Eficienta Energetica in Constructii

CFLs

Material educativ pentru implemantarea masurilor de eficienta energetica in scoli.

Introducere

In aceasta lucrare ne vom referi la principalul rol al unei clădiri si anume acela de a asigura un mediu sănătos, plăcut şi confortabil, cât mai puţin dependent de condiţiile exterioare, în special de cele meteorologice şi acustice, satisfacerea acestor exigenţe, legată direct de consumul de energie, reprezentand un factor important in proiectarea constructiilor.

Energia utilizată în exploatarea clădirilor este destinată realizării unui mediu interior corespunzator, respectiv încălzirii în perioada rece a anului, răcirii în perioada caldă, iluminatului şi ventilării.

Cercetările orientate în direcţia identificării unor strategii şi mijloace de rezolvare a problemelor energetice şi, mai recent, a celor de mediune arata faptul ca este pe deplin posibilă obtinerea unei bune calitati arhitecturale, a unui mediu interior agreabil, confortabil şi sănătos şi a unui consum de energie redus.

Calitatea mediului interior, factor determinant în ceea ce priveşte sănătatea şi starea de bine a ocupanţilor unei clădiri, este determinată de compoziţia aerului şi de confort. Percepţia nivelului de confort implică un anumit grad de subiectivism, dar în acelaşi timp este rezultatul acţiunii simultane a unor factori obiectivi, cuantificabili, de ordin arhitectural, constructiv sau de exploatare.

I) Notiuni despre confort

În concordanţă cu tipul principalelor informaţii primite din mediul ambiant, confortul în general presupune confort, termic, vizual şi acustic. Percepţia nivelului de confort implică un anumit grad de subiectivism, dar în acelaşi timp este rezultatul acţiunii simultane a unor factori obiectivi, cuantificabili, de ordin arhitectural, constructiv sau de exploatare.

Dacă asigurarea confortului acustic nu este direct legată de factorul energetic, asigurarea confortului termic şi vizual pe întreaga durată a anului necesită un anumit consum energetic pentru încălzire, climatizare, iluminat.

Confortul termic se realizează prin:

asigurarea unei temperaturi operative medii, ca rezultantă a temperaturii aerului, a suprafeţelor delimitatoare, a umidităţii şi vitezei de mişcare a aerului, în concordanţă cu natura activităţii şi îmbrăcămintea ocupanţilor;

limitarea asimetriei temperaturilor radiante şi a gradienţilor de temperatură la valori acceptabile;

evitarea situaţiilor în care ocupanţii vin în contact cu suprafeţe prea reci sau prea calde;

evitarea curenţilor de aer (limitarea vitezei de mişcare a aerului);

Aceste exigenţe se cer a fi îndeplinite de-a lungul intregului an, atât în condiţii de iarnă, cât şi în cele de vară.

Confortul vizual este obţinut prin asigurarea unui iluminat adaptat activităţii în câmpul vizual, evitând contrastele foarte pronunţate, mai ales orbirea. Iluminatul natural este confortabil în măsura în care intensitatea sa poate fi controlată.

Confortul acustic poate fi asigurat prin evitarea zgomotelor jenante, prin reducerea intensităţii acestora la sursă sau prin izolare acustică la zgomote aeriene sau de impact. Nivelul de zgomot normat admisibil are valori corelate cu natura activităţii care se desfăşoară într-un anumit spaţiu ( activitate intelectuală, odihnă, îngrijirea sănătăţii etc.)

II) Strategii şi mijloace de realizare a mediului interior sănătos şi confortabil cu consumuri reduse de energie

Reducerea consumurilor energetice necesare unui mediu interior sănătos şi confortabil poate fi obţinută prin aplicarea unor măsuri pasive, asociate unor consumuri energetice minime, integrate în concepţia arhitecturală şi constructivă a clădirii. De exemplu, instalaţiile de ventilare mecanică sau de climatizare, care corect concepute şi exploatate ar putea contribui la asigurarea unui mediu sănătos şi confortabil, se încadrează în categoria măsurilor active, pe când protecţia termică sau ventilarea controlată sunt măsuri pasive.

În general, măsurile de asigurare a confortului termic cu consumuri reduse, cu anumite excepţii, contribuie la (sau nu afectează) calitatea aerului.

Una din măsurile care intervine în satisfacerea ambelor categorii de exigenţe, în anumite situaţii în mod contradictoriu, este ventilarea, care redusă sub un anumit nivel în scopul economisirii energiei, devine insuficientă din punct de vedere a calităţii aerului sau a riscului de condens.

Izolarea termică a anvelopei cladirii

Presupune utilizarea raţională în alcătuirea anvelopei unei clădiri, a unor materiale care împiedică transmiterea căldurii interior-exterior (iarna) si exterior-interior (vara).

Materialele folosite în mod curent pentru izolare termică au conductivitatea termică şi densitatea reduse, sunt de natură organică sau anorganică şi se prezintă sub formă de plăci, blocuri, saltele etc. Proprietăţile lor şi domeniile de aplicabilitate sunt în general bine cunoscute, ca şi soluţiile constructive în a căror alcătuire sunt incluse: structuri omogene uşoare, structuri stratificate compacte, structuri ventilate, acoperişuri verzi, pereţi cu izolaţie transparentă etc.:

Eficienţa izolaţiei termice presupune continuitatea sa pe întreaga suprafaţă a anvelopei. Orice discontinuitate fizică sau geometrică generează o punte termică caracterizată prin pierderi de căldură suplimentare şi risc de condens şi inconfort. Aceste punţi termice trebuie evitate pe cât posibil sau tratate de o manieră corespunzătoare atunci când nu pot fi evitate.

Forma şi orientarea clădirii

Suprafaţa de contact între clădire şi mediul exterior influenţează atât pierderile cât şi aporturile de căldură. O suprafaţă exterioară cât mai mică sporeşte eficienţa termoizolării, indicele de compactitate fiind unul din parametrii importanţi în stabilirea indicatorilor energetici.

Suprafeţele vitrate corect dimensionate şi orientate contribuie la reducerea pierderilor de căldură şi valorificarea aporturilor solare

Orientarea judicioasă în raport cu vânturile dominante şi punctele cardinale este importantă pentru controlul infiltraţiilor de aer şi pentru asigurarea unui traseu convenabil de circulaţie a aerului pe timpul verii în scopul climatizării spaţiilor.

Inerţia şi masa termică

Inerţia termică reprezintă capacitatea clădirii de a menţine o temperatură interioară cât mai apropiată de valoarea medie exterioară în absenţa unei surse de încălzire sau răcire. Aceasta reflectă capacitatea anvelopei şi a elementelor de compartimentare de a amortiza şi defaza în timp oscilaţiile temperaturii exterioare şi ale fluxurilor generate de radiaţia solară şi aporturile din utilizare.

Ventilarea

Rolul ventilării este complex, constând atât în reîmprospătarea aerului, prin evacuarea aerului interior viciat şi înlocuirea cu aer proaspăt, cât şi în asigurarea confortului, în special în condiţii de vară. Cerinţele de economisire a energiei, precum şi neajunsurile de alt ordin legate de ventilarea mecanică şi mai ales de condiţionarea aerului, au determinat o reorientare spre ventilarea naturală controlată, nu numai în cazul locuinţelor cat şi in cel al clădirilor publice, multietajate.

Avantajele climatice ale solului

Masa termică importantă a solului determină o atenuare progresivă a variaţiilor diurne şi anuale ale temperaturii aerului exterior cu adâncimea, însoţită de o defazare în timp. Acestea pot fi valorificate la realizarea construcţiilor subterane sau parţial îngropate, la concepţia şi realizarea sistemelor de stocare sezonieră a energiei solare precum şi a unor sisteme de preîncălzire/prerăcire a aerului proaspăt introdus în clădiri prin procesul de ventilare.


Valorificarea energiei solare

Sistemele pasive de valorificare a energiei solare constând în spaţii de tip seră, pereţi cu efect de seră, faţade solare de diverse tipuri etc., au pătruns în vocabularul de bază al arhitecturii contemporane. Funcţionarea lor se bazează pe efectul de seră, inerţia termică, circulaţia aerului prin convecţie termică naturală. Valorificarea acestor principii a avut ca rezultat elaborarea unor soluţii şi sisteme complexe bazate pe cumularea mai multor efecte şi integrarea lor în concepţia arhitecturală generală. Sistemele pasive de valorificare a energiei solare asociate cu sisteme de preluare a căldurii din aerul viciat,sistemele de condiţionare a aerului prin folosirea unor schimbătoare de căldură sol – aer, sau sisteme evaporative de răcire pentru condiţii de vară conduc la importante economii de energie în cadrul unor clădiri ecologice, cu reale calităţi de adaptare la fluctuaţiile parametrilor mediului exterior.

Progresele tehnologice în domeniul materialelor şi produselor de construcţii oferă proiectanţilor soluţii tehnice complexe, cu eficienţă ridicată cum sunt: termoizolaţiile transparente, geamuri termoizolante cu proprietăţi optic selective, faţade active implicate în ventilarea spaţiilor etc.

Reducerea energiei pentru iluminat

Reducerea cantităţii de energie pentru iluminat implică prelungirea duratei de utilizare a luminii de zi, ceea ce se obţine în special prin măsuri de ordin arhitectural: adoptarea formei şi dimensiunilor optime pentru ferestre, evitarea obstrucţionării ferestrelor de către copaci, instalaţii sau clădiri, colorarea suprafeţelor opuse ferestrelor în nuanţe deschise, reflectorizante, evazarea golului de fereastră spre exterior pentru a mări suprafaţa de cer vizibil. In acest fel se obţine o uniformizare a iluminatului şi o scurtare a duratei de utilizare a luminii artificiale.


III) Punti termice – pierderi de caldura

In cele ce urmeaza, ne vom referi mai indeaproape la notiunea de punte termica.

Puntea termica este acea suprafata, unde intra in contact doua materiale ale caror capacitati de retinere a caldurii sunt diferite, avand loc o pierdere de caldura.

Stiind ca posibilitatile de retinere a caldurii sunt date si de grosimea materialului, puntea termica poate sa apara la elementele de inchidere alcatuite din acelasi material care are variatii de grosime.

De regula, atunci cand construim suntem nevoiti sa utilizam materiale diferite avand rezistente termice diferite, unele fiind mai bune izolatoare, altele mai putin.

Puntile termice se formeaza si in acele locuri unde este intrerupta termoizolatia, permitand pierderea de caldura prin acele locuri.

Aceste punti termice cu pierderi de caldura semnificativa se formeaza la elementele care compun peretele exterior al casei, de exemplu: contactul dintre tocul ferestrei si buiandrugul de beton, la buiandrugii de beton care nu sunt protejati termic( in aceasta situatie este posibila si aparitia fenomenului de condens).

Puntile termice favorizeaza variatii de temperatura, variatii care afecteaza in mod negativ comportarea in timp a materialelor ce compun elementul de inchidere.

Prin aceste punti termice se recomanda reducerea pe cat posibil a suprafetelor neprotejate termic, care sunt in contact direct cu exteriorul.

Puntile termice sunt direct influentate de raportul dintre latimea puntii termice si grosimea elementului de separare. Cu cat latimea puntii este mai mare, cu atat si pierderea de caldura este mai mare.

Pentru evitarea formarii puntilor termice, se recomanda reducerea pe cat posibil a latimii elementului care favorizeaza formarea acestora si dispunerea spre interior a stratului principal cu masa mare.

Reducerea aparitiei puntilor termice se mai poate face prin prevederea de materiale termoizolante la intersectia dintre doua elemente care au rezistente termice diferite, evitandu-se astfel si formarea elementului de condens.

IV) Ferestrele

Ferestrele au un aport esential la eficienta energetica a unei case – pana la 30% din caldura pierduta dintr-o casa este pierduta datorita ferestrelor. Asadar, ferestrele si alte suprafete vitrate au un impact major asupra eficientei anvelopei cladirii. Daca nu sunt corect proiectate si realizate, permit un nedorit transfer termic catre exterior, in caz contrar contribuind la asigurarea confortului anual al locuintei.

Ferestrele asigura iluminatul natural, ventilarea, controlul zgomotului, securitatea si, nu in ultimul rand, privelistea.

Acumularea si pierderea de caldura intr-o casa bine izolata se manifesta predominant prin suprafetele vitrate. Intr-o camera medie cu expunere sudica, acumularea de caldura din timpul verii echivaleaza cu energia calorica radiata de un calorifer obisnuit. In timpul iernii, prin aceeasi fereastra se pierde de peste 10 ori mai multa caldura decat prin suprafata echivalenta a unuia din peretii exteriori izolati.

Cu ferestre bine proiectate pasiv se poate acumula caldura in timpul iernii si respinge in timpul verii. Ele admit curentii naturali de racire si se opun vanturilor puternice care sufla iarna.

Alegerea unor ferestre eficiente energetic, pozitionarea lor adecvata si umbrirea pasiva reprezinta o investitie eficienta care va mentine casa confortabila, linistita si economica tot timpul anului. Aceasta investitie suplimentara este rapid amortizata de economiile realizate ca urmare a reducerii consumurilor energetice. O alegere proasta si o proiectare neglijenta va condamna, pana la prima renovare, la cheltuieli suplimentare.

Geamurile

Oferta de geamuri este foarte mare. Alegerea sticlei adecvate este un factor major care determina nu numai eficienta energetica a ferestrei, ci si alte aspecte ca permeabilitatea la lumina si la zgomot, respectiv, securitatea.

soareSticla pentru geamuri este, in general, clasificata ca absorbanta si reflexiva. Radiatia solara care nu este reflectata sau absorbita, este transmisa prin fereastra.

Sticla inchisa la culoare este cel mai comun tip de sticla absorbanta. Ea actioneaza dupa principiul ochelarilor de soare: reduce radiatia solara care intra in casa, ajutand la mentinerea unei temperaturi confortabile vara.

Sticla reflexiva este tratata cu acoperiri care, in functie de rezistenta, se aplica la interiorul sau exteriorul ferestrei.

Sticla reflexiva spectral este de regula folosita la fatadele vestice, acolo unde sunt prioritare controlul solar si al luminii naturale.

Sticla cu emisie redusa (low-e) are o acoperire care reduce cantitatea de energie cu lungime de unda mare (infrarosii) ce paraseste casa prin ferestre.

Polimerii pot substitui, din ce in ce mai bine sticla, deocamdata in anumite aplicatii ca ferestre translucide sau iluminatoare de acoperis. Mai pot fi inclusi in materiale composite.

Geamul dublu asigura o izolatie termica mai mare. El consta in doua fete de sticla etansate pe contur. Spatiul dintre ele poate fi umplut cu aer sau, si mai bine, cu un gaz inert cu proprietati termice mai bune ca ale aerului si sticlei (argon).

geamPerformantele termice pentru spatiul umplut cu aer ating un maxim atunci cand acesta masoara cca. 12 mm. Atunci cand se doreste ca geamul astfel conceput sa controleze si nivelul zgomotgolui este necesar un spatiu mai mare, dar in detrimentul aptitudinilor termice.

Pentru a obtine cele mai bune performante , sticla pentru controlul solar trebuie amplasata la exteriorul ferestrei, iar cea pentru emisia redusa la interior. Sticla ce controleaza soarele previne patrunderea radiatiei solare nedorite, iar sticla low-e reduce pierderea de caldura din interior. Sticla low-e blocheaza si caldura radiata de sticla exterioara cand aceasta se incalzeste excesiv.

Alternativa ieftina a unui geam conventional dublu este utilizarea unei membrane subtiri, flexibile si cu transparenta buna de polietilena in locul sticlei interioare . Membrana se aplica printr-un procedeu special, dar nu foarte complicat, utilizand o banda de fixare pe cadrul ferestrei care se aplica umezita si se usuca cu un uscator de par, de exemplu. Acest sistem inlocuieste cel mai performant sistem sticla-dubla mentionat pana aici, dar cu un pret mai mic. Intre altele, acest sistem se utilizeaza si la colectoarele solare tip panou (flat).

Tamplaria

Tamplaria ferestrei ocupa locul secund in ceea ce priveste impactul energetic al suprafetelor vitrate asupra cladirii.

Tamplaria din aluminiu este usoara, rigida, durabila si facil de imbinat in forme complexe, dar materialul este un bun conducator de caldura si atunci poate reduce performantele ferestrei cu pana la 30%. Pe de alta parte aluminiul este un material foarte costisitor, deoarece pentru producerea lui se consuma foarte multa energie (incorporeaza multa energie). Din acest motiv el ar trebui folost in alte aplicatii, unde efectiv nu are inlocuitori pe masura. Nefiind biodegradabila, tamplaria de aluminiu trebuie reciclata dupa consumarea duratei de viata normala in scopul reducerii impactului de mediu.

Pentru reducerea conductivitatii termice se utilizeaza, in cazul tamplariei de aluminiu, barierele termice. Bariera termica separa tamplaria in doua piese, interioara si exterioara, prin intermediul unui material cu conductivitate redusa.

Tamplaria de lemn izoleaza mai bine termic, dar presupune mai multa intretinere in comparatie cu cea din aluminiu. Tamplaria de lemn se dilata si se contracta, urmarind variatiile de temperatura. In plus tolerantele sale sunt mai mari decat cele realizate de aluminiu.

Tamplaria din PVC are proprietati termice similare celei de lemn si intretinere similara celei de aluminiu. Solicitati numai tamplarie PVC de calitate superioara pentru a evita deformarea ei in timp.

Recent a fost introdusa tamplaria din poliester armat cu fibre care, din punct de vedere termic, este cel mai eficient material.

Tamplaria din material compozit este, de asemenea, disponibila. Este alcatuita din doua piese, aluminiu la exterior si lemn/PVC la interior. Evident, performantele ei termice se alfa undeva intre aluminiu si lemn/PVC.

In principiu, avand in vedere conditiile climatice din tara noastra, ferestrele trebuie proiectate sa retina caldura in interior.

Selectarea ferestrelor este un principiu important de proiectare pasiva. Sticla este un foarte bun conducator de caldura, permitand fluxului de caldura sa o strabata cu usurinta. Aceasta proprietate trebuie tratata foarte atent in cadrul unei proiectari ingrijite.

Performanta termica a ferestrei este caracterizata de coeficientul de transfer termic U.

Cu cat valoarea U este mai mica, cu atat fereastra este mai performanta termic. Dublarea geamurilor si tratarea sticlei reduc valoarea U (geam termopan) . Este important sa folosim ferestre cu o valoare U cat mai mica, pentru a retine caldura in interior.

Suprafetele formate din geamuri simple, neprotejate, formate dintr-un singur strat de sticla pierd de aproape 20 de ori mai multa caldura decat aceeasi suprafata formata dintr-un perete termoizolat. Sticla simpla, neprotejata, creeaza trei probleme majore in timpul iernii: pierderea de caldura, disconfortul si condensul. O protectie potrivita poate reduce pierderea de caldura la aproape 50%, ajutand astfel la economisirea energiei.

Prin asigurarea unui strat de aer “statator” intre fereastra si camera incalzita, efectele pierderii de caldura, disconfort si condens pot fi considerabil reduse.

draperieIzolarea la interior a ferestrelor poate reduce semnificativ pierderea de caldura iarna. Cele mai bune sunt draperiile din tesatura bine inchise si galeriile lipite de peretele exterior. Draperiile sunt bune si vara, deoarece protejeaza impotriva supraincalzirii, mai ales daca au o acoperire reflectorizanta. Draperiile trebuie bine fixate atat sus cat si jos pentru a preveni patrunderea aerului cald din incapere in spatele acesteia, racirea si patrunderea din nou in interior prin partea de jos. Exista alte multe cai, in principiu, asemanatoare pentru a reduce pierderea de caldura din zona ferestrelor. Folosirea draperiilor reprezinta o metoda efectiva de a “izola” ferestrele si de a impiedica pierderea de caldura in timpul noptii. Draperiile pot asigura o protectie suplimentara si pe timpul verii, mai ales atunci cand sunt facute dintr-un material reflectorizant, si, de ce nu, pot asigura intimitatea.

Folosirea jaluzelelor interioare de tipul roman sau olandez, montate la dimensiunile potrivite, executate din materiale avand la baza lana texturata pot reduce transferal termic in timpul noptii. La fel ca si draperiile, asigura o protectie suplimentara in timpul zilelor calde de vara atunci cand sunt coborate.

Obloanele izolate pot fi folosite atat la interior cat si la exterior si trebuie sa fie montate corespunzator pe cadrul ferestrei, formand o perna de aer etansat. Obloanele, in special cele exterioare, pot asigura umbra si astfel reduc cresterea caldurii in camera.

In timpul verii , o buna umbrire pasiva poate reduce temperatura din vecinatatea ferestrei si fluxul termic care o strabate. Principalul rol al dispozitivelor de umbrire este de a preveni trecerea prin fereastra a radiatiilor solare directe sau indirecte. Coeficientul de acumulare termica sau umbrire este o masura a controlului termic al ferestrei. In climatul tarii noastre sau pentru orientari vestice sunt recomandate ferestre cu un coeficient redus de acumulare termica.

Coeficientul de acumulare termica poate ajuta la incalzirea casei iarna, dar vara este de dorit ca el sa micsoreze caldura absorbita. Castigul termic solar poate fi controlat prin orientare si umbrire si/sau gemuri adecvate.

Transmiterea luminii

O proiectare ingrijita si o amplasare buna maximizeaza iluminarea naturala. O lumina naturala stralucitoare intretine starea de sanatate si buna dispozitie, reducand si iluminatul electric.

Lumina naturala asigura o buna perceptie a culorilor si texturilor materialelor, fiind preferata de aproape toate plantele de interior.

Transmitanta unei ferestre este o masura a cantitatii de lumina transmisa prin sticla. O valoare mare a transmitantei este de dorit pentru a maximiza iluminatul si privelistea, dar contravine necesitatii de control al radiatiei solare.

Iluminatul natural difuz este in general cel mai indicat pentru asigurarea uniformitatii iluminarii unei camere si evitarea stralucirii. Luminatoarele de acoperis sunt foarte eficiente, mai ales daca se foloseste sticla avansata tehnologic.

Asigurarea ventilatiei este o functie importanta a ferestrelor. Ea depinde de amplasamentul ferestrei, marimea deschiderii si forma cadrului tamplariei.

Ventilatia transversala este de aproximativ 5 ori mai eficienta decat ventilatia pe o singura parte si favorizeaza miscarea convectiva a aerului in interiorul casei.

Pentru reducerea zgomotului exterior cu frecvente mari sunt necesare ferestre duble cu sticla groasa, cu un spatiu de aproximativ 100 mm, dar aceasta valoare reduce performantele termice. Sticla laminata groasa este, de asemenea, buna pentru controlul zgomotului, dar are performante termice modeste.

Condensarea

Amebele fete de sticla ale unei ferestre eficiente energetic au temperaturi apropiate de cele adiacente reducand astfel fenomenul de condens impreuna cu celelalte efecte nedorite ale sale. In contrast, ferestrele lipsite de eficienta termica creaza diferente mari de temperatura intre temperatura din camera si sticla interioara, facilitand formarea condensului.

Ferestrele eficiente sunt etanse si contin un compus sicativ in bandajul inferior perforat pentru a elimina condensarea.

Ferestrele reprezinta elemente de constructie cu un pret ridicat. Costurile ferestrelor si incalzirii/racirii casei sunt strans legate. O investitie in ferestre eficiente energetic poate reduce drastic consumul de energie pentru incalzire/racire. Ferestrele eficiente energetic pot reduce, de asemenea, varfurile de incalzire/racire si pot reduce capacitatea sistemelor de incalzire/racire, conducand si la reducerea investitiei totale.

Autor: NARE2