REZISTENTE TERMICE

rezistente termice

Caracterizarea elementelor de īnchidere

Asigurarea unor spatii confortabile pentru desfasurarea activitatilor umane, presupune utilizarea unor elemente de īnchidere, au o contributie importanta īn asigurarea confortului termic īn spatiile de sedere, deoarece ele pot constitui bariere mai mari sau mai mici la transferul de caldura, de umiditate, iluminare si zgomot.

Convenim sa īmpartim elementele de constructie utilizate pentru īnchidere īn doua categorii:

a - elemente de īnchidere iner&# 232j96c 355;iale, caracterizate prin acumulare de caldura, transfer termic defazat si amortizat;

b - elemente de īnchidere neinertiale, caracterizate prin transfer termic nedefazat si neamortizat.

Ambele categorii pot fi realizate ca structuri neomogene (din mai multe straturi neomogene).

Pe de alta parte, structurile inertiale mai pot fi numite si opace deoarece el nu permit transmiterea luminii, īn timp ce elementele neinertiale unt utilizate īn mod special pentru transmiterea luminii.

La alegerea structurilor de īnchidere se iau īn considerare doua regimuri termice externe: primul, īn care temperaturile exterioare sunt foarte coborāte īn raport īn raport cu temperaturile de confort si care este cunoscut ca regim de iarna, caracterizat prin transfer de caldura de la interior spre exterior; al doilea caracterizat de temperaturi exterioare mai mari decāt cele de confort, numit regim de vara, caz īn care transferul de caldura se realizeaza de la exterior spre interior.

O analiza a comportamentului celor doua categorii de elemente de īnchidere, īn cele doua regimuri s-ar prezenta ca īn figura 3.1.

Rezulta deci, ca elementele de īnchidere trebuie sa satisfaca simultan mai multe conditii si anume: consum minim de energie īn procesul de fabricatie, transfer minim de energie termica īn cadrul cladirii, transparenta optima pentru asigurarea iluminatului natural, bune izolatoare fonice. Toate aceste conditii pot fi incluse īntr-o marime numita rezistenta de confort (R_cf) exprimata analitic astfel

R_cf = f(R_termica, R_fonica, R_iluminare)

Fig.3.1. Comportamentul elementelor de īnchidere la transfer de caldura (Q), energie luminoasa (E), energie acustica (B): a - elemente inertiale b - elemente neinertiale

Īn ansamblul sau, o cladire este analizata cel putin sub aspectele enuntate mai sus, cautāndu-se de fiecare data o solutie optima tehnica si economica.

3.2.Caracteristici termofizice

3.2.1.Coeficientii de transfer termic

Marimile fizice specifice elementelor de constructie omogene puse īn discutie se vor referi la transferul de caldura si masa.

Dupa cum se stie, transferul de caldura se poate realiza prin conductie, convectie si radiatie.

Caracteristicile transferului conductiv, este coeficientul de conductivitate l, care exprima transferul de caldura realizat printr-o suprafata de 1 m², la o diferenta de temperatura de 1 grad. De aici unitatea de masura: l = W/m grad; W/mK.

Transferul de caldura convectiv si radiant este aproape īn toate aplicatiile noastre simultan. Se realizeaza de la catre sau catre, un fluid si o suprafata solida. Marimea fizica ce caracterizeaza aceasta forma de transfer este coeficientul de transfer superficial, notat cu "a si care īnglobeaza cele doua elemente de transfer: conventie si radiatie.

Pentru cazul unui perete plan, transferul superficial prin conventie si radiatie se realizeaza atāt la exterior, de la "t_e" la "q_e cāt si de la "t_i" la q_i

Pentru acest caz se poate scrie expresia fluxului termin unitar "q":

q = a_i t_i - q_i (q_e q_i a_e(t_e - q_e) = K(t_i - t_e); [W/m²]

īn care:

a_i a_cvⁱ a_radⁱ a_e a_cv^e a_rad^e [W/m²grd]

Pentru cele doua componente, convectie (a_cv) si radiatie (a_rad) exista relatii de calcul, precum si valori globale normate.

Transferul de caldura prin radiatie, se exprima prin legea stefan-Boltzman dupa relatia cunoscuta:

[W/m²K]

īn care:

C₁ si C₂ - sunt coeficientii de radiatie ai suprafetei elementului de constructie si ai aerului

C_o = 4,96 - este coeficient de radiatie a corpului absolut negru;

t_i,e - reprezinta temperatura aerului interior si exterior

q_i,e - reprezinta temperatura superficiala a elementului de constructie, pentru suprafata interioara sau exterioara.

Coeficientul de transfer superficial de caldura prin conventie "a" variaza functie de diferenta de temperatura īntre aer si suprafata elementului de constructie si viteza aerului.

Pentru suprafetele interioare, rezultatele experimentale efectuate de catre K. F. Fokin, au condus la expresiile

t_i q_i 5 grd ; a_cv = 3 + 0,008 (t_i - t_i);  [W/m²grd]

t_i q > 5 grd ; a_cv = b [W/m²grd]

īn care b este un coeficient de corectie care are urmatoarele valori

b = 2,2 - pentru aerul din īncaperi īnchise cu volum redus

b = 2,75 - pentru aerul din īncaperi industriale cu utilaje īn miscare sau lānga suprafete care se racesc mult, ca de exemplu ferestre si usi;

Pentru suprafete exterioare devine importanta viteza aerului care īn relatiile de calcul sunt de forma

- pentru pereti exteriori

a_cv [W/m²grd]

- pentru acoperisuri fara pod

a_cv [W/m²grd]

Īn care "v" este viteza de calcul a vāntului, īn m/s iar l_m este latura mica a acoperisului īn plan īn m.

Fiecare tara are normate prin standarde, valorile globale ale acestor coeficienti de transfer de caldura.

Astfel pentru Romānia exista īn stas 6472 - Termotehnica īn constructii - regasim:

coeficientii de conductivitate termica l pentru 98 materiale omogene;

a_i a_cv a_r 8, pentru cāteva cazuri particulare;

a_i a_cv a_r = 20 si 23,pentru situatia de iarna si de vara.

Se observa ca transferul de caldura superficial datorat componentelor convectiva si radianta, la suprafata rece (exterioara iarna) este mai mare decāt la suprafata calda (interioara). a_e >> a_i

Acest fapt se explica prin cresterea componentei convective la exterior datorita regimului turbulent determinat de miscarea aerului si īn mai mica masura de schimbul radiant.

Īn expresia fluxului termic unitar, apare si coeficientul de transfer global de caldura notat cu "k", a carui expresie cunoscuta este urmatoarea:

[W/m²grd]

Īn practica instalatiilor energetice se lucreaza curent cu marimi inverse coeficientilor de transfer, numite rezistente termice. Astfel utilizānd rezistente termice la transfer convectiv, conductiv si radiant sau combinatii ale acestora.

Expresia fluxului termic unitar rescrisa functie de aceste noi marimi are forma:

[W/m²]

īn care rezistentele termice pot fi scrise sub forma:

; [m²grd/W]

3.2.2.Acumulare de caldura

Īn practica constructiilor s-a constatat ca unele structuri utilizate pentru īnchidere dau rezultate mai bune din punct de vedere al asigurarii confortului termic.

Spre exemplu o camera cu temperatura interioara de + 20 ^oC si temperatura exterioara de - 15⁰C, avānd īncalzire continua, urmata de o oprire a instalatiei de īncalzire timp de 8 ore, va avea o temperatura medie de radiatie q_mr 0 ^oC daca structura este din caramida plina de 37,5 cm si q_mr = -10 ^oC daca structura este echivalenta termic (R = idem) dar executata din B.C.A.

Aceasta diferenta de comportament, se datoreaza capacitatii de acumulare termica a celor doua materiale, exprimata printr-o marime, notata cu "s", denumita coeficient de asimilare termica.

Pentru exemplul de mai sus valorile coeficientului de acumulare sau asimilare termica sunt urmatoarele:

s_BCA = 1,51 W/m²K (r = 300 kg/m³) 4,93 W/m²K (r = 1000 kg/m³)

s_caramida = 9,63 W/m²K (r = 1800 kg/m³)

Explicatia comportamentului diferentiat, consta īn capacitatea mare de acumulare a caldurii de catre caramida īn timpul functionarii instalatiei de īncalzire, ca apoi īn regim de racire sa mentina o temperatura superficiala ridicata.

Tot prin capacitatea diferita de acumulare se explica senzatia de material rece sau cald pe care o putem avea la contactul cu acestea.

Daca de exemplu atingem o suprafata de marmura, avem senzatia de rece iar īn cazul uneia din lemn, senzatia va fi de cald.

Coeficientii de acumulare ai celor doua materiale sunt:

S_marmura = 25,40 W/m²K; S_lemn = 4 5,80 W/m²K

Īn primul caz, se absoarbe multa caldura, racind māna celui ce efectueaza experimentul iar īn cazul al doilea se absoarbe putina caldura.

Coeficientul de acumulare termica, numit si de asimilare termica se determina functie de alte marimi fizice specifice materialelor omogene īn conditiile acceptarii modelului ondulatoriu al undei de temperatura, a carei perioada de oscilatie "T" poate fi 7, 12 sau 24 ore.

[W/m²K]

Pentru calculele uzuale utilizam perioada T = 24, caz īn care coeficientul de acumulare se noteaza "s₂₄". Īn relatia de mai sus s-a notat: l - coeficient de conductibilitate, c_p - caldura specifica, r - masa specifica.

Acumularea de caldura este bine sa fie maxima iarna si minima vara, conditii care trebuie īndeplinite de catre structurile alese pentru īnchidere. Pentru a obtine aceasta calitate a structurilor, se au īn vedere combinatii de materiale omogene, utilizāndu-se asa numitele structuri neomogene. Īn multe aplicatii practice se iau īn discutie structuri care contin materiale termoizolatoare (care se caracterizeaza prin l = mic, r = mic si s = mic).

Pentru a evidentia dependenta capacitatii de acumulare termica de regimul termic extern si pozitia straturilor termoizolatoare se considera un perete plan la care consideram segmentul q _i q _e, corespunzator regimului stationar initial si segmentul q _i q _e regimului stationar final (dupa īncalzire).

Pentru suprafata interioara situata la distanta "x" de fata interiara si de grosime infinit mica "dx" vom putea scrie:

q_i q_x q_i q_e

q_x q_i q_i q_e

q_x q_i q_i q_e

Pe baza ecuatiei calorimetrice clasice scrisa pentru un element de volum de grosime "dx" si cu suprafata de 1 m² avem:

dq q_x q_x')dx

de unde pentru integrare rezulta:

q rc_p [w/m²]

Calculāndu-se aria cuprinsa īntre cele doua segmente, īn conditii de temperatura medie, se obtine:

A=d q_m q_m

Regimul de iarna:

Īn cazul montajului extern al termoizolatiei suprafata q_i q_i q q_e" este mai mare decāt suprafata q q q_1Bq_e", de unde concluzia ca acumularea maxima de caldura se obtine pentru cazul termoizolatiei externe.

Regimul de vara:

Suprafata q_i q_i q_1A q_e q_e' este mai mica decāt suprafata q_i q_i q_1B q_e q_e', deci acumularea de caldura este suprafata ce reprezinta caldura acumulata īntr-un perete de grosime "d" si suprafata de 1 m².Pentru a analiza influenta pozitiei stratului termoizolator asupra capacitatii de acumulare vom considera un perete plan compus din doua straturi, iar starea initiala caracterizata de egalitatea temperaturilor initiale. Consideram doua posibilitati de amplasare a termoizolatiei: la exterior cazul A si la interior cazul B. Pe de alta parte se vor considera cele doua regimuri termice: iarna si vara.mai mica vara, daca materialul termoizolator va fi montat la exterior.

Iata deci ca prin prevederea unor materiale termoizolatoare la exterior obtinem acumulare mare iarna si mica vara, o calitate ce trebuie conferita constructiilor noi (chiar daca izolatia este mica).

3.2.3.Masivitatea elementelor de constructie

Notiunea de masivitate este conventional acceptata, pentru a permite o clasificare a comportamentului elementelor de constructie fata de solicitarile termice externe. Īn calculele de transfer de caldura se utilizeaza marimea numita coeficient de masivitate, notat cu "m" si exprima inertia pe care o manifesta o structura oarecare la transmiterea fuxului de caldura.

Aceasta marime se calculeaza cu relatia aproximativa:

m 1,225 - 0,05D

īn care D - reprezinta indicele de inertie termica al unui element de constructie, care se poate determina cu relatia:

D = Rs₂₄ = s₂₄; [1]

Pentru structuri neomogene acest indice se calculeaza ca suma a indicilor de inertie a structurilor omogene:

Luānd īn considerare sensul de masivitate īn clasificarea elementelor de constructie se obtine tabelul de mai jos:

Limita inferioara a elementelor cu masivitate mica este reprezentata de catre elementele neinertiale (ferestre, usi etc.), care nu acumuleaza caldura si o transmit instantaneu (fara defazaj), media este reprezentata de zidaria din caramida plina iar limita inferioara de structurile inertiale care au rezistentele termice optimizate.

3.2.4.Capacitatea de amortizare a undelor de temperatura

Transferul de caldura prin pereti plani, īn conditii reale, se realizeaza īn regim nestationar. Modelele de calcul corespunzatoare acestei realitati sunt complicate si pot fi efectuate numai utilizānd tehnici de calcul automat. Pentru multe aplicatii curente, este īnsa satisfacator modelul de transfer stationar, la care īnsa se ataseaza marimi fizice ca amortizarea si defazarea fluxului termic sau a unei unde de temperatura.

Pentru explicarea acestor marimi, vom considera un perete plan pe care vom reprezenta variatiile amplitudinii undelor termice.

Variatiile de temperatura ale aerului exterior, produc variatii de temperatura īn structura elementelor de constructie si sunt īn buna parte - pāna ajung īn parte interioara - amortizate.

Aceste variatii se produc de obicei, sub forma de oscilatii de temperatura, cu perioada de 24 ore,

Pentru a caracteriza capacitatea elementelor de constructie de a amortiza aceste oscilatii de temperatura s-a introdus notiunea de coeficient de amortizare, notat cu "n", care este definit ca fiind raportul īntre amplitudinea oscilatiilor de temperatura exterioare "At_e" si amplitudinea oscilatiei temperaturii pe fata interioara (calda) "At_i"

; n [1]

Aceasta caracteristica termica, este importanta pentru confortul termic interior, deoarece variatii mari ale temperaturii suprafetelor interioare pot conduce la temperaturi medii de radiatie (q_mr) īn afara limitelor de confort sau la temperaturi mai mici sau egale cu cea a punctului de roua, caz īn care vaporii de apa din aer pot condensa pe aceste suprafete.

Din aceste cauze, īn timpul iernii trebuie sa se asigure o oscilatie a temperaturii suprafetei interioare de maximum

A_ti= 0 .0,7grd.

Avānd īn vedere ca oscilatiile de temperatura ale aerului exterior, sunt A_te= 6grd., rezulta ca este necesar sa se asigure un coeficient de amortizare de

n

Proprietatea elementelor de constructie de a amortiza oscilatiile de temperatura are influenta asupra stabilirii temperaturilor exterioare teoretice de calcul (t_e) respectiv asupra rezistentei la transmisia de caldura. De exemplu pentru stabilirea temperaturii exterioare de calcul s-au avut īn vedere elementele de constructie care aveau un coeficient de amortizare de circa n = 30. Pentru elementele de constructie cu capacitati de amortizare mai mici s-au prevazut coeficienti de corectie numiti coeficienti de masivitate (m).

Dar fluxul termic ce traverseaza o structura pe lānga amortizare mai sufera si o defazare fata de momentul plecarii. Daca deci, o solicitare termica externa provoaca aparitia unui transfer de caldura (flux termic) la momentul t = 0, acesta ajunge catre suprafata interioara la momentul t = h, defazajul fiind marimea care exprima diferenta acestor timpi. Deci putem scrie:

h t t ore

Cele doua marimi, n si h sunt dependente de indicele de inertie D precum si de capacitatea de acumulare termica a suprafetelor.

Īn figura alaturata este indicata variatia celor doua marimi n si h, functie de D, pentru betonul armat.

Se observa ca variatia coeficientului de amortizare  n,se prezinta sub forma unei curbe si ca are valori semnificative pāna la D 4, īn timp ce valorile defazajului h, cresc linear cu D. Datorita acestui comportament s-au facut propuneri ca normarea structurilor sa se faca īn functie de n si h, ceea ce a fost preluat de catre metoda romāneasca de stabilire a temperaturii exterioare de calcul.

Aceste doua marimi sunt importante deoarece permit stabilirea regimului de īncalzire, alegerea aparatelor de automatizare aferente si a masurilor de gestionare a energiei īn cladiri.

3.3.Rezistente termice pentru elemente inertiale

3.3.1.Structuri omogene

Consideram un perete plan care este supus unei solicitari termice t_i > t_e, pentru care ne propunem sa stabilim cāmpul de temperaturi si a conditiilor minime pe care trebuie sa le īndeplineasca.

Scriem expresia conservarii fluxului termic:

din care se poate deduce cāmpul de temperaturi:

Ambele temperaturi superficiale depind de rezistenta termica totala care nu este cunoscuta. Aceasta poate fi dedusa daca structurii i se impun doua conditii de confort care trebuie īndeplinite simultan si anume:

- temperatura "q_i" sa asigure conditia de confort ca temperatura medie de radiatie, putānd astfel satisface si conditia ca amplitudinea oscilatiei temperaturii superficiale sa se īncadreze īn valorile normale.

- temperatura "q_i" sa fie mai mare decāt temperatura punctului de roua "q_t" la care vaporii de apa din aerul unei īncaperi pot condensa pe acea suprafata. Pentru aceasta conditie este important sa amintim conditia ce rezulta din diagrama I-x.

Pentru un punct de stare "A" exista o temperatura "t_tA" de la care vaporii de apa din aerul umed, vor condensa pe o suprafata a carei temperatura este egala.

Revenind la expresia conservarii fluxului termic putem scrie:

[m²K/W]

Daca temperaturile "q_i" i se acorda valori normate pentru cazurile enumerate mai sus, putem introduce notiunea de rezistenta termica minima necesara astfel:

R_0min = R_i [m²K/W]

īn care: Dq_imax = t_i - q_i, poate introduce conditiile amintite, dar cu conditia verificarii acestora.

m - coeficient de masivitate, asupra careia putem face urmatoarele precizari, prezenta acestuia īn relatia expresiei fluxului termic transferat printr-o suprafata plana este de forma

R_0min=R_i

De aici rezulta necesitatea eliminarii coeficientului de masivitate din relatia rezistentei minime.

3.3.2.Structuri neomogene

Cazul cel mai .frecvent īntālnit īn practica este cel al structurilor formate din mai multe straturi omogene. Vom lua īn discutie cazul cānd fluxul termic este perpendicular pe suprafata de transfer termic. Expresiile cāmpului de temperatura se obtin din bilantul termic scris pentru fiecare strat.

īn care:

R_i= a_i; R_e=1/a_i; R₁=d l ; R₂=d l ; R₃=d l

R₀=R_i+R₁+R₂+R₃+R_e=; [m²K/W]

Din sirul de egalitati rezulta:

q_i=t_i-

q q_i q q q_e q

Pentru determinarea rezistentei "R₀" minim necesare se considera valabile valorile normate pentru ecartul (t_i-q_i) care īn STAS 6472 este denumit "diferenta minima necesara". Cu cāt aceasta diferenta este mai mica q_i va fi mai apropiata de "t_i" si deci conditia de necondensare a vaporilor de apa din aerul īncaperii pe suprafata sau cea referitoare la temperatura medie de radiatie vor fi satisfacute. Vom putea scrie:

R_0min=R_i [m²K/W]

Din prudenta pot fi facute verificarile mentionate mai sus pentru temperatura superficiala "q_i

īn care:

t_t - temperatura punctului de roua, corespunzator starii aerului din īncapere (t_i=20^o, j_i

"n" - coeficient ce ia īn considerare posibilitatea tasarii termoizolatiei.

Daca conditia de mai sus nu se verifica, se impune marirea rezistentei termice a unuia dintre straturi sau introducerea unui strat suplimentar ca strat termoizolator.

Deci vom admite ca q_i < t_t

R'_0min=R_i

Cu aceasta rezistenta vom īncerca ajutarea rezistenti structurii neomogene pusa īn discutie

R _0min

Admitānd modificarea grosimii stratului "2" prin explicitare rezulta:

Noua grosime a stratului "" va trebui majorata la valoarea de fabricatie

Īn conditiile noi, rezistenta reala a structurii va fi calculata cu valoarea noua , rezultānd o rezistenta corectata "R_oc"

R_oc

Pentru obtinerea coeficientului de masivitate "m" se va calcula indicele de inertie termica:

D_oc=R₁s₁+R₂^rats₂+R₃s₃ , īn care R₂^rat=

ca apoi

m_oc=1,225 - 0,05D_oc

3.3.3. Structuri mixte

a. Structuri neomogene care au suprafetele paralele cu directia fluxului termic

Consideram o structura de grosime "d" care este formata din mai multe straturi omogene, de suprafata F₁, F₂, F₃ a caror latime este egala cu unitatea,

Pentru acest caz se poate scrie:

[m²K/W]

īn care:

[W/mK]

b. Structuri neomogene compuse din incluziuni regulate cu laturi paralele si perpendiculare pe directia fluxului termic

Pentru structura pusa īn discutie, fluxul termic are suprafata īn raport cu care este perpendiculara sau paralela.

Evaluarea rezistentei termice totale se poate face facānd o medie ponderata īntre rezistentele R_┴ si R_ll dupa cum urmeaza:

- se īmparte elementul īn straturi prin planuri perpendiculare pe directia fluxului termic si se calculeaza rezistenta R_┴, pentru straturile neomogene calculāndu-se valoarea preponderenta "l_med

Stratul 2 este neomogen pentru care putem calcula:

R_┴= [m²K/W]

- se īmparte īn straturi prin planuri paralele cu directia fluxului termic si se calculeaza R_ll cu relatia:

R_ll= [m²K/W]

īn cazul īn care R₂=

Rezistentele R_┴ si R_ll au valori diferite , iar rezistenta reala se va gasi īntre aceste valori. Cercetari experimentale au condus la relatia:

R₀=(2R_┴+R_ll)/3

Daca diferenta dintre R_┴ si R_ll depaseste 25 %, aceasta metoda nu mai este aplicabila, rezistenta termica putānd fi stabilita prin calculul cāmpului de temperatura.

c. Structuri neomogene compuse din diferite materiale cu dimensiuni reduse si forme neregulate

Fie o structura formata din deseuri de piatra si mortar de beton, care contine 4 categorii de materiale omogene de forme diferite. Pentru stabilirea rezistentei termice se procedeaza dupa cum urmeaza:

- se determina volumul fiecarui material care are aceeasi conductivitate termica "l

- se determina aproximativ conductivitatea termica medie, utilizānd expresia mediei ponderate

īn care: l - reprezinta conductivitatile termice ale materialelor omogene

V₁ - volumele pe care le ocupa aceste materiale, exprimate īn %

Cu aceste conditii simplificatoare rezistenta termica va putea fi calculata cu expresia:

R₀=

d. Structuri care contin straturi de aer

Se cunosc de multa vreme calitatile termoizolatoare ale straturilor de aer, iar datorita costului redus al acestor structuri, au o larga utilizare.

Proprietatile termice ale structurilor de aer au constituit obiectul multor cercetari, iar rezistenta lor termica este īn multe tari normata.

Modul cum actioneaza stratul de aer ca material termoizolant este putin cunoscut, deseori aparānd erori, care conduc la situatii neeconomice.

Fluxul de caldura unitar "q" care trece printr-un strat de aer se compune din fluxul convectiv "q_cv", fluxul radiant "q_r", transmis īntre suprafetele 1 si 2care limiteaza stratul de aer de grosime "d_a", precum si fluxul conductiv "q_cd"

q₁₂=q_cd+q_cv+q_r [W/m²]

3.4.Rezistentele termice pentru elementele neinertiale

Golurile de lumina pun probleme din punct de vedere termic, īntrucāt īn acest caz intervin cu o pondere foarte mare, argumente de confort optic si de estetica.

Din punct de vedere termic, golurile de lumina, ferestre si luminatoare reprezinta puncte slabe īn capacitatea de izolare a constructiei si din aceasta cauza, multa vreme suprafetele lor au fost reduse la minimum. Cerintele de confort optic au impus īn ultimele decenii marirea sensibila a acestor goluri de lumina, care au ajuns sa īnlocuiasca īn mare masura partea opaca, īncāt s-a ajuns la motiunea de pereti exteriori vitrati.

Acest tip de perete este īnsa permeabil la aer si caldura, producānd curenti de aer reci suparatori, protejeaza insuficient contra aporturilor de caldura vara, este o sursa importanta de pierderi de caldura, devenind o principala sursa de reducere a gradului de confort termic.

Reducerea efectelor negative a constituit o preocupare continua a tehnicienilor, astazi existānd o experienta acumulata, din care rezumam:

suprafetele vitrate ramān la limita confortului optic, existānd astazi norme care sa asigure variante optime;

marimea rezistentelor termice s-a putut obtine prin optimizarea grosimii straturilor de aer, prevederea a doua sau chiar trei straturi transparente cu calitati termice ridicate;

marirea temperaturilor suprafetelor superficiale prin cresterea valorii coeficientului de conventie "a_cvi", spalānd cu aer aceste suprafete uneori īn interiorul suprafetelor transparente se introduce aer cald, micsorānd fluxul termic transmis.

3.5.Rezistente la transfer de masa

3.5.1.Bazele analitice ale transferului de masa

a.      Conditiile fizice de transfer de masa

b.     

Īn aprecierea permeabilitati la transfer de masa a materialelor utilizate pentru anvelope, trebuie sa se tina seama de doua fenomene fizice si anume:

transferul de masa sub forma de vapori, se datoreaza diferentelor de presiuni partiale a vaporilor de apa din aerul celor doua medii despartite;

transferul de masa sub forma lichida (prin capilaritate), īntre suprafetele materialului de constructie relativa.

Rezulta ca īn acelasi timp, printr-un element de constructie exista doua componente de transfer de masa, pentru care exista diferente de potential diferite, sensul transferului fiind important si determinabil pe baza starii fizice locale a parametrilor de stare ai aerului din interior si exterior.

Pentru aplicarea acestor fenomene de transfer, vom conveni sa notam fluxurile unitare de masa astfel:

q_v - fluxul unitar de masa sub forma de vapori, care se transforma datorita diferentelor de presiuni partiale "s_pv";

q_e - fluxul unitar de masa sub forma lichida, transmis prin capilaritate, datorita diferentelor de unitati relative "Dj".

Stabilirea sensului de transfer se va face considerānd un perete plan delimitānd aer exterior īn conditii climatice de iarna si de vara.

Īn perioada de iarna, fluxul termic va avea directia I E, deoarece t_i>t_e; fluxul de masa sub forma de vapori va avea aceeasi directie p_vi>p_ve, īn timp ce directia fluxului de masa transmis prin capilaritate va fi opus primelor doua deoarece j_E>j_I (80%>50%).

Īn perioada de vara sensurile primelor doua componente (q si q_v) se schimba, fiind de la exterior la interior, iar a componentei "q_e" va fi tot īn opozitie cu primele doua (j_I>j_E).

Aceste observatii fenomenologice sunt foarte importante, deoarece vaporii de apa pot īntālni īn calea lor conditii fizice de condensare, revenind la interior gratie componentei "q_e", putānd crea suprafete cu condens Mai dificila situatie este aceea cānd vaporii de apa ce condenseaza īn structura pot īngheta. Fenomenul de īnghet si dezghet poate avea ca efect distrugerea materialului.

Pe de alta parte, īn procesele de transfer de masa, trebuie sa se tina seama de proprietatile si starea de umiditate a materialelor, din care punct de vedere acestea prezinta urmatoarele stari de umiditate:

umiditate libera, formata prin condensarea vaporilor de apa īn interiorul materialului, prin contactul direct al materialelor cu apa sub forma lichida;

umiditate de sorbtie, formata prin sorbtia umezelii din aer, adica prin contactul materialului cu apa sub forma de vapori.

Marimea acesteia creste cu umiditatea relativa a aerului īnconjurator si descreste cu temperatura.

Din reprezentarea alaturata a izotermelor de sorbtie, rezulta ca exista 3 zone caracterizate astfel:

zona 1 - pe suprafata porilor si a capilarelor materialelor se formeaza sub actiunea fortelor moleculare, o pelicula subtire dintr-un strat monomolecular;

zona 2 - sorbtia vaporilor de apa se extinde īn grosimea materialului si pe suprafata porilor se formeaza un strat

polimolecular. Deplasarea treptata a umezelii īn material are loc īncet īn timp si reprezinta fenomenul difuziei vaporilor de apa prin peretii porosi;

zona 3 - la absorbtie se adauga fenomenul de condensatie capilara. Īn acest stadiu, umezeala se deplaseaza atāt sub forma de vapori cāt si sub forma lichida, din care cauza fenomenul nu mai poate fi bine cuprins īn modelele de calcul existente.

Modelele de calcule vor fi prezentate si dezvoltate iau īn considerare ipoteza materialelor cu o capilaritate foarte redusa.

Pe de alta parte, Eichler, clasifica materialele de constructie dupa raportul dintre fluxul de masa si luxul de caldura.

Din clasificarea facuta se constata ca zidaria din caramida are un raport maxim īntre cele doua componente, motiv pentru care acesta nu a ridicat probleme higrotermice de-a lungul timpului.

Straturile neomogene aparute ulterior a creat si creeaza probleme diferentelor de comportament higrotermice.

b. Parametrii termofizici ai transferului de masa

Materialele de constructii opun o anumita rezistenta la transferul de masa, īn functie de de structura lor si de continutul de umiditate. De aceea, īn alcatuirea elementelor de constructii (pereti, plansee, terase etc.) trebuie sa se tina seama de natura materialelor, de modul cum se comporta ele la transferul de masa.

Relatiile generale ale cāmpului de umiditate si ale fluxului de vapori dintr-un element de constructie se deduc pe baza ecuatiei difuziunii, cunoscuta ca legea lui Fick.

div.grad C;

īn care "C" este concentratia vaporilor de apa iar "Kd" coeficientul de difuzie al vaporilor.

Fluxul elementar de umiditate este proportional cu gradientul de concentratie, dupa cum fluxul elementar de caldura, īn cazul conductiei, este proportional cu gradientul de temperatura.

Astfel, pentru transferul de masa se poate scrie expresia fluxului unitar:

Pe baza legii lui Fick care arata ca difuziunea este dependenta de cāmpul de concentratie, fluxul unitar de vapori se poate exprima si sub forma:

q_v=bDC=b(C₁-C₂); [Kg/m²]

īn care "b" este coeficientul de transfer superficial de masa, īn m/s; iar C₁, C₂ concentratiile vaporilor de apa īntre planurile de transfer.

Expresia luxului de masa dupa Dalton, functie de diferenta vaporilor de apa are forma:

q_v=b(p_v1-p_v2); (p_v1>p_v2); [Kg/m²]

De asemenea Lewis a exprimat aceeasi marime functie de diferenta continuturilor de umiditate:

g_v=s(x₁-x₂); (x₁>x₂);

Īntre coeficientii de transfer de masa se pot stabili, aplicānd legea gazelor perfecte, urmatoarele relatii:

s bg; b=b; b=;

Elementele de constructie sunt īn general pereti plani, cu fete paralele, avānd pe de o parte doua din dimensiuni mai mari, īn raport cu cea de-a treia, deci efectele marginale pot fi neglijabile, iar pe de alta parte, toate suprafetele peretilor sunt izoterme, ceea ce face ca variatia cāmpului de temperatura sa aiba loc numai pe directia normala pe suprafetele izoterme. Īn acest caz, ecuatia diferentiala a conductiei devine:

care prin, integrare, cu conditii la limita de speta īntāia si a treia, conduce la expresia cāmpului de temperatura:

precum si expresia fluxului unitar de caldura:

Īn mod analog se poate scrie pentru cāmpul de concentratie, tinānd cont de legea gazelor perfecte:

sau

Īn cazul īn care se admite aproximatia:

se poate scrie:

Daca se ia īn consideratie expresia fluxului de masa dupa Dalton si Fick, precum si legatura dintre coeficienti de transfer b si b, rezulta:

Daca definim rezistenta la transfer termic de masa ca fiind analoaga transferului de caldura īn regim stationar putem scrie:

; (m²hmmHg/g)

īn care: R_vi=; R_ve 0,2 R_vn=

cu m - coeficient de transfer de masa, b si b coeficient de transfer superficial

; [g/m h mmHg]

3.5.2.Analiza zonelor de condensare īn structuri

Se va considera o structura neomogena pentru care se va stabili conditiile de condensare a vaporilor de apa, īn conditii termice de iarna.

Fiecare element omogen este caracterizat prin marimile fizice specifice: l si m; pe de alta parte vaporii de apa sunt caracterizati de presiuni partiale (p_v) si de saturatie (p_s), care la rāndul lor depind de starea termica locala.

Evident ca p_s>p_v īn conditii fizice normale, pe cānd conditiile de egalitate creeaza premizele condensarii vaporilor de apa pe o suprafata sau zona structurala.

Analogia fizica demonstrata anterior ne va permite ca īn cadrul unei structuri neomogene, sa reprezentam grafic variatiile de presiuni partiale, luānd pe abscisa scara rezistentelor la transfer de masa conductiv (R_v).

Asa cum s-a aratat, pentru o structura oarecare vom putea scrie o expresie corespunzatoare conservarii fluxului de masa:

; [g/m²h]

S-a aratat deja ca R_vi=1/b_i si R_ve=1/b_e, reprezinta rezistentele la transfer superficial de masa, ale caror valori numerice fiind foarte mici, se vor putea neglija īn aplicatiile care urmeaza.

Cu aceste simplificari, expresia de mai sus va putea fi scrisa sub forma dependentei de rezistenta la transfer conductor de masa:

g_v====; [g/m²h]

Procedānd ca si īn cazul cāmpului de temperatura, vom obtine expresia cāmpului de presiuni partiale ale vaporilor de apa (p_vx).

Pentru suprafata, determinarea presiunii partiale se face functie de umiditatea relativa "j_i", cunoscuta din conditiile de confort si presiune de saturatie (p_si), corespunzatoare acestei stari [I=I(j,t)]:

; si respectiv

sau cu ajutorul diagramei i-x.

Pentru celelalte suprafete vom putea scrie:

; [mmHg]

; [mmHg]

; [mmHg]

Reprezentarea grafica a presiunilor partiale si de saturatie ne va permite sa analizam situatiile īn care structurile au un prost comportament la transferul de masa. Daca īn toata structura īntre cele doua valori exista o diferenta semnificativa, se poate afirma ca structura va avea un bun comportament la transferul de vapori.

a.Cazul condensarii vaporilor de apa pe o suprafata

Desigur nu vom lua īn discutie cazul condensarii pe o suprafata interioara, deoarece conditia de necondensare a fost impusa structurii prin rezistenta termica minima necesara.

Punem īn discutie, acum condensarea pe o suprafata din interiorul structurii. Conditiile fizice ce trebuie īndeplinite pot fi scrise fie sub forma p_vx=p_vs, fie conditiile de temperatura de condens t_x=t_t.

Acceptānd reprezentarea grafica a presiunilor functie de rezistenta la transfer, variatia este liniara.

Īn ambele cazuri putem pune problema determinarii fluxului de masa condensat:

; [g/m²h]

Se observa ca pe suprafata de condensare p_v =p_s

Īn prezentarea grafica alaturata s-a admis ca pe suprafata stratulzui 4, cele doua presiuni devin egale, putāndu-se asista la un fenomen de condensare pe īnteagra suprafata.

Se pot presupune doua situatii: una īn care condensarea este partiala si cea de a doua īn care este totala.

Pe de alta parte, conditiil4e termice locale pot permite īnghetarea acestor vapori, caz īn care returul acestora catre suprafata de plecare, odata cu componenta lichida nu mai este posibila. Aceasta situatie termica trebuie evitata, prin modificarea rezistentelor locale, īn scopul pozitivarii temperaturilor.

Pentru determinarea fluxului de masa condensat, este necesar sa se determine īn prealabil timpul "t" cāt dureaza condensarea.

Pentru aceasta se determina, īn primul rānd, de la ce temperatura exterioara va fi sub aceasta valoare.

Determinarea temperaturilor exterioare (t_i, j_i j). Apoi se determina durata īn ore "t_z", functie de zona de temperaturi corespunzatoare amplasamentului.

Fluxul de masa condesat va fi dat de expresia:

G_cd=g_cd*t_z; [g/m²]

Sigur ca aceasta valoare ne va permite sa apreciem daca condensarea este totala sau partiala, situatie pe care vom scrie expresia fluxului de masa intrat īn structura: g_vi= sau G_vi=g_vi*t_z; [g/m²].

Daca G_vi=G_cd, condensarea este totala, contrar sau partial.

Pentru a asigura o comportare buna a structurilor, este necesar ca īn timpul verii masa de vapori condensata sa se poata evapora catre una dintre cele doua suprafete, pe

care avem aceeasi presiuni partiale admitānd ca fereastra este deschisa.

Īn interiorul elementului, pe sprufata de condensare vom avea presiune de saturatie maxima deoarece j j_max

Cu aceste ipoteze vom putea scrie:

g_ev= [g/m²h]

sau

G_ev=g_ev*24*30; [g/m²]

conditia de evaporare fiind de 30 de zile.

Cazurile multiple de aparitie a condensului pe suprafetele interioare , ne face sa credem ca pāna la aparitia conditiilor favorabile de evaporare din perioada de vara, masa de vapori condensata se īntoarce catre suprafata interioara si datorita temperaturilor scazute, nu se poate evapora, formānd ceea ce numim "igrasia".

c.       zone de condensare

Acest caz particular reprezinta o extensie a celui studiat anterior, fapt pentru care ramān valabile toate ipotezele de calcul explicitate anterior. Pentru acest caz se poate scrie:

; [g/m²]

Una din marile probleme ale condensarii o reprezinta pericolul de īnghet-dezghet. Analiza acestei situatii se poate face prin īncercari succesive, de fiecare data verificāndu-se daca apar temperaturi de īnghet sau dezghet.

3.5.3. Rezistentele optime la transferul de masa

Optimizarea rezistentelor higrotermice ale unei structuri, presupune si analiza la transfer de masa, astfel īncāt condensarile sa fie evitate sau protejate īmpotriva īnghetului.

Putem totusi introduce notiunea de rezistenta optima, daca admitem ca aceasta va trebui sa evite condensarea īn zone de temperatura negative si sa permita evaporarea pe timpul iernii pe suprafata interioara.

Stabilirea acestei rezistente se face din aproape īn aproape, parcurgānd toate fazele de verificare explicate anterior.

3.5.4. Masuri constructive specifice transferului de masa

Īn actiunea de reducere a efectelor nefavorabile, datorate migratiei vaporilor de la interior catre exterior, un factor important īl constituie bariera de vapori, compusa din materiale care, desi au grosimi reduse, opun o rezistenta mare la trecerea vaporilor.

Īn interiorul peretelui īn starea initiala a existat o umiditate de maximum 15% din greutatea materialului. Dupa cāteva luni de exploatare a acestui perete, la o īncapere care avea umiditatea relativa j_i=80%, variatia umiditatii a ajuns la 50%.

Se observa ca spre exterior aceasta umiditate scade rapid, ceea ce se explica prin

capacitatea peretelui de beton usor de a elimina rapid umiditatea sau cum se spune, datorita posibilitatii de a respira.

Īn cazul "b" se analizeaza montajul unei bariere de vapori la exterior, caz īn care se constata o crestere a umiditatii interioare.

Īn cazul "c", cānd bariera de vapori se afla la interior, se constata o scadere a umiditatii interioare cu 5-6%.

Īn mod intuitiv, aceasta experienta rata avantajele amplasarii la locul potrivit a barierei de vapori si ca placajele impermeabile ale zidariei la exterior, pot da rezultate foarte proaste.

Astfel a aparut recomandarea ca bariera de vapori sa fie amplasata pe partea calda a peretelui, existānd solutii ca: tapete, cartoane asfaltate etc.

3.6. Optimizarea rezistentelor termice

3.6.1. Evolutia rezistentelor termice īn tarile CE

Criza energetica declansata īn 1972, a obligat tarile CE sa ia masuri de conservare energiei, printre care putem enumera si aceea legata majorarea rezistentelor termice ale anvelopelor clairilor de toate categoriile.

Pentru a putea evidentia corelatia dintre rezistentele termice si economia de energia vom presupune transferul printr-un perete plan.

Consumul de combustibil se determina cu relatia:

Rezulta deci, ca cu cāt rezistenta termica este mai mare consumul de combustibil este mai mic.

Pentru Franta si Germania, sunt retinute valorile Ropt pentru evolutia lor īn perioade 1973 - 1985.

Īn Romānia evolutia nu este spectaculoasa, deoarece prin rezistentele nominale necesare ne situam la nivelul anului 1976 al tarilor CE.

Desi metode de calcul a unor structuri optimizate sunt publicate īnca din anul 1976, normativul C107, care se refera la rezistentele termice optime este actualizat īn 1994 si publicat īn 1996.

3.6.2. Criterii de optimizare a rezistentelor termice

Īntrucāt variatia grosimii termoizolatiei are variatii diferite asupra factorilor economici este necesar a se determina acea grosime care are efect economic global cel mai avantajos asupra ansamblului de factori economici. Operatia de optimizare se face dupa doua criterii: al cheltuielilor totale si al consumului total de energie.

Metodologia de optimizare este similara pentru cele doua criterii, considerānd ca solutia optima este cea pentru care cheltuielile , respectiv consumul de energie sunt minime.

Atunci cānd cel doua criterii nu conduc la aceeasi solutie optima, se va face o integrare a celor doua criterii pentru a putea alege īntre solutiile optime, stabilite dupa fiecare intre criterii.

a. Optimizarea dupa criteriul cheltuielilor totale

Cheltuielile totale cuprind atāt cheltuieli pentru investitii, pentru constructii si instalatii de īncalzire, cāt si cele de exploatare ale instalatiilor de īncalzire. Īn calculul cheltuielilor se includ numai acelea care se diferentiaza, īn functie de grosimea termoizolatiei. Īntrucāt cheltuielile de exploatare (īntretinere) ale constructiilor nu sunt diferentiate dupa grosimea termoizolatiei si īn general nici dupa solutia de alcatuire a elementului de īnchidere, acestea nu se iau īn considerare.Calculul de optimizare a grosimii termoizolatiei se raporteaza la 1 m² suprafata de īnchidere.

Se are īn vedere treptele de variatie ale grosimii termoizolatiei sunt stabilite de catre producatori. Astfel pentru vata minerala modulul este de 10 mm; pentru poliester 12 mm; pentru BCA 125 mm.

Cheltuielile totale pot fi exprimate printr-o relatie de forma:

S=C+I+nE; [lei/m²]

īn care:

S - cheltuieli totale ale elementelor comparate, īn lei/m²;

C - costul de investitii al partii de constructie, īn lei/m²;

I - cota pateu din costul de investitii al instalatiei de īncalzire;

E - cota parte din cheltuielile anuale de exploatare ale instalatiei de īncalzire, īn lei/m²;

n - numarul de ani īn care se care ca suma cheltuielilor sa fie minima.

Īn costul "C" al partii de constructie se īnchide numai costul termoizolatiei. Īn cazul termoizolatiilor grele, la care īn functie de grosimea termoizolatiei - pot varia si alte elemente ale constructiei (de exemplu structura de rezistenta care suporta termoizolatia acoperisului, fundatia si structura care suporta peretele) se ia īn considerare si suportul de cost aferent.

Pentru costul investitiei si cheltuielile de exploatare ale instalatiei de īncalzire, se considera numai cota parte aferenta pierderii de caldura prin elementul de īnchidere respectiv.

Cota parte din costul investitiei al instalatiei de īncalzire "I" se stabileste cu relatia:

I=q*i; [lei/m²]

īn care; q este fluxul unitar de caldura transmis prin elementul de īnchidere considerat, calculat conform prevederilor STAS 1907

q=; [W/m²]

i - indice de cost al instalatiei de īncalzire, īn lei/W;

R₀ - rezistenta termica globala a elementului considerat;

t_i, t_e - temperaturile de calcul pentru aerul interior si exterior.

Rezistenta termica se determina cu relatiile cunoscute, considerānd ca parte variabila rezistenta termoizolatiei si restul ca parte fixa:

R₀= R₁+R₂+R₃+.+R_iz+.R_n+R_e; [m²K/W]

Indicele de cost al instalatiei de īncalzire cuprinde toate elementele instalatiei: centrala termica, retele de distributie, instalatia interioara precum si costul constructiilor aferente, care variaza cu capacitatea instalatiei, de exemplu cladirea centralei termice si elementele de sustinere a retelei de distributie.

Valoarea indicelui de cost "i" se considera constanta īn calculul de optimizare indiferent de grosimea termoizolatiei, ca urmare a faptului ca acesta corespunde unei anumite solutii de īncalzire care ramāne aceeasi īn comparatia facuta īntre diferitele grosimi.

Cota parte a cheltuielilor anuale de exploatare din instalatia de īncalzire "E" se determina diferentiat dupa cum alimentarea cu caldura se face dintr-o sursa termica proprie atunci se determina cheltuielile anuale de exploatare:

E=E_c+E_d; [lei/m²an];

īn care:

E_c - reprezinta cota parte din costul de combustibil consumat anual, care se determina cu relatia:

E_c=B_an*C_c; [lei/m²an];

cu: ; [kg/an], consumul anual de combustibil, stabilit functie de sarcina termica anuala "Q_an", randamentul global al instalatiei "h" si puterea calorifica inferioara a combustibilului "P_ci" īn KJ/Kg.

E_d - cota parte din cheltuielile de exploatare ale sursei de caldura, care includ: costurile energiei electrice, salariile personalului de exploatare, cheltuielile de īntretinere si reparatii a investitiei referitoare la sursa de caldura.

E_d=q*C_d; [lei/m²,an];

īn care "C_d" reprezinta indicele de cost al cheltuielilor de exploatare īn sursa de caldura, īn lei/W,an, aceste variind functie de capacitatea sursei, tipul echipamentelor si natura tipului de combustibil utilizat.

Daca alimentarea cu caldura se face dintr-o sursa care livreaza caldura la pret tarifar, atunci cota parte din cheltuielile anuale de exploatare se determina cu relatia:

E=q_an*C_e; [lei/m²an]

q_an - caldura pierduta anual prin elementul de considerat, īn KWh/m²an;

C_e - pret tarifar al calduri livrate, īn lei/KWh.

Īn calculul de optimizare a protectiei termice, numarul de ani īn care se considera economica recuperarea unui spor de investitii, este de n=8 ani, valoare cuprinsa īntre cea utilizata īn domeniul constructiilor (n=5 ani) si cea a energiei (n=10 ani).

Pentru efectuarea calcului de optimizare se cauta exprimare celor trei componente functie de R₀.

C=a₁+b₁*R₀; [lei/m²];

I=a₂+b₂/R₀; [lei/m²];

E=a₃+ b₃/R₀; [lei/m²

īn care a_x, b_x sunt constante pentru un caz particular studiat.

Īnlocuind īn relatia generala se obtine:

S=C+I+nE a₁+a₂+na₃)+b₁R₀+; [lei/m²].

Valoarea "R₀" pentru care cheltuielile totale sunt minime, este aceea pentru care se anuleaza derivata functiei S=f(R₀)

; de unde

; [m²K/W].

Reprezentānd grafic aceste dependente se pot obtine imagini calitative asupra optimizarii:

b. Optimizarea dupa criteriul total de energie

Consumul de energie īnglobata sau de exploatare, sub forma de combustibil conventional (P_ci=7000x1,16x3600 KJ/Kg) se poate scrie sub formula:

B=B₁+B₂=B₁+bE_e; [Kgcc]

īn care:

B - reprezinta consumul total de combustibil;

B₁ - consumul de energie directa sub forma de combustibil;

B₂ - consumul de combustibil pentru introducerea energiei electrice;

b - consumul specific de combustibil pentru producerea energiei electrice, tinānd seama ca o parte din energie se produce īn centralele hidroelectrice (c=0,325 Kgcc/KWh);

E_e - consumul de energie electrica, īn KWh.

Relatia de optimizare este similara celei prezentata la metoda precedenta, grosimea optima fiind aceea pentru care consumul total de energie sub forma de combustibil "B_s" este minim. B_s= B_e+B_ī+nB_E; [Kgcc/m²]

īn care:

B_e - consumul de energie īnglobata īn elementele de constructii;

B_ī - cota paret din consumul de energie īnglobata īn instalatia de īncalzire;

B_e - cota parte din consumul de energie de exploatare īn instalatia de īncalzire;

n - numarul de ani īn care se cere ca consumul de energie sa fie minim.

c. Alegerea solutiei optime prin integrarea criteriilor

Pentru cazul īn care grosimea optima determinata dupa criteriul cheltuielilor totale minime si cel al energiei totale consumate minime, nu este aceeasi, trebuie optat pentru una din cele doua valori grosimi sau eventual pentru una intermediara daca nu au valori pe trepte alaturate de dimensiuni.

Modul de alegere are īn vedere ca fata de grosimea A care conduce la cheltuieli totale minime, o alta grosime B corespunzānd consumului minim de energie sau īn apropiere de acesta, asigura o economie de combustibil.

Ca urmare o astfel de solutie B va fi preferata, fata de A, daca asigura urmatoarele conditii economice:

sporul de cheltuieli de investitii pentru constructii si instalatii (cheltuieli imediate) sa poata fi compensat economic de cheltuieli de exploatare - ca urmare a unui consum mai redus de combustibil - īntr-un numar mai mic decāt cel luat īn calculul de optimizare (n=8 ani).

Aceasta conditie, reprezinta sporul de cheltuielilor de investitii ca urmare a aplicarii solutiei cu grosime B, īn locul solutiei cu grosime A, exprimate cu relatia:

D(C+I)=(C+I)_B-(C+I)_A; [lei/m²].

Consumul suplimentar de combustibil, daca se aplica solutia A īn locul solutiei B va fi: DB=B_A-B_B; [Kgcc/an]

Costul combustibilului economisi sa fie inferior costului combustibilului importat, la pretul pietii externe "P", conditie care se exprima sub forma:

[lei/Kgcc].

Īn cazul īn care solutia cu grosimea B nu īndeplineste ambele conditii, se considera optima solutia cu grosimea A.

3.6.3. Norme nationale referitoare la protectia termica a cladirilor

Īn cele ce urmeaza, vor fi prezentate prevederile "Normativului privind calculul coeficientilor globali de izolare termica la cladirile de locuit", indicativ C107/1-94.

Prevederile acestui act normativ se aplica la toate cladirile de locuit sau colective, proiectate sau supuse lucrarilor de ameliorare si modernizare.

Rezistenta termica medie a anvelopei unei cladiri "R_OM" se calculeaza cu relatia:

R_OM=; [m²K/W]

īn care:

S - reprezinta suprafata anvelopei cladirii , reprezentānd suma tuturor suprafetelor elementelor de constructie perimetrale ale cladirilor, prin care au loc pierderile de caldura, care se calculeaza cu relatia:

S=S_e+ S_f+ S_t+ S_a+ S_b+ S_p+ S_r+ S_i+ S_n; [m²]

S_e - suprafata opaca a peretilor exteriori, inclusiv suprafata adiacenta rosturilor deschise spre exterior;

S_f - suprafata ferestrelor si usilor exterioare, precum si a peretilor exteriori vitrati si a luminatoarelor;

S_t - suprafata planseelor de peste ultimul nivel, sub terasa;

S_a - suprafata planseelor de peste ultimul nivel, sub pod;

S_b - suprafata planseelor de peste pivnite si subsoluri neīncalzite;

S_p - suprafata elementului īn contact direct cu solul;

S_r - suprafata peretilor exteriori īn contact cu solul;

S_i - suprafata planseelor care delimiteaza cladirea la parte inferioara, de exterior sau de spatii cu temperatura mai redusa cu 10 ^oC decāt locuinta (la ganguri de trecere, bowindouri, etc.);

S_n - suprafata peretilor si planseelor care separa volumul cladirii de spatii adiacente neīncalzite sau mult mai putin īncalzite, de spatii avānd alte destinatii, precum si de rosturi īnchise.

; [W/K]

q_a=0,9; q_b=0,5; q_a=0,3; q_r=0,7; q_n=0,5.

Rezistentele termice medii "R_om" ale elementelor de constructie care alcatuiesc anvelopa cladirilor de locuit, au valori minime normate, dupa cum urmeaza:

q_j=0 0,9, factor de corectie a temperaturilor adiacente, care ia īn considerare influenta favorabila a unor elemente de constructie sau pozitia acestora īn raport cu actiunea vāntului. De exemplu existenta jaluzelelor, balcoanelor īnchise etc.

pentru verificarea gradului de izolare termica al unei cladiri se defineste marimea numita "coeficient global de ionizare termica, notat cu G" care este comparat cu coeficientul normat de izolare termica "GN"; G GN.

Pentru stabilirea coeficientului global de izolare termica "G" se utilizeaza relatia:

; [W/m³K]; īn care:

V - reprezinta volumul īncalzit al cladirii, cuprinzānd atāt īncaperile īncalzite direct cāt si indirect;

DG - termen ce majoreaza pierderile de caldura prin transmisie datorita influentilor de aer, normate pentru asigurarea ratei minime de aer proaspat.

DG=C_a*N

Cu "C_a" definit ca produsul dintre caldura masica si densitatea aerului la 20 ^oC, marime exprimata īn Wh/m³K si N - numarul de schimburi orare minime ce trebuie asigurate.

Pe de alta parte GN=f(, nr. nivel); valoarea acesteia variind īntre 0,20 si 1,1 Wh/m³.

3.7. Stabilitatea termica a īncaperilor si elementelor de constructie

Analiza stabilitatii termice a elementelor de constructie si a īncaperilor are importanta din doua puncte de vedere:

a.           mentinerea unui temperaturi a suprafetei interioare īn limitele cerute de confortul interior si de punctul de roua al aerului interior fata de oscilatiile de temperatura ale aerului exterior;

b.           contributia pe care o are prin aceasta elementul de constructie interior īn mentinerea unei temperaturi cāt constante a aerului interior si a temperaturilor de confort interioare, fata de oscilatiile de temperatura ale aerului interior.

Īn cazul al doilea nu mai este suficient a se determina stabilitatea termica a unui element separat, ci trebuie sa se tina seama de aporturile tuturor elementelor care limiteaza īncaperea la asigurarea unei temperaturi interioare cāt mai constante.

De exemplu, sunt īncaperi al caror perete exterior este complet vitrat si unde, cu toate ca stabilitatea termica a īncaperii poate fi asigurata prin celelalte elemente exterioare, ca de exemplu, pereti interiori, tavan, pardoseala etc.

Stabilirea termica a īncaperilor se poate determina din expresia amplitudinii oscilatiei fluxului termic dat de aparatele de īncalzire, dupa cum urmeaza:

A_q=q_max-q_med= (t_imax-q_imax a_i(t_i-q_i)= a_i[(t_imax-t_i)-(q_imax-q_i)]=a(At_i-Aq_i)

Definind "U" coeficient de asimilare termica alunei suprafete prin raportul A_q/A_qi=U se obtine A_qi=A_q/U_i cu care relatia de mai sus devine:

sau

Pe de alta parte suma tuturor fluxurilor unitare conduce la fluxul total:

Īn care "M" este definit ca un coeficient de neuniformitate al cedarii caldurii de catre elementele anvelopei, dupa īntreruperea furnizarii de energie termica de catre instalatia de īncalzire:

aMQ=At_i

M_adm=_F

cu B_j=

Pentru o īncapere se va putea considera:

B_FE , [W/m²K]

Pentru a

B_PE(T...PI) = , [W/m²K]_i

Pentru _i se adopta valorile obisnuite functie de directia fluxului termic.

Pentru coeficientul de asimilare termica al suprafetei U_i se va lua īn consideratie stratul marilor variatii de temperatura.

Pentru structuri complexe se poate scrie:

D₁= U_1i =s₁

D₁ < 1

(D₁ + D₂) 1

(D₁ + D₂) < 1

(D₁ + D₂ + D₃) 1

(D₁ + D₂ + D₃) < 1

(D₁ + D₂ + D₃ + D₄) 1