Introducere

Politica energetica globala are in prim plan diminuarea emisiilor de dioxid de carbon (pana in 2005 cu 25%, iar pana in 2050 cu 80% – conform hotararilor Conferintei Mediului de la Berlin din 1995), a implicatiilor acestora asupra efectu¬lui de sera global. Unul din marii consumatori de energie ai lumii este, fara indoiala, industria constructiilor.
Pe langa economia de energie, o solutie in acest domeniu poate fi trecerea de la constructiile traditionale la o conceptie ecologica a casei, folosind inclusiv ultimele inovatii tehnologice. Casa ecologica, organic captatoare, se afla intr-o relatie de colaborare si de echilibru energetic cu mediul na¬tural, asemenea unui organism viu. Orientarea, conceptia functionala si volumetrica de ansamblu, materialele folosite sunt determinante in crearea acestei relatii.

Studiul miscarii predilecte a maselor de aer , a modului cum energia solara sau eoliana directa atinge cladirea nu este o descoperire a zilelor noastre . El a existat ca preocupare spontana din cele mai vechi timpuri , cand casele Orientului Apropiat indreptau spre soare un portic realizand astfel umbrirea fatadei ; cand satele indiene erau asezate la umbra versantilor ferite de iradierea directa si incalzite prin convectie . Inovatia zilelor noastre e trecerea acestei tendinte in proiectare deliberata .
Dar chiar daca proiectam cu materiale traditionale sau ne incumetam sa concepem o constructie « constienta » din punct de vedere energetic, in primul rand trebuie facuta o trecere in revista a factorilor ce pot influenta alegerea unor anumite solutii. Aceasta inseamna, intr-o prima etapa, teme de cercetare, care au ca parametri de baza, includerea si integrarea in bilantul energetic al edificiilor a energiilor natu¬rale si in special a energiei solare. Daca o constructie functioneaza bine sau prost se datoreaza si aplicarii corecte in practica a unor concluzii teoretice, din pacate un aspect deseori neglijat la noi.

Sisteme solare

Conceptele de constructii inteligente, constiente, cladiri bio¬climatice, sisteme solare pasive sau active, arhitectura eco¬logica sunt din ce in ce mai des folosite pe plan international. Energia solara este solutia cea mai la indemana pentru inlocuirea energiei obtinute din combustibili fosili. Dar aceasta nu poate inlocui complet energia conventionala, datorita multiplelor variabile ce intervin in drumul radiatiei solare spre Pamant. Eficienta maxima din punct de vedere al captarii si transformarii energiei solare se obtine in cazul in care iarna se produce un maxim de incalzire, iar vara nu exista pericolul supraincalzirii cladirilor.
Din punct de vedere tehnic, in prezent exista mai multe sis¬teme de captare:
– sisteme pasive, care prin conformatia or realizeazã dia¬logul cu energia solara;
– sisteme active – cu instalatii suplimentare cu captori plani (cu aer – schema 1 – sau cu apa – schema 2, cu sau fara pompa de caldura) sau captori concentratori – schema 3;
– sisteme fotovoltaice.

Sisteme pasive
Generalitati
Din punct de vedere al pozitiei pe care conceptul de proiectare al unei cladiri il poate avea in raport cu utilizarea energiei solara distingem doua tipuri majore :
1.Cladiri cu pierderi minime .
In aceasta categorie se incadreaza cladirile bine izolate termic . Nevoia de energie calorica de incalzire e redusa prin izolarea buna termica , dar aceasta actioneaza ca o bariera dubla , impiedicand si utilizarea energiei solare .
Exactitatea calculelor e diminuata insa de prezenta puntilor termice , neluarea in considerare a schimbului de aer prin ventilatie naturala , influenta erorilor de executie . Influenta utilizatorului asupra comportamentului termic al cladirii e ridicata , nu poate fi vorba de o evaluare absoluta ci doar de o evaluare a variantelor .

Necesitatea cunoasterii comportamentului termic al cladirilor
– cunoasterea efectelor conformarii si orientarii cladirii asupra stabilirii nevoii de energie calorica
– stabilirea generatorilor de caldura si elementelor de racire , a suprafetelor calde si reci
– evaluarea adecvarii diferitelor sisteme termice
– aprecierea sensibilitatii cladirii la influenta utilizatorilor
Rolul calculelor de simulare
– stabilesc nevoia de caldura si energie calorica , diagrame de temperatura
– creeaza posibilitatea evaluarii diferitelor variante de cladiri si instalatii din punct de vedere al necesarului de energie si al confortului termic
– exprima instantaneu efectele schimbarilor ce intervin in proiect
– permit optimizarea luind in considerare relatia cladire – instalatii .

2.Cladiri cu castig maxim .
In acest caz standardul izolarii termice nu e atat de inalt urmarind o maxima utilizare a energiei solare .Suprafetele acumulante necesita o orientare optima . Volumul compact al cladirii contribuie prin obtinerea raportului optim suprafata exterioara/volum la diminuarea pierderilor . Fatadele bine orientate trebuie sa aiba un apert maxim in aceasta suprafata exterioara in detrimentul celorlalte .
Influenta modului de utilizare se materializeaza in acest caz in special prin reflectarea in zonificarea cladirii . Zonificarea are o anume influenta asupra nevoii de caldura . Din punct de vedere termic cladirea se compune din straturi concentrice, cu zona mai calda in mijloc . Spatiile inconjuratoare joaca rol de tampon activ sau pasiv la nord si activ (acumulator de energie) in rest. Cu cat elementele centrale au o masa mai mare ele pot inmagazina mai multa energie .
Materiale :
-finisajul sa fie in strat cat mai subtire
-Constructiile cu structura masiva favorizeaza schimbul de radiatie (elementele de structura fiind elemente de inmagazinare )
-Elementele de acumulare de culoare intunecata absorb mai multa energie luminoasa .
– constructiile etajate sunt mai putin favorabile acumularii .
Succesiunea de etape urmarite in proiectare :
1. Alegerea amplasamentului in functie de topografie si de datele meteorologice .
2. Orientarea cladirii in functie de edificabilul invecinat .
3. Proiectarea unui anume tip de cladire in concordanta cu strategia solara aleasa (de castig maxim sau pierdere minima ).
Pentru o mai buna apreciere a necesarului de energie se prefera o preoiectare sistematica , cu posibilitatea reactualizarii solutiei prin feed-back ( concept>schita de proiect>proiect ).
Elemente de conformare :
-suprapunerea sau alaturarea volumelor contribuie la compactitatea cladirii ;
-amplasarea izolatiei termice transparente si raportul ei fata de peretii exteriori opaci influenteaza necesarul de energie calorica .
Inmagazinarea energiei solare :
Elemente primare de inmagazinare – sunt intalnite direct de razele de soare ce patrund in incapere . Regulile de dimensionare a acestora sunt : suprafata tripla fata de cea aferenta de ferestra , grosime minima 10-20 cm , finisaj de grosime minima .

Elemente secundare de inmagazinare – nu sunt intalnite direct de radiatia solara , incalzindu-se in urma transportului de caldura prin incalzirea aerului .

Prin radiatie calorica se pierde cca. 60% din caldura . Prin prevederea unei suprefete reflectante radiatia calorica a incaperii va fi reflectata in interior . Convectia se accentueaza .
Cazul particular al locuintei mansardate
Orientarea N-S e cea mai favorabila . Ferestrele orientate spre E sau V trebuie dimensionate minimal in functie de nevoia de lumina naturala . Suprafetele de fereastra inclinate sau orizontale sunt de evitat . Izolarea termica se calculeaza in functie de temperaturile extreme si nu de cele medii .In cazul utilizarii energiei solare pasive se prefera asocierea acesteia ventilarii nocturne si protectiei contra incalzirii prin parasolare .
Transmiterea caldurii prin diferitele tipuri de vitraj . Stratul de sticla e conductor termic . Izolarea termica e proportionala cu numarul de straturi de sticla , desi nu sticla in sine izoleaza ci aerul dintre foi . Transmisia de caldura variaza invers proportional acesteia . Raportul izolare/transmisie urmarit la o fereastra depinde de orientarea acesteia . La nord e necesara o buna izolare (pierdere minima) ; iar la sud se urmareste castigul maxim .
Dimensiunile suprafetelor vitrate depind de tipul constructiei ( masiva sau usoara ) situindu-se in general intre 50-70% din suprafata totala . Marirea suprafetei de sticla peste aceasta limita conduce la necesitatea unei surse de ventilatie suplimentare .
Conformarea ferstrelor e importanta prin aspectul ca o importanta pondere in suprafata acestora o au elementele de cadru (montanti si traverse) . Evitarea formarii puntilor termice in aceste puncte e vitala pentru functionarea sistemului . Elementele de umbrire impiedica si cedarea caldurii inmagazinate in exterior , constituindu-se astfel ca un baraj dubludirectionat .

Sere
Desi de multe ori introduse in proiect sub pretextul ca servesc castigului de energie solara pasiva, serele conduc la un castig de energie redus in raport cu cel realizat de fereastra solara , de exemplu .
Castigul de caldura in cazul serelor e de 10-20% . Avantajul principal consta in aceea ca serele contribuie la acest castig prin acumulare indirecta si in perioadele cand nu exista radiatie solara disponibila .
Arhitectural , serele sporesc calitatea spatiului , si sunt ele insele locuibile in cea mai mare parte a anului. Timpul de utilizare depinde de calitatea vitrajului . Spre exterior e utilizat vitrajul simplu izolant, aspect asociat unei puternice separari a serei de spatiul locuibil . Sera lucreaza ca element de utilizare a energiei solare numai atunci cand exista aceasta separare dintre spatiul ei si spatiul locuibil dinapoia ei si cand exista posibilitatea de comunicare controlata a aerului din cele doua spatii prin orificii de aerisire care se inchid si se deschid corespunzator . Spatiul locuibil devine element secundar de inmagazinare .
Situatii energetice
– Acoperisul vitrat e caracterizat printr-o proasta izolare termica , pierderi de caldura sau incingere la partea superioara .
– La nord sera are numai rol de tampon de diminuare a pierderilor de caldura prin transmisie . La sud schimbul de aer dintre sera si spatiul locuibil contribuie la climatizarea celui din urma .
– Elemente de inmagazinare pot fi pardoseala de piatra si peretele masiv , grosimea finisajului diminuind capacitatea de acumulare .
– Ventilarea se realizeaza prin circulatia transversala a aerului de jos in sus . La distanta de cca. 1,80m efectul de horn se face simtit si in spatiile vitrate . Caile de admisie/evacuare a aerului pot fi : usi sau ferestre , ferestre saiba , pereti plianti , clape de ventilare si chiar instalatii de ventilare mecanica .
– Protectia solara prin umbrire se bazeaza pe principiul evitarii transformarii radiatiei solare in caldura prin reflectarea acesteia.Umbrirea laterala ca urmare a conformarii constructiei nu e efectiva la est si vest . Exista sticla speciala care prin marirea reflexiei diminueaza transmisia .
– O problema speciala o ridica condensul in cazul introducerii vegetatiei (umiditatea creste) . Efectul de horn e binevenit in acest caz .

Atrium
Atriumul este o curte interioara vitrata la partea superioara . Ca hol interior al unei cladiri contribuie la o mai buna exploatare a luminii naturale , constituind in acelasi timp si un spatiu de locuit suplimentar .
Supraincalzirea pe timpul verii poate fi evitata prin ventilarea prin efect de horn . Sistemul de umbrire precum si finisarea in culori deschise a peretilor atriului servesc aceluiasi scop . Pe timpul iernii aerul incalzit in atrium prin efect de sera poate fi utilizat pentru incalzirea restului spatiilor .

Sisteme active
Colectori solari
Generalitati
Exista doua moduri esential diferite de utilizare activa a energiei solare :
– sistemele termice
– fotovoltaica .
Pierderile termice se datoreaza faptului ca elementul absorbant are o temperatura ridicata „saturata” refuzand asimilarea simultana a intregii cantitati de caldura rezultata din transformarea energiei luminoase in energie calorica . Pierderile optice rezulta din reflexii la suprafata elementului reflector respectiv absorbant . Gradul de inclinare e determinant pentru randament . Prin murdarire se pierde 10% din energia absorbita . In caz de ploaie apare fenomenul autospalarii .
Randamentul de utilizare
=Qutilizabil/Qsolar =(Qcastigata-Qpierduta)/Qsolar
=[Ix x xA-K(Tcolector-Tmediu)]xA/IxA
=Kox x -Kx T/I
unde :
I =radiatia solara perpendiculara
=transmisiozitatea vitrajului
A=suprafata absorbanta
Ko=factor colector pentru unghiul de inclinare
T=pierderi de temperatura
=absorbant
x =randament optic (masoara calitatea elementului absorbant)
=puterea utilizata/puterea energiei solare cu care vine in contact
K-depinde de temperatura (odata cu cresterea temperaturii cresc pierderile de caldura si scade energia utilizata)
K si randamentul optic descriu calitatea colectorului .
Calitatea colectorului e diminuata prin patrunderea directa a aerului rece din exterior in colector . E utilizat in cazurile in care aerul incalzit respectiv e necesitat in cladire . Intrucat mediul purtator de caldura are o viteza sporita de deplasare , caldura generata e intr-o cantitate redusa . Avantajul consta in posibilitatea obtinerii unor temperaturi ridicate si in cazul unor temperaturi exterioare scazute . Aerul ramane insa un slab purtator de caldura iar punerea in circulatie a aerului ridica costul in utilizare .
Pentru randamentul colectorului e determinanta marimea acestuia . Vara supraincalzirea e evitata prin utilizarea caldurii acumulate la prepararea apei calde .
Eficienta e satisfacatoare numai in cazul instalatiei solare de preparare a apei calde ( =50%) .Randamentul creste odata cu suprafata colectoare . Cand randamentul scade sub 30-35% instalatia e ineficienta . Costurile de inmagazinare depind de specificul situatiei , variatiile de temperatura si de randament .
Acoperisurile pot fi special conformate pentru integrarea colectorilor , in general prin prefabricarea unor parti de acoperis .
Aporturile la pretul total sunt – campul colector 36%
– montaj 30%
– elementul de inmagazinare 27%
Climatizare
Instalatiile de climatizare pot fi :
– masini de racire cu compresiune (folosesc si energia electrica)
– masini de racire cu absorbtie (folosesc caldura – poate fi generata de instalatii cu tuburi de vid)
Sisteme fotovoltaice
Generalitati
Celulele sunt legate in serie sau in paralel formand module . Un modul poate alimenta o baterie . Legarea in serie e mai dezavantajoasa intrucat in cazul functionarii defectuoase a unei celule intregul sistem e periclitat .
Modulul solar genereaza un curent continuu . Elementul e legat in serie cu un transformator al curentului continuu in curent alternativ (pentru consumatori) . Randamentul instalatiei e = Pelectrica/I

Integrarea in cladire
In calitatea lor de parti de constructie electrice instalatiile fotovoltaice necesita o protectie speciala . Instalatia fotovoltaica nu poate fi pur si simplu deconectata pentru ca lumina difuza are un aport continuu la generarea de curent continuu .
Fatada trebuie sa fie rezistenta la intemperii .
Amplasamentul celulelor fotovoltaice e de dorit cat mai apropiat de zonele din interiorul cladirii unde curentul electric e mai folosit .
Modulele pot fi conformate si ca elemente de umbrire . Montarea oblica a acestora contribuie la o mai buna orientare in raport cu directia razelor de soare . Se cere acordarea unei atentii sporite astfel incat elementele sa nu se umbreasca reciproc . Nu e permis ca montantii si reliefurile fatadei sa umbreasca total sau partial modulele fotovoltaice . Elementele de cadru ale modulelor trebuie conformate corespunzator aceleiasi exigente .
Cand celulele fotovoltaice nu depasesc o anumita grosime , modulele fotovoltaice pot fi integrate in structura unui perete exterior transparent .
Sistemul fotovoltaic poate fi cuplat la o retea electrica sau autonom ca o baterie de acumulare pentru aparate mici .
1.Captator solar
2.Planseu incalzit
Sisteme functionale 3.grup de regularizare
4.Chodiera

Avantaje si servituti

Abordarea “solara” a unui program de arhitectura sau – la scara mai mare – rezolvare de urbanism, ridica o serie de conditii specifice. Din analizarea acestor conditii pot fi extrase avantajele si servitutile acestui sistem. Avantajele energetice – economice si ecologice – sunt relativ evidente, fiind punctul de pornire al acestei abordari. Care sunt insa conditiile care trebuie luate in calcul in momentul inceperii unui astfel de proiect?

– Suprafata de captare (cat mai mare) trebuie sa fie orien¬tata catre sud. Aceasta ar putea insemna o oarecare rigidi¬tate a rezolvarilor functionale si de detaliu ale acestor constructii

– Aceasta suprafata va fi cat mai opaca, insorirea incaperilor fiind realizata prin fatadele de est sau vest.

– Suprafata de captare trebuie sa aiba o inclinatie optima, in functie de cativa factori: latitudine. perioada de functionare si evident sistemul de captare, factori specifici fiecarui amplasament. Apare astfel necesitatea studierii unor noi solutii ingineresti de structura, dar si de rezolvare a instalatiilor sanitare.

– Pierderile de caldura prin intermediul peretiior exteriori trebuie sa fie cat mai reduse, de aici necesitatea amplasarii serviciilor pe fatadele de nord, reducandu-se totodata suprafetele acestora. Conceptia corecta a casei solare este, de aceea, legata de reanalizarea volumetriei si de studierea unor noi rezolvari functionale, rational concepute si din punct de vedere termoenergetic.

– In functie de tipul de conversie adoptat, trebuie gasite noi rezolvari de detaliu, utilizand materialele noi sau tehnologii de punere in opera moderne a materialelor traditionale.

– lnstalatiile de incalzire ale volumului construit se caracte¬rizeaza pnintr-un consum de energie termica la o tempera¬tura cat mai apropiata de temperatura de confort (26vara si 21 iarna).

– Casele solare trebuie sa beneficieze de un sistem de recu¬perare a caldurii continute de fluidele evacuate (aer viciat, ape menajere uzate), ceea ce duce la aparitia unor alcatuiri noi ale elementelor constitutive structurale si nestructurale ale cladirii.

– Volumetria si imaginea de ansamblu a constructiilor vor purta evident amprenta instalatiilor solare, dar plastica arhi¬tecturala este un subiect care necesita o abordare mult mai ampla.

Concluzii

Constructia solara ramane aparent mai scumpa decat casa traditionala, dar in timp investitia initiala va fi amortizata si costurile de intretinere vor fi considerabil mai mici. Conditiile impuse de orientare, de opacitate si de inclinare a fatadeIor captoare justifica o serie de intrebari. Oare nu vor fi monotone noile ansambluri solare? Nu vor fi lipsite de personalitate? Regulamentul de constructie “solar” nu va duce la mari pierderi de teren?
Experienta occidentala a demonstrat ca s-au gasit rezolvari arhitecturale spectaculoase. Prin folosirea combinata a sis¬temelor concentratoare, a sistemelor heliocaptatoare plane, prin tratarea oniginala a volumelor, noile constructii solare se caracterizeaza. printr-o prezenta plina de personalitate. Este cert, constructia bioclimatica ofera noi posibilitati de desfasurare a dialogului dintre arhitect si materialul de con¬structie. Un dialog deschis. care, datorita. conditiilor de clima variabile, nu poate avea reglementari general valabile. Nu trebuie neglijat nici faptul ca principiile generale de proiectare se dezvolta continuu, fiind intr-o transformare permanenta. Regulile de proiectare trebuie luate ca orienta¬tive, iar pe masura ce primim noi si noi informatii, solutia tehnica dar si arhitecturala, se poate modifica


 
Fizica constructiilor - Referat




Daca ti-a placut acest articol nu uita sa te abonezi la feedul RSS!

0 Comentarii

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

*