INSTITUTUL DE ARHITECTURA SI URBANISM "ION MINCU"

FACULTATEA DE URBANISM

CURS: FIZICA CONSTRUCTIILOR

ECOLOGIE SI PERFORMANTA ENERGETICA IN ARHITECTURA:

Utilizarea energiilor neconventionale in arhitectura

Arhitectura solara

Utilizarea stiintifica a razelor solare in arhitectura isi are originea inca din antichitate. Originea antica a legilor arhitecturii solare se datoreaza filosofului Socrate si arhitectului Vitruviu.

Vitruviu, in "Cele zece carti de arhitectura" recomanda ca proiectarea cladirilor sa se faca tinand cont de diferentele climatice in functie de cursa soarelui si intensitatea radiatiei intr-un anumit loc. Ca urmare, orientarea principalelor incaperi va putea fi aleasa nu numai spre Sud dar si spre Nord sau Nord-Est, adaptand marimea golurilor in functie de orientarea spre soare.

In arhitectura contemporana, valorificarea potentialului solar poare fi facuta abordand arhitectura de principii bioactive.

Sistemele de captare a energiei solare pot fi urmatoarele: captarea pe cale termica, captarea prin efect fotovoltaic, prin producerea de biomasa si exploatarea pe cale fotochimica, fotobiologica si fotoelectrochimista.

Realizarea unor cladiri incalzite cu energie solara in sistem pasiv se bazeaza pe principiul folosirii peretilor verticali orientati spre sud, drept colectori de energie, folosirea efectului de sera, circulatia naturala a aerului incalzit si inmagazinarea caldurii in peretele masiv.

In baza unor cercetari, s-a observat ca la acoperisurile plane, vara, cand soarele se afla sus, se obtin cantitati de radiatii pe zi mai mari decat la acoperisurile cu panta pronuntata care, in schimb, capteaza iarna mai multa energie decat cele plane. Peretii fatadelor orientate sud capreaza o energie solara ale carei totaluri pe zi se inscriu sub oscilatiile anuale cele mai mici, in timp ce la suprafete orizontale ale acoperisurilor plane, totalurile pe zi sunt supuse oscilatiilor anuale celor mai mari.

Realizarea unor cladiri incalzite cu energie solara in sistem pasiv se bazeaza pe principiul folosirii peretilor verticali orientati spre sud, drepr colectori de energie, folosirea efectului de sera, circulatia naturala a aerului incalzit si inmagazinarea caldurii in peretele masiv.

Radiatia, de o lungime mare de unda, nu trece prin geam, dar il incalzeste astfel incat si acaasta emite radiatii , din care jumatate se indreapta spre interior si jumatate spre exterior, in cazul unui vitraj simplu.

Daca se prevede un geam dublu, se reduce radiatia indreptata spre exterior la un sfert, ceea ce conduce la o folosire de 75% a radiatiilor spre interior.

Capacitatea termica a peretelui captator trebuie sa fie eficienta, pentrua radia caldura pe o perioada cat mai mare in timpul noptii.

Pentru asigurarea transferului de caldura este necesara prevederea unui sistem de jaluzele; vara, prin inchiderea totala sau partiala a jaluzelelor se evita aportul de radiatii solare, dupa cum iarna deschiderea jaluzelelor permite trecerea spre interior a radiatiilor.

In arhitectura contemporana, valorificarea potentilaului solar poate fi facuta abordand arhitectura pe principii bioclimatice.

Radiatia solara si "efectul de sera"

Soarele degaja energia radianta, alcatuita din trei componante: radiatii solare direcre, difuze si reflectate.

Radiatia solara directa este aceea care ajunge pe sol nedeviata de atmosfera. Intensitatea sa depinde de pozitia relativa in raport cu soarele ca si latitudinea locului,de claritatea cerului si de umiditate relativa.

Radiatia solara difuza provine din reflexiile razelor din nori sau praful atmosferei.

Radiatiile solare reflectate rezulta din reflexiile razelor solare pe diferite suprafete.

Cele trei tipuri de radiatii, inclusiv aportul de energie, actioneaza diferit, fiecare dintre ele devenind predominante in functie de zonele de incidenta ale soarelui cu pamantul.

Radiatia solara este controlabila prin interventii fizice dirijate de om, iar in acest fel se poate forma un nou microclimat.

Arhitectura si urbanismul au un important rol prin orientarea preferentiala a cladirilor, alegerea materialului de constructie, a culorii, texturii, etc.

Radiatia solara poate fi folosita ca atare, atat pentru actiuni profilactice si de plastica arhitecturala cat si ca sursa energetica in sistem pasiv.

Procedeul cel mai simplu si uzual de valorificare a energiei solare este cel al captarii printr-o fereastra, atunci cand ea este orientata sore sud. Cand fereastra se asociaza cu un perete absorbant de culoarea neagra, care reprezinta o masa termica, integrata in structura cladirii, se realizeaza intr-un sistem pasiv de incalzire solasa, intre fereastra si perete formandu-se "efectul de sera". Acesta se bazeaza pe proprietatea unor materiale transparente de a permite trecetrea radiatiilor slabe ale undelor lungi, dar de a deveni opace pentru undele foarte lungi. Sticla este unul dintre acestea.

O parte din energia solara care strapunge suprafata vitrata este reflectata, iar cea mai mare parte este absorbita de materialele care se gasesc la interior. Aceste materiale stocheaza caldura si o transmit prin conductie in interior fie altor corpuri, fie diferitelor lichide, fie in aer, sub forma de radiatii emise de o succesiune de corpuri avand culori foarte inchise, din registrelor foarte lungi.

Adapterea climatica-principii generale

Clima si mediul de viata

Bioclimatologia in arhitectura

Arhitectura, ca mediu artuficial de protectie atat a oamenilor cat si a plantelor si animalelor, este subordonata bioclimatologiei.

Factorii climatici si biologici trebuie inclusi prioritat in proiecterea arhitecturii cladirilor contemporane, daca se doreste sa se realizeze locuinte, cladiri de productie, magazine, scoli, spitale.

Arhitectura si sistematizarea pot sa aduca o importanta contributie la echilibrarea relatiilor dintre cantitatea si calitatea constructiilor si amenajarilor aferente, pe de o parte, si necesitatile bioclimatice, pe de alta parte.

Intre bioclimatologie-biometeorologie si consumul de energie pentru realizarea si functionarea obiectelor de arhitectura exista o stransa legatura. Omul a cautat inainte de toate sa se protejeze in adaposturi ferite de vitregiile naturii si sa se adapteze conditiilor climatice permanente dintr-o anumita     zona geografica, iar apoi sa foloseasca o anume sursa de energie. S-au construit locuinte adaptate diferitelor zone climatice: inainte de a realiza aer conditionat, cu mare consum de energie, in zonele calde, au fost create instalatii simple care au folosit circulatia normala a aerului. In regiunile reci, inainte de a incalzi interiorul cladirilor, s-a avut grija ca intrarea si incaperile principale sa fie orientate spre S (in emisfera nordica), iar partea de N a cladirilor sa fie izolata cu pereti plini sau prin dublarea spatiilor.

In arhitectura contemporana au primat problemele constructive, functionale si estetice ale arhitecturii cladirilor fata de cele de protectie bioclimatica, iar de aici a rezultat si un mare consum de energie, obtinuta pe seama combustibilor fosili.

Va trebui sa se utilizeze nu numai surse neconventionale - energia solara, eoliana, biomasa, etc. - dar va trebui conceputa o arhitectura moderna care sa nu ignore factorii naturali de mediu ambiant - orientarea fata de soare, protactia impotriva vantului, spatii izolatoare intermadiare etc. Aceasta se refera si la realizarea unei noi compartimentari interioare, in functie de orientarea cladirii si alti factori de mediu bioclimatic si biometeorologic.

Forme arhitecturale bioclimatice

Clima, energia si volumul cladirilor

Oricare cladire are un spatiu interior functional, invelit intr-o coaja care este beriera de separatie intre madiul de locuit si activitatile uzuale din cladire pe de o parte si fenomenele meteorologice pe de alta parte. Conceptia de proiectare bioclimatica a cladirilor are la baza ideea ca orice cladire trebuie sa supravietuiasca inainte de toate ca obiect intr-un anumit sit climatic, oferind totodata in interior conditii optime de viata.

In arhitectura bioclimatica volumul expira si modul de adaptare a cladirilor la clima, expunerea la radiatiile solare, opozitia fata de vant etc., toate aceste preocupari avand ca scop crearea si conservarea microclimatului interior (caldura sau racoare), dirijarea si foloswirea energiei solare sau protectia contra ei, diminuarea impactului cu vantul etc.

Forma acoperisurilor evolueaza de la ses la munte, respectiv de la acoperis relativ plat, la unul cu panta foarte mare, fiind un important indicator al regiunii climatice si al precipitatiilor. Intr-o regiune cu ninsori abundente se poate sa se faca un acoperis mai plat folosind zapada ca izolator, sau cand sunt vanturi puternice intr-o regiune deluroasa, fara precipitatii abundante, acoperisul poate fi tot plat.

Forma introvertita sau extrovertita a cladirilor, a celor de locuit in special, deriva din modul de protectie sau de expunere fata de soare. In cladirile cu patio din regiunile cu clima uscata, incaperile se integreaza cu umbra pe care o lasa unele dintre cele patru laturi ale cladirii care delimiteaza curtea interioara.

Cladirile in care incaperile sunt orientate astfel incat sa poata prinde cat mai multe raze solare - deci cladiri "extravertite" - se realizeaza de regula in zonele temperate, dar exista si necesitatea de aparare impotriva excesului de raze solare.

Forma in plan a constructiilor are o importanta la fel de mare ca si volumele cu forma bioclimatica. Se stie ca exista, printre altele, forme de plan compacte si ramificate. Forma bioclimatica a cladirilor va fi optima, ele fiind utile din punct de vedere energetic atat in climat cald cat si in cel rece.

Problema prioritara care se pune in cadrul studiilor de forme arhitecturale bioclimatice este cautarea unui raport optim intre suprafata mambranei si volumul construit.

Arhitectura bioclimatica nu a incetat sa existe la nivelul constructiilor de locuinte de masa.

Arhitectura bioclimatica contemporana se confrunta insa cu doua deziderate: pe de o parte esenta ei utilitara o recomanda ca o varianta foarte indicata pentru reducerea pierderilor de caldura si pentru utilizarea unor sisteme energetice combinate, iar pe de alta parte constrangerile rezultate din sistematizare si necesitatile social-economice de realizare a locuintelot de masa limiteaza posibilitatile de aplicare inca din proiectare a principiilor arhitecturii bioclomaticer.

Cladirile cu arhitectura bioclimatica au caracter de unicat, din moment ce sunt proiectate pentru un anumit loc, cu clima, microclima, insorire si vant determinante si pot deveni elemente ale specificului estetizant al arhitecturii.

Probleme de arhitectura bioclimatica deosebite sunt puse de locuintele multietajate. Nu trebuie confundata adaugarea instalatiilor solare pe acoperisuri sau pereti cu arhitectura bioclimatica, mai ales atunci cand cladirile sunt blocuri obisnuite cu pereti verticali, au o arhitectura specifica locuintelor ieftine si un sistem constructiv rational, datr fara legatura cu arhitectura bioclimatica.

Daca obiectele de arhitectura pot fi controlate eficient, in schimb in sistematizare nu este stabila ordinea prioritatilor dintre modul de amplasare, estetica spatiilor urbane, parametrii tehnico-economici pe de o parte si principiile de insorire, protectia contra vantului etc. pe de alta. De cele mai multe ori primeaza imaginea urbana, aparand unele contradictii intre necesitatea de sistematizare si ceea ce ofera proiectarea tip de locuinte.

Biotectura

Biotectura este stiinta de a construi cladiri pe baza celor doua forte care actioneaza asupra omului contemporan: tehnica si natura.

Bionica arhitecturala utilizeaza principiile de formare si cinstructie a naturii vii, pentru unele organizari ale spatiului arhitectural si al mediului ambiant, ca si a unor probleme estetice.

In schimb biotectura, pe langa principiile bionicii arhitecturale, include in mod direct natura in rezolvarea unor probleme ale structurilor constructive , de fizica a constructiilor, de conceptie arhitecturala a catorva obiecte etc., cu scopul de a corecta unele imperfectuini in raporturile dintre mediul natural si constructie. Ea ofera posibilitatea crearii unor sisteme ambientale vitalizante si fara efecte nocive. Influenta naturii asupra constructiilor si arhitecturii este directa in cazul biotecturii, ea participand uneori nemijlocit , alaturi de tehnica constructiva, la rezolvarea microclimatului, a confortului termic, a plasticii urbanistice etc.

Primul exemplu de biotectura pe considerente stiintifice contemporane a fost cand s-au construit cladiri din spuma organica, incalzite electric, care functioneaza ca niste cochilii vii.

Biotectura precum bioclimatica sunt stiinte conexe care participa si ele la rezolvarea unor dezidereate ale arhitecturii.

Bibliografie:

Probleme ale arhitacturii contemporane - M. Enescu, Ilie Gheorghe;

Arhitectura bionica si bioclimatica- I.S. Lebedev, C. Iurov.