FUNCTIA ECOLOGICA A PARAMETRILOR DE CONFORT - INSTALATII TERMICE

Functia ecologica a parametrilor de confort - INSTALATII TERMICE

Īn cadrul fiecarui ecosistem exista parametrii climatici specifici, dezvoltarii speciilor. Daca īn continuare ne vom referii la climatul specific tarii noastre, vom putea spune, ca parametrii specifici 232h71c acestei zone, permit conservarea vietii īn acest ecosistem. Īn cele ce urmeaza ne vom referii la urmatorii parametrii:

temperatura exterioara si interioara (t_e, t_i);

umiditatile relative sau continutul de umiditate al aerului interior sau exterior īn perioada friguroasa (j_i j_e

intensitatea radiatiei solare (I_e=I_D+I_d);

intensitatea vāntului sau a curentilor de aer daca este vorba de spatiul interior (v_i, v_e).

2.1.Factorii climatici interiori si exteriori

Odata definiti t_e, j_e, v_e si, j_i, v_i urmeaza sa cunoastem unele din metode de normare a acestora.

t_i - este definita ca temperatura medie a aerului interior unui spatiu, īn care omul īsi desfasoara activitatea fireasca, care s-a stabilit pe criterii de confort, de catre fiziologi; testele au apelat la factori subiectivi prin senzatia de rece, confort sau prea cald. Asa s-a ajuns la temperaturile interioare, pentru spatiile īncalzite, normate la noi, prin STAS 1907 - 80 (90).

t_e - temperatura aerului exterior īn sezonul rece, stabilita astfel īncāt, īn calculele termotehnice ingineresti sa asigure cladirile la un transfer de caldura maxim, cu instalati de caldura corespunzatoare. Acest parametru este stabilit deferit de la tara la tara diferentele fiind determinate fie de zonele geografice diferite, fie de metodele statistice utilizate pentru prelucrarea unor marimi masurate.

La noi tara, s-a plecat de la temperaturile exterioare, momentane si locale, masurate pe o perioada de 20 ani, care au fost mediate, astfel īncāt au condus la o iarna medie conventionala. Aceasta reprezinta metoda aritmetica a tuturor temperaturilor din perioada

analizata (20 - 25 ani).

S-a apreciat ca elementele de constructie inertiale (cele cere nu transmit flux termic instantaneu, defazat 1 h), fac ca o solicitare termica externa sa produca oscilatii ale temperaturilor superficiale pe suprafata interioara a elementelor constructie, īn locuinte (sau afara) de confort.

Daca ne referim la un element de constructie, neomogen putem nota ca īn figura alaturata:

Daca, datorita oscilatiei t_e q_e, abaterea temperaturii aerului interior t_i este mai mare de ^oC sau Dq_i q_i 3 ^oC, consideram ca limitele confortului termic sunt depasite.

Prin corelarea oscilatiei acestor parametrii cu inertia termica a unui element de constructie standard, zidaria de caramida plina cu grosimea de 37,5 cm, s-a ajuns la sa numita "temperatura exterioara de calcul" (t_e), care serveste la evaluarea necesarului de caldura al unei īncaperi, si deci la dimensionarea celorlalte componente ale instalatiilor de īncalzire si de confort. Asa s-a ajuns ca pentru tara noastra sa existe patru zone climatice caracterizate prin: t_e = -12 ^oC; -15 ^oC; -18 ^oC; -21 ^oC.

Umiditatea relativa a aerului exterior īn perioada rece, notata cu j_e exprima indicele continutului de umiditate l aerului (vezi diagrama i-x), si pe baze statistice, pentru tara noastra a fost normata la 80%.,eci x_e se obtine la intersectia t_e, j_e īn diagrama Mollier.

Intensitatea curentilor de aer exteriori, cunoscuti sub denumirea de "intensitatea vāntului de calcul" (v_ec) are importanta atāt pentru evaluarea infiltratiilor de aer īntr-o īncapere cāt si pentru evaluarea coeficientului de transfer superficial de caldura a_e la nivelul suprafetelor exterioare de constructie utilizate la īnchiderea clairilor.

Īn calculele termotehnice specifice instalatiilor noastre, se face o mare diferentiere inter a_ev si a_ei īn sensul ca a_ei > a_ev, de unde si confirmarea ca influenta curentilor de aer rece este mult mai mare.

Prin masurari simultane de temperaturi exterioare si intensitati ale vāntului ca valori momentane locale, s-a stabilit o concomitenta intre viteza vāntului si temperatura aerului exterior, care conduce la un transfer maxim de caldura. Asa s-a ajuns la denumirea de "zona eoliana" si īmpartirea teritoriului tarii noastre īn patru zone eoliene, diferentiate prin intensitatea vitezei acesteia si directia de actionare.

Intensitatea radiatiei solare, deloc neglijabila iarna ( 600 W/m²), este benefica pentru confortul interior si considerata īn calculele de transfer termic prin elementele de constructie exterioare, printr-un coeficient de corectie numit adaos de orientare (A_o) a carei valoare este de 5% functie de orientarea suprafetelor verticale.

Daca ne referim la functia ecologica a acestor parametri vom face referire la faptul ca din punct de vedere ecologic ecosistemul din care facem parte este esential pentru existenta vietii.

2.2.Evaluarea confortului termic

Pentru om echilibru sau energetic este foarte important , deoarece energia s-a interna menita sa asigure consumurile biologice interne si efectuarea de lucru mecanic poate fi

excedentara sau nu.

Sistemul termoregulator, asigura acest echilibru si mentine aproape constanta temperatura exterioara a corpului uman la valoarea de 37 ^oC.

Pe de alta parte, corpul uman este īntr-un permanent schimb de caldura cu mediul ambiant, cedānd sau primind caldura, transferul putāndu-se face prin una din formele cunoscute: conductie, convectie, radiatie si caldura la tenta īn timpul respiratiei sau transpiratiei.

A sigura echilibrul termic al unei comunitati umane īnseamna a sigura acei parametri de confort, care sa permita aparitia senzatiei "bien etre" = bine = confort.

Iata deci, ca notiunea "de confort termic" se asociaza celei de "echilibru ecologic" deoarece crearea conditiilor climatice naturale specifice unui ecosistem, asiguram continuitatea speciei umane.

2.2.1.Echilibrul termic uman

Asa cum s-a spus, energia interna a corpului uman, ca rezultat al transformarilor energetice interne, asigura consumurile interne de energie, excedentul trebuind evacuat īn exterior, asigurānd temperatura exterioara medie la valoarea de 37 ^oC.

Printr-o expresie generala si simpla acest echilibru se scrie astfel:

Q_cedat = Q_primit - Lucru mecanic

Q_primit - energie interna

Pe de alta parte caldura cedata trebuie sa fie constanta si cāt mai mica.

Q_ced = Q_cv + Q_r + Q_cd + Q_l = const.

Considerānd ca, īn spatiul de sedere., mediul ambiant este caracterizat prin t_i, j_i q_mr, si v_ai (temperatura medie a aerului din īncapere, umiditatea relativa, temperatura medie de radiatie si viteza aerului din īncapere).

Pentru fiecare componenta de transfer exista posibilitatea transferului īn ambele sensuri: de la corpul uman l mediu sau invers (de la mediul ambiant la corpul uman).

Admitānd ca (Q_pr - L) = const. daca corpul uman primeste caldura din exterior (mediul ambiant), acesta se supra īncalzeste si va cauta sa-si restabileasca echilibrul termic, marindu-si o cale de transfer caldurii catre exterior; acesta va fi q_l, deci transferul va fi prin transpiratie.

Daca caldura excesiva, situatia devine agravanta īn momentul īn care echilibrul nu mai poate fi stapānit de sistemul termoregulativ.

Referitor la primul caz se pot aminti cazuri specifice unor zone de lucru īn foraje, sticlarie, etc. īn care caldura primita prin radiatie este foarte mare si nu poate fi recompensata prin cedarile de caldura la tenta. Īn aceste cazuri se intensifica cedarea de caldura prin conventie, folosind dusuri de aer, simultan cu apa gazoasa care mareste componenta transferului de masa prin transpiratie. De exemplu vara daca este foarte cald, ne simtim mai bine daca stam īntr-un curent aer si bem apa.

2.2.2.Ecuatia confortului termic

Reluānd ecuatia e echilibru termic, putem scrie sub forma fluxurilor unitare:

Q_cd = Q_ev + Q_rad + Q_cd + Q_l = const.

Q_ced = a_cv q_om - t_i) + a_r q_om q_mr (q_om q_pd a_d (p_sm - p_ai) + G * r = const.

a_d (p_sm - p_ai) -reprezinta caldura evacuata prin transpratie si G * r -caldura evacuata prin respiratie

īn care:_{, r, d} - au semnificatia de coeficienti de transfer superficiali de caldura sau masa (d)

q_om - temperatura medie superficiala a corpului uman

q_mr - temperatura medie de radiatie; q_mr Sq_iF_v/SF_v

q_pd - temperatura medie a pardoselii

G - debit de aer expirat

r - caldura la tenta de vaporizare a apei

Spunem ca Q_ced= const., deoarece o crestere sau scadere a acestui flux, conduce la aparitia senzatiei de inconfort. Analizānd componentele de transfer putem face urmatoarele aprecieri:

Q_cd 0, deoarece suprafata de contact este foarte mica, iar pe de alta parte datorita rezistentelor termice mari ale imbracamintii, fluxul termic conductiv abia ajunge sa reprezinte cāteva procente din total, putānd fi neglijabile;

Q_l = Q_trans + Q_resp 0, el reprezinta īn conditii normale de lucru sau sedere, nu mai mult de 5..7%

Deci īn expresia de mai sus se pot face urmatoarele modificari:

q_ced - q_l = a_cv q_om - t_i) + a_r q_om q_mr) = const.

q_om - t_i + q_mr) = const.

t_i q_mr q_mr q_om const.

+ q_om a

a_r a_cv pentru v_ai m/s

t_i q_mr = a - aceasta este ecuatia confortului termic

Sunt stabilite valori pentru "a" astfel īncāt, noi putem aprecia corect daca mediul ambiant satisface cerintele umane de confort.

Reflectānd asupra ecuatiei de echilibru termic uman, observam ca parametrii determinati ai transferului de caldura sunt:

t_i - temperatura medie a aerului din spatiul de sedere;

q_i - temperatura medie de radiatie a suprafetelor īnconjuratoare ce pot participa la schimbul de caldura prin radiatie cu suprafata corpului uman;

j_i - umiditatea relativa a aerului din mediul de sedere care datorita "p_ai" presiunii partiale a vaporilor de apa din aer primite un transfer de masa (de caldura latenta) mai mare sau mai mic;

v_ai - viteza aerului din spatiul de sedere, care contribuie la transferul de caldura convectiv.

Aceste patru marimi constituie cei patru parametri de confort, pentru care exista urmatoarele corelatii:

Exista 8 expresii  In literatura de specialitate exista si relatii mai complexe cum ar fi ecuatia de confort a lui van Zuillen

B = C₁ + C₂ (+ C₃n + C₄v_i + C₅; cu B = 1 3 - prea cald

0 1 - confort

0 - 3 - prea rece

sau C₁ = -9,2 iarna; -10,6 vara

B = C₁ - 0,25(t_i + q_mi) + 0,1x - 0,1(37,8 - H)

Cu aceste relatii si diagrame noi putem face aprecieri asupra confortului existent īntr-o anumita zona de sedere.

Pe de alta parte este cunoscut faptul ca dupa Fanger prin confortul termic se īntelege starea īn care o persoana se declara satisfacuta de ambianta termica, ea nestiind daca dorea o ambianta mai calda sau mai rece.

Parametrii de confort sunt completati cu: nivelul de activitate care influenteaza productia interna de caldura si conductivitatea termica a īmbracamintii.

Rezistenta la conductivitate termica a īmbracamintii este masurata īn unitatea clo i are valori cuprinse īntre 0,1 si 3,4.( 1 clo = 0,155 m² ŗC / W )

Evaluarea starii de confort se face prin predictii facute cu un model matematic ce include toti parametrii de confort si care conduce la la valori procentuale referitoare la persoanele nesatiafacute PPD,limita de confort fiind stabilita la 10%.

Oamenii sunt diferiti si este de asteptat sa fie necesare mai multe variante de evaluare a confortului termic.Pe baza probelor efectuate asupra a 1300 persoane,s-a constatat o coerenta īntre numarul nemultumitilor termic si preferinta medie prevazuta PMV.

2.2.3. Corelatii īntre confort si instalatiile ce īl asigura

Pentru a asigura conditiile de confort termic īn spatiile de sedere, avem nevoie de instalatii de īncalzire, ventilare, climatizare sau conditionare. Fara acestea existenta noastra nu se poate imagina.

Din datele prezentate rezulta ca pentru acoperirea īn totalitate a factorilor de confort sunt necesare alcatuiri instalatii mixte cu ar fi cuplajele intre radiatoare si climatizoare.

O observatie importanta se refera la faptul ca sistemele de īncalzire destinate viitorului vor permite o mai buna coordonare īntre proiectul de anvelopa si cel al instalatiilor de confort, de manierea obtinerii unor integrari energetice totale. Īn acest scop un rol important īl va juca si gestionarea automata a tuturor categoriilor de instalatii.