ELEMENTE DE HIGROTERMICA

ELEMENTE DE HIGROTERMICA

Higrotermica se ocupa cu studiul bazelor fizice si practice ale izolarii termice si umiditatii in constructii, cu permeabilitatea la aer a elementelor de constructii si cladirilor.

Prin proiectare se urmareste obtinerea de sisteme constructive care sa asigure confortul termic.

Ansamblul conditiilor necesare desfasurarii vietii fiziologice a omului in spatiile construite determina obtinerea confortului termic.

Factorii care influenteaza aceste conditii sunt in principal: temperatura aerului din interior, diferenta dintre aceasta temperatura si cea a suprafetelor interioare ce limiteaza incaperea precum si viteza si umiditatea aerului interior.

Corpul omenesc a carui temperatura este fiziologic constanta (aproximativ 37 C) se afla permanent sub influenta schimbului de caldura cu mediul ambiant, schimb ce se produce prin conductie, convectie, radiatie, respiratie si evaporarea transpiratiei.

Senzatia de confort termic depinde de marimea schimbului de caldura in care un loc important il ocupa convectia si radiatia.

Cladirile de locuit trebuie sa satisfaca cerintele de viata ale omului. Acestea se satisfac prin asigurarea confortului termic, care este practic egal cu realizarea unei ecuatii de echilibru, adica, caldura produsa de corp si cea indusa din afara sa fie egala cu suma caldurii cedate de corp si a celei consumate intern.

Confortul termic depinde de factorii de mediu si anume:

umiditatea relativa a aerului (),

viteza de miscare a aerului,

temperatura medie a suprafetelor de delimitare ().

In incaperile de locuit este necesara mentinerea temperaturii aerului la o anumita valoare si o repartitie uniforma a tempreaturii pe orizontala si pe verticala.

Confortul termic este influentat de temperatura medie a suprafetelor interioare () care este influentata de temperatura suprafetei interioare a elementelor de constructii () si raportul dintre suprafata S_i si suprafata perimetrala a incaperii (A) exprimat in procente ():

Intr-o cladire se va asigura confortul higrotermic, adica parametrii aerului interior si ai suprafetelor delimitatoare sa aiba anumite valori care sa-i permita corpului omenesc sa piarda o anumita cantitate de caldura fara nici o interventie in sistemul termoregulator.

DATE CLIMATOLOGICE.

TEMPERATURA EXTERIOARA CONVENTIONALA DE CALCUL

Temperatura exterioara de calcul pentru perioada de iarna se stabileste considerand ca este constant si este egal cu valoarea variatiei umiditatii interioare functie de destinatia incaperii.

S-a determinat temperatura exterioara de calcul functie de inertia termica a elementelor astfel incat pe durata de variatie a temperaturii sa nu se produca variatii de temperatura pe suprafata interioara a elementelor de constructii mai mari de 0,3 C. Aceasta temperatura exterioara se defineste ca temperatura exterioara conventionala de calcul de iarna () si este o temperatura de referinta determinata pe baza unor valori medii pe durata de 2 zile corespunzatoare elementelor de constructii din zidarie de caramida plina presata cu grosimea de 37,5 cm.

TRANSFERUL CALDURII PRIN ELEMENTELE DE CONSTRUCTII

Datorita diferentei de temperatura dintre aer si elementele de constructii, care evidentiaza de fapt existenta potentialului termic, are loc transferul de caldura concomitent prin conductie, convectie, radiatie si cicluri de evaporari-condensari.

Structurile clasice ale elementelor de constructii si cele alcatuite din straturi paralele sunt caracterizate printr-un flux unidirectional al transferului de caldura.

In cazul unui element separator omogen, cantitatea de caldura transmisa de la interior la exterior se determina pe baza ecuatiei Fourier care este:

unde:

• Q - cantitatea de caldura care trece printr-un element masurata in ;
• - coeficient de permeabilitate termica, ;
• - temperaturile suprafetelor interioare respectiv exterioare ale elementelor de constructii, sau ;
• S - suprafata elementului omogen de constructie, ;
• - timpul in care are loc transmisia caldurii, ;
• - inversul coeficientului de permeabilitate termica ce se exprima functie de grosimea elementului de constructii (d) si coeficientul de conductibilitate termica a materialului () si este egal cu rezistenta la transfer a caldurii prin convectie:

Aceasta rezistenta la transmitere a caldurii este influentata de tasarea materialelor termoizolante si este functie de grosimea stratului si de un coeficient "b" de calitate a materialului termoizolant ce are valori in intervalul (11,2) in functie de natura materialului, de caracteristicile functionale si constructive ale elementului de constructii.

Cantitatea de caldura primita sau cedata de un perete prin convectie depinde de niste coeficienti de transfer termic notati cu si de temperatura interioara.

unde:

• sunt diferentele de temperatura la primirea respectiv cedarea caldurii;
• - coeficientii de transfer termic prin convectie la suprafata interioara respectiv exterioara; ei reprezinta de fapt cantitatea de caldura primita sau cedata intr-o ora pe 1 m² de suprafata de perete, cand diferenta de temperatura intre mediul ambiant si suprafata interioara respectiv exterioara a elementului de constructii este de 1 C sau 1 K.

Rezistenta la transmisia termica totala R₀ rezulta egala cu suma rezistentelor partiale, adica, functie de coeficientii de transfer termic :

Rezistenta la transmisia termica a elementelor exterioare de constructii se caracterizeaza si functie de inertia termica, aceasta din urma fiind:

unde "m" este coeficientul de masivitate termica si are valori cuprinse in intervalul (1 1,1).

La structurile alcatuite din mai multe straturi care difera prin natura materialului, rezistenta la transmisia caldurii se exprima ca fiind suma rezistentelor straturilor componente:

In cazul unui element de constructii plan alcatuit din 3 straturi avand coeficientii de conductivitate termica diferiti si grosimi diferite ale straturilor, se pune conditia ca densitatea fluxului termic pentru fiecare strat sa fie constanta.

Prin calculul termic al elementelor separatoare (pereti, plansee, acoperisuri) se pot solutiona urmatoarele probleme:

determinarea grosimii minime necesare a elementelor separatoare sau a unuia dintre straturile componente in vederea optimizarii consumului de energie;

determinarea caracteristicilor de izolare termica a unui element de constructii proiectat sau executat si compararea lor cu valorile prescrise sau recomandate;

Grosimea necesara a unui element separator se determina admitand o valoare R_necesar in functie de temperatura exterioara, destinatia incaperii, conditiile de exploatare a instalatiei de incalzire, conditiile prevenirii condensului vaporilor de apa din interior pe suprafata sau in interiorul elementului.

unde:

• - diferenta dintre temperatura aerului interior si cel exterior;
• - diferenta dintre temperatura aerului interior si cea a suprafetei interioare a elementului;
• - rezistenta la primire la transfer termic prin suprafata;
• - coeficient care depinde de pozitia suprafetei exterioare a elementelor de constructii fata de aerul exterior si are valori in intervalul (0,4 1).

Valorile rezistentelor minime necesare la transfer termic ale peretilor exteriori si acoperisurilor terasa sunt date in normative.

Temperaturile de calcul ale aerului exterior sunt valori conventionale stabilite pe baza datelor meteorologice ale valorilor extreme si duratei lor inregistrate in decursul anilor pentru diferite regiuni ale tarii.

Din acest punct de vedere Romania se imparte in 3 zone climatice:

• zona I - cu temperaturi pana la -12 C;
• zona II - cu temperaturi pana la -15 C;
• zona III - cu temperaturi pana la -18 C.

PERMEABILITATEA ELEMENTELOR DE CONSTRUCTII LA VAPORI DE APA

Cantitatea de vapori de apa in aer determina, pentru o temperatura data, presiunea vaporilor de apa (notata cu p_vi).

In conditiile regimului stationar de umiditate (p_vi=constant) rezistenta totala la trecerea vaporilor de apa printr-un element de constructii omogen R_0v este data de relatia:

in care:

R_vi - rezistenta la trecerea vaporilor de apa de la aerul interior la suprafata interioara a elementului de constructii exterior;

R_ve - rezistenta la trecerea vaporilor de apa de la suprafata exterioara a elementului la aerul exterior;

R_v - rezistenta la trecerea vaporilor de apa de la suprafata interioara la cea exterioara a elementului de constructii.

Pentru straturile de aer inglobate in structura elementelor separatoare se considera R_ve=0.

EVALUAREA RISCULUI DE CONDENS

Conditia de evitare a condensului pe suprafata interioara a elementelor de constructii se exprima prin relatia:

in care este temperatura punctului de roua care se determina in functie de temperatura interioara si umiditatea aerului interior.

Pentru evaluarea riscului de condens in interiorul unui element de constructii se determina variatia temperaturii in structura elementului cunoscandu-se temperatura unui strat situat la o distanta cunoscuta fata de suprafata calda.

Se determina variatia temperaturii, a presiunii de saturatie si presiunii efective pentru structura unui elemen. Acestea se determina cunoscandu-se variatia presiunii vaporilor intre suprafata interioara a elementului si stratul a carui temperatura o cunoastem.

Se determina variatia umiditatii relative a aerului in structura elementului cunoscandu-se umiditatea relativa a stratului considerat.

PRINCIPIILE IZOLARII TERMICE A CONSTRUCTIILOR

Izolatia termica a unui element separator consta din inchiderea in structura sa a unui strat avand conductivitate termica redusa, in scopul reducerii coeficientului de permeabilitate termica, adica, a fluxului termic transferat.

Prin realizarea izolatiei termice se urmareste:

ameliorarea conditiilor de confort termic;

reducerea consumului de energie in exploatare pentru incalzirea sau conditionarea aerului din interior;

evitarea condensului la suprafata sau in interiorul elementelor de constructii.

Prin izolarea termica a elementelor se obtine pentru aceeasi energie consumata in exploatare o crestere a temperaturii aerului interior in conditiile mentinerii temperaturii conventionale de calcul (sau, altfel spus, temperatura interioara ramane constanta in conditiile unei temperaturi exterioare mai scazuta decat cea conventionala de calcul).

Determinarea prin izolare a fluxului termic prin elementele de constructii conduce la scaderea diferentelor de temperatura dintre temperatura aerului interior si suprafata interioara.

In sezonul cald, prin realizarea izolatiei termice se urmareste de asemenea ameliorarea conditiilor de confort si protectia materialelor de constructii impotriva actiunii directe a razelor solare.

Supraincalzirea planseelor de la ultimul nivel si aportul caloric datorat diferentelor de temperatura ale aerului din incaperi si din pod provoaca urmatoarele efecte:

cresterea temperaturii interioare a incaperilor situate sub acoperis;

senzatia fiziologica de inconfort datorata radiatiei calorice a elementelor separatoare.

Izolatia termica folosita ca mijloc de protectie impotriva caldurii conduce la efecte favorabile si anume:

incetinirea procesului de acumulare a caldurii in elementele separatoare;

eliminarea efectelor radiatiei calorice a acestor elemente prin diminuarea fluxului termic ce le traverseaza.