumulare sau de cedare a caldurii de catre elementele de constructii cu rol de inchidere alcatuite din m ateriale cu coeficienti de asimilare termica s Aceasta caracteristica se calculeaza cu relatia:

( - ) (2)

Pe baza indicelui inertiei termice se defineste masivitatea termica a elementelor, caracterizata prin coeficientul de masivitate termica m, care se poate calcula cu relatia:

m D ( - ) (3)

functie de aceasta caracteristica termofizica, elementele de constructii se considera: de masivitate termica mica (m >1,1), mijlocie (m = 1,0 . 1,1) si mare (m <1).

c - Amortizarea oscilatiilor de temperatura

Datorita proprietatilor de asimilare termica pe care le au materialele si elementele de constructii, oscilatiile de temperatura de pe una din fetele unui element de inchidere se manifesta pe cealalta fata cu amplitudini mai mici, fiind deci amortizate.

Amortizarea oscilatiilor termice reprezinta capacitatea elementului de constructie de a reduce amplitudinea oscilatiilor de temperatura la trecerea caldurii prin structura sa. In constructii oscilatiile de temperatura se considera cu variatie sinusoidala, avand amplitudinile A_T,se la exterior, respectiv A_T,si la interior (fig. 2.8).

Pentru caracterizarea capacitatii elementelor de inchidere de a amortiza oscilatiile termice a se foloseste indicele (coeficientul) de amortizare termica (n), definit ca raport intre amplitudinile de oscilatie a temperaturilor suprafetei exterioare, respectiv interioare:

(4)

Fig. 2.8 - Amortizarea oscilatiilor de temperatura la trecerea caldurii printr-un element de separare intre doua medii diferite.

Valoarea indicelui de amortizare termica a unui element se poate stabili prin calcul, functie de coeficientii de asimilare termica a materialelor (s_k) si a straturilor componente (S_k), precum si a indicelui inertiei termice (D), sau se determina pe cale experimentala.

Amortizarea oscilatiilor termice este importanta pentru asigurarea conditiilor de confort termic din perioada calda, cand este necesar ca aportul de caldura transmis din aerul exterior in incaperi sa fie cat mai redus, respectiv sa fie de un nivel acceptabil.

In acest scop se cere ca: n_ef n_nec (5)

functie de alcatuirea, pozitia si orientarea elementelor de inchidere ale cladirilor.

d - Defazajul oscilatiilor de temperatura

datorita inertiei elementelor de constructie, in regimul termic variabil oscilatiile de temperatura care se manifesta pe una din fete se resimt pe cealalta fata cu oarecare intarziere (defazate) si diminuate (amortizate).

Fig. 2. 9 - Defazajul oscilatiilor termice datorita inertiei elementelor

Intervalul de timp din momentul declansarii unei actiuni termice pe o fata a unui element, pana cand efectul acesteia se resimte pe fata cealalta reprezinta defazajul oscilatiilor termice h

Defazajul termic este important in legatura cu confortul pe timp de vara, cand este necesar ca efectul incalzirii elementelor datorita temperaturii ridicate a aerului si a insoririi sa se resimta la interior cu o intarziere corespunzatoare, pentru a interveni favorabil in acea perioada din zi cand aerul este in curs de racire (noaptea).

Pentru a se indeplini aceasta cerinta este necesar ca elementele exterioare de constructie sa asigure un defazaj efectiv:

h_ef h_nec = 8 . 14 ore (6)

2 Stabilitatea termica a incaperilor

Stabilitatea termica a incaperilor constituie un criteriu de baza a dimensionarii termotehnice a cladirilor, prin care se urmareste asigurarea confortului termic interior, atat pe timp de vara cat si de iarna.

Conform NP107-7, stabilitatea termica se evalueaza pentru incaperea sau unitatea functionala cu orientarea cea mai defavorabila, pe timp de vara si de iarna, considerata de proiectant ca fiind reprezentativa in ansamblul cladirii. In cazul in care o cladire are mai multe functiuni, stabilitatea termica se evalueaza pentru cel putin o incapere sau o unitate functionala reprezentativa pentru fiecare functiune in parte.

Daca incaperea sau unitatea functionala considerata nu satisface criteriile de performanta impuse prin prezentul normativ, este necesara corectarea alcatuirii constructive a elementelor delimitatoare, sau incaperea respectiva va fi in mod obligatoriu prevazuta cu instalatie de ventilare-climatizare.

Prin definitie, stabilitatea termica a cadirii in ansamblu sau a incaperilor considerate ca unitati separate este capacitatea acestora de a amortiza amplitudinea de oscilatie a temperaturii aerului exterior, astfel incat aceasta sa se resimta in incaperi cu valori reduse (amortizate) si defazate in timp, precum si capacitatea elementului de inchidere si compartimentare de a acumula sau ceda caldura.

a. Criterii si niveluri de performanta privind stabilitatea termica a incaperilor

Din punct de vedere al exigentelor de stabilitate termica, cladirile clasifica astfel:

w Grupa "a": cladiri pentru ocrotirea sanatatii (spitale, policlinici, dispensare, sanatorii), cladiri hoteliere de clasa mai mare de 3 stele;

w Grupa "b": cladiri de locuit, camine, internate, aziluri, gradinite de copii, scoli si licee, case de copii, administrative si de birouri, sali de auditie publica, biblioteci, muzee, cluburi, teatre, cinematografe, magazine, restaurante, cantine, cofetarii-patiserii, baruri, sali de asteptare in gari, autogari, porturi, aeroporturi, sali de gimnastica si sport.

w Grupa "c": cladiri cu ocupare temporara (case de vacanta, cladiri sociale ale societatilor comerciale, etc.), constructii cu caracter provizoriu.

Pentru alte tipuri de cladiri (incaperi), care nu sunt incluse in tabelul nr.2, incadrarea in una din grupele prevazute se poate face astfel:

grupa 'a' - cladiri (incaperi) la care procesul de exploatare nu este afectat de o diferenta de temperatura a aerului interior pana la 3°C;

grupa 'b' - cladiri. (incaperi) la care procesul de exploatare nu este afectat de o diferenta de temperatura a aerului interior pana la 5°C;

grupa 'c' - cladiri (incaperi) !a care procesul de exploatare nu este afectat de o diferenta de temperatura a aerului interior mai mare de 6°C.

Pentru cladirile si incaperile din grupele 'a'' si 'b' comportarea la stabilitate termica se apreciaza prin incadrarea in nivelurile de performanta date in Normativ. Pentru cladirile din grupa 'c' nu este obligatorie verificarea la stabilitate termica.

Stabilitatea termica se apreciaza atat prin stabilitatea termica a incaperilor, cat si prin stabilitatea termica a elementelor de inchidere ale acestora, exprimata prin criteriile de performanta. Stabilitatea termica a incaperilor (unitatilor functionale) si a elementelor de inchidere trebuie asigurata atat pe timp de vara cat si pe timp de iarna.

b. Stabilitatea termica a incaperilor (unitatilor functionale)

Stabilitatea termica a incaperilor (unitatilor functionale) se apreciaza prin amplitudinea de oscilatie a temperaturii aerului interior, 'A_Ti'.

Valorile maxime normate ale amplitudinii de oscilatie a temperaturii aerului interior (atat pe timp de iarna cat si pe timp de vara), functie de grupa de cladiri se considera conform normativului astfel:

3 Stabilitatea termica a elementelor de inchidere

Stabilitatea termica a elementelor de inchidere (pereti exteriori, acoperisuri, pereti interiori si plansee care delimiteaza spatii cu temperaturi diferite) ale cladirilor se apreciaza prin urmatoarele criterii de performanta:

Coeficientul de amortizare a oscilatiei temperaturii aerului exterior, υ_t

Coeficientul de defazare a oscilatiei temperaturii aerului exterior, 's'.

- Coeficientul de stabilitate termica a unui element de inchidere, 'C_i'

w Valorile minime recomandate ale coeficientului de amortizare a oscilatiei temperaturii aerului exterior, υ_t (atat pe timp de vara. cat si pe timp de iarna, in functie de grupa de cladiri) sunt date in tabelul nr. 4 din NP 107, care se prezinta in continuare:

w Valorile minime recomandate pe timp de vara, in functie de grupa de cladiri, pentru caracteristica s sunt date in tabelul de mai jos:

w Valorile minime recomandate pentru coeficientii de stabilitate termica a elementelor de inchidere, 'C_i', pe timp de iarna, functie de grupa de cadiri, sunt urmatoarele:

4 calculul la stabilitate termica a cladirilor

a. Prevederi generale

Pentru cladirile din grupa 'a' este obligatoriu calculul la stabilitate termica a incaperilor si a elementelor, cu incadrarea in valorile de performanta din tabele.

Pentru cladirile din grupa 'b' este obligatorie verificarea stabilitatii termice a incaperilor si incadrarea in nivelurile de performanta pentru coeficientul A_Ti, daca se incadreaza in unul din urmatoarele cazuri:

masa specifica a zonei opace, in camp curent, a peretelui este ≤ 100 kg/m²;

masa specifica a planseului terasa este ≤ 300 kg/m²;

masa specifica a planseelor intermediare este < 200 kg/m²;

gradul de vitrare al inchiderilor exterioare este v ≥ 0,35

Pentru cladirile din grupa 'b' care nu se incadreaza in prevederile de mai sus nu este necesara verificarea la stabilitate termica daca elementele de inchidere satisfac simultan conditiile de mai jos:

a) indicele inertiei termice, D, depaseste valorile de mai jos:

pentru zona opaca a peretelui exterior D > 3,

pentru planseul terasa D > 3,5;

pentru planseul de pod sau terasa ventilata D > 2,5.

b) coeficientul de transfer termic U, al zonei opace a elementului de inchidere (in camp curent) are valori mai mici sau cel mult egale cu valorile date in tabelul urmator:

b Metode de calcul

w Coeficientul de amortizare a amplitudinii oscilatiilor temperaturii aerului exterior, _T se determina in functie de structura elementului de inchidere, considerata in camp curent, cu urmatoarele relatii:

- pentru elemente omogene:

(7)

- pentru elemente stratificate, fara strat de aer:

(8)

- pentru elemente cu strat de aer neventilat (stratul k), cu grosime ≤ 6 cm:

. (9)

- pentru elemente cu strat de aer ventilat sau neventilat cu grosime > 6 cm:

(10)

in care:

D - indicele inertiei termice, calculat in conformitate cu prevederile din normativul C 107/3;

S_iS_js_n - coeficientii de asimilare termica ai materialelor straturilor, ;

- coeficientul de transfer termic prin suprafata interioara. in W/(m²K),

- coeficientul de transfer termic prin suprafata exterioara, in W/(m²K),

υ_aer - coeficientul de amortizare a amplitudinii oscilatiilor temperaturii

aerului exterior

B₁.,.B_j, B_aerB_n, - coeficientii de asimilare termica prin suprafata interioara a straturilor l,j,aer,n, in W/(m²K).

Determinarea valorilor coeficientilor de asimilare termica Bi.,.Bj B_aerB_n prin suprafetele interioare intr-un element de inchidere se prezinta in amanunt in NP 107-7.

w Coeficientul de defazare a oscilatiilor temperaturii aerului exterior, ε

Coeficientul de defazare a oscilatiilor temperaturii aerului exterior, ε, se determina, pentru perioada de vara, in functie de structura elementului de inchidere considerata in camp curent, cu urmatoarele relatii:

pentru elemente omogene

[h] (11)

pentru elemente stratificate fara strat de aer

[h] (12)

pentru elemente stratificate care includ straturi de aer (ventilate sau neventilate), defazajul total ε_T se va calcula cu relatia:

ε_T = ε _i + ε _aer [h] (13)

in care:

ε _i - defazajul elementului de inchidere, considerat fara strat de aer, in h;

ε _aer - defazajul pentru stratul de aer, in h, determinat din graficele din normativ;

Pentru calculul coeficientilor de asimilare termica prin suprafata interioara si exterioara, B_i si B_e, este necesara stabilirea limitelor in care se afla zona marilor oscilatii (D_j ≤ 1). In practica curenta, pentru calculul coeficientului de asimilare termica prin suprafata interioara, Bj, se intalnesc mai multe situatii:

a)    zona marilor oscilatii cuprinde numai primul strat, atunci cand D₁ > 1, caz in care B_i se calculeaza cu relatia:

B_i = B₁ = s₁ [W/(m²K)] (14)

b)    zona marilor oscilatii cuprinde primele doua straturi cand D₁ < 1, dar D₁ + D₂ > 1, caz in care B_i se calculeaza cu relatia:

B_i = B₁' = W/(m²K)) (15)

c) zona marilor oscilatii cuprinde primele trei straturi, atunci cand D₁+D₂ ≤ 1 dar D₁+D₂+D₃ > 1, caz in care B_i se calculeaza cu relatia:

B_i = B₁' = W/(m²K))    (16)

d) zona marilor oscilatii cuprinde primele j straturi, cand D₁+D₂ ++D_j-i < 1 dar D₁+D₂ + + D_j >1, caz in care B_i se determina prin calcule succesive, cu relatiile prezentate in NP 107-7.

Normativul prezinta, de asemenea, exemple de calcul, precum si tabele de date necesare efectuarii calculelor privind stabilitatea termica a elementelor si a incaperilor.