echipare tehnico – edilitara ii arh. v – lucrĂri – surse
TRANSCRIPT
1
FACULTATEA DE CONSTRUCŢII,
CADASTRU ŞI ARHITECTURĂ
ECHIPARE TEHNICO – EDILITARA II
ARH. V
– LUCRĂRI –
SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE
Titular DISCIPLINĂ,
Prof.univ.dr.ing. GHEORGHE – CONSTANTIN IONESCU
– 2015 –
2
SCHIMBAREA LA FAŢĂ A CONSTRUCŢIILOR
Este greu de prezis ce produse, tehnologii sau sisteme vor deţine
supremaţia in urmatorii 10 ani, însa experţii în construcţii spun că
viitoarea criză a energiei va modela felul în care ne construim casa.
Guru managementului Peter Drucker spunea că cea mai bună
metodă de a vedea în viitor este de a-l crea tu însuţi. Acest tip de găndire
a stat la baza apariţiei iPhone-ului sau iPad-ului.
Consumatorii au diverse nevoi şi dorinţe şi în ceea ce priveşte
casele în care trăiesc. Este clar că neîncetata creştere a populaţiei globale
va duce la mărirea consumului de energie şi resurse naturale, printre care
petrolul sau apa. In acest context, industria se va îndrepta către
construirea de locuinţe care reduc consumul de energie.
Casele viitorului vor fi privite, nu ca o clădire la construcţia căruia
s-a pus o cărămidă peste alta, ci ca un sistem. Toate elementele casei vor
fi inter-conectate. Aşadar, dacă izolezi casa mai bine, vei avea un sistem
de încălzire, ventilare şi aer condiţionat mai mic.
Casa-sistem
Dacă instalaţiile vor fi construite calculat, factura la încălzire va fi
mai mică. Deşi aceste schimbări au fost "evanghelizate" de ani de zile,
constructorii nu le-au luat în seamă pănă acum. Poate pentru că nu au
avut nici sprijinul producătorilor de materiale de construcţie. Acum,
3
multe produse de acest fel sunt gândite ca nişte componente ale unui
sistem.
Energia solară devine accesibilă
Instalaţiile solare sunt acum scumpe şi nu foarte arătoase. Dar o
noua generaţie de acoperişuri solare vor elimina aceste incovenienţe.
Producătorii de acoperişuri cu tentă solară vor face sisteme mai
ieftine şi mai uşor de montat, instalându-se practic o dată cu
acoperişul. Integrarea acestora în acoperiş vor elimina şi problema
felului în care arată.
Boilerul hibrid
Deşi boilerele fără rezervor sunt foarte eficiente din punct de
vedere al eficienţei energetice, mulţi consumatori şi constructori încă
preferă unităţile tradiţionale.
În căţiva ani acest lucru se va schimba, devreme ce producatorii
scot deja pe piaţă produse hibride care ofera beneficiile combinate atat
ale celor două sisteme, cu şi fără bazin. Ce înseamnă asta? Vor incălzi
4
apa ca un boiler fără rezervor dar vor avea şi un mic container unde vor
stoca apa.
Deşeurile agricole, bune pentru casă
Trendul a început deja. În afară, nu puţini sunt proprietarii de
casă care au descoperit caracteristicile de izolare ale paielor. Acestea
pot dura de la căteva sute, pănă la mii de ani, cu condiţia să fie uscate.
Un balot căntăreşte între 20 şi 40 de kilograme, iar o casă de 186 de
metri pătraţi are nevoie de aproximativ 300 de baloti.
Sistemul de ventilaţie decentralizată cu recuperare de căldură
Aerul curat este important pentru ca oamenii să beneficieze de
confort în încăperi închise. Acesta este o premisă esenţială pentru
sănătate şi confort şi totodată pentru păstrarea substanţei clădirilor. În
decursul anilor, construcţiile au fost tot mai bine izolate pentru a evita
pierderile de căldură. Noile norme de eficienţă energetică impun tehnici
de construcţie care izolează tot mai bine clădirile. În prim plan stă
consumul de energie primară pentru încălzirea, respectiv prepararea apei
calde menajere la casele de locuit. Casele eficiente au o izolaţie termică
5
foarte bună iar casele pasive reduc la minim consumurile de energie
primară pentru nevoile de încălzire.
În cazul în care beneficiarul doreşte să se folosească de avantajele
unei ventilaţii controlate, atunci şi măsurile de izolare termică sunt în
general mai simple şi mai ieftin de realizat. Beneficiarul şi
arhitectul/proiectantul pot să decidă ei înşişi, care drum să-l urmeze în
realizarea cerinţelor legii.
■ Izolaţie termică
■ Tehnica cu temperaturi joase
■ Tehnica cu tiraj forţat
■ Tehnica cu pompe de căldură
■ Tehnica solară
■ Tehnica cu ventilaţia controlată
Distribuţia energiei şi stocarea ei
6
Tipuri de sisteme neconvenţionale
Instalaţii de încalzire solare
Energia Solară E rentabil să folosim energia solară pe post de energie alternativă la
energia clasică pentru că:
- e în totalitate gratuită;
- e o sursă de energie nepoluantă;
- teoretic, este inepuizabilă;
- oferă un confort deosebit. O bună dimesionare a sistemului de panouri
solare ne ajută să obţinem apa caldă (40-85 grade Celsius) pe tot
parcursul anului;
- soarele nu emite nicio factură pentru energia pe care o oferă.
Energia solară se referă la o sursă de energie regenerabila care este
direct produsă prin lumina şi radiaţia solară.
Aceasta poate fi folosită să:
- genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)
- genereze electricitate prin centrale electrice termale
- genereze electricitate prin turnuri solare
- încălzească apă şi să asigure un aport termic la încălzirea locuinţei pe
timp de iarnă
- incalzească blocuri, direct
- incalzească blocuri, prin cuptoare solare.
7
Principiul de funcţionare al
panourilor solare presurizate separate
Energia solară este captată în interiorul tubuliu vidat, unde este
transferată heat-pipe-ului de cupru. Căldura ajunge apoi în capătul
superior al sau, fiind preluată de catre agentul termic (antigel). Antigelul
o transportă la schimbătorul de căldură şi este preluată de către apa din
boiler. Apa incălzită poate fi apoi folosită ca apă caldă menajera sau
agent termic de încălzire. Operarea acestui tip de panou este asigurată de
controllerul electronic care comandă pornirea si oprirea pompei de
recilculare.
Panourile solare presurizate separate nu pot funcţiona independent.
Deoarece nu au un rezervor de stocare, ele trebuie conectate la un boiler
montat în zona de consum (in casa). Varianta de utilizare recomandată
este cea cu boiler bivalent, pompa de circulatie şi panou electronic de
comandă (regulator electronic dedicat). Toate acestea formează un sistem
complet.
8
Instalarea panourilor solare presurizate separate
Panourile solare presurizate separate se pot monta atăt pe o
suprafaţă plană (cu suportul din imagine), cât şi pe acoperișul casei,
folosind panta acoperișului pentru a obţine o inclinaţie de aproximativ 45
de grade necesară pentru că razele să cadă perpendicular pe tuburi.
Partea acoperisului, sau suprafaţa plană, unde se va monta panoul trebuie
să aibă o orientare sudică. Dacă această condiţie nu este indeplinită,
soarele nu işi va trimite razele pe panou pe tot parcursul zilei. Dacă
orientarea este sud-estică, atunci soarele va bate mai mult dimineaţa şi
după-amiază, iar daca orientarea este sud-vestică, soarele va bate mai
mult după-amiază şi seara.
În cazul montării pe acoperiş, fixarea se face prin intermediul unor
tălpi metalice, iar etanşarea se face cu garnituri de cauciuc şi silicon.
9
Avantajele folosirii panourilor presurizate separate:
- Funcţionează indiferent de temperatura exterioara, chiar si
iarna;
- Tuburile vidate oferă performaţe bune şi pe timp înnorat, fiind
capabile să capteze radiaţiile infraroşii care pătrund prin nori;
- Datorită izolaţiei foarte bună oferită de vid, panourile
funcţionează chiar pănă la -20 grade Celsius;
- Panoul funcţionează în continuare chiar dacă unul sau mai multe
tuburi se sparg;
- Tuburile avariate sunt uşor de schimbat;
- Oferă eficienţă energetică tot timpul anului şi asigură costuri zero
cu combustibili convenţionali pentru cel putin 5 luni pe an;
- Energia oferita de panouri este energie ecologică şi nu poluează
mediul inconjurator;
- Au cel mai bun raport calitate preţ de pe piaţă.
10
11
TUBURI VIDATE CONDUCTOARE
Tuburi vidate Tuburile vidate sunt produse din sticla borosilicat, avănd o
structură tub-in-tub. Spaţiul dintre cele două tuburi concentrice este vidat
pentru a îmbunătăţi proprietăţile termoizolante ale tubului din sticla. In
timpul funcţionării, interiorul tubului este plin cu apă care preia energia
solară încălzindu-se.
Avantaje: eficienţa ridicată, transfer termic imbunătăţit, cost redus şi
funcţionează la temperaturi păna la +2°C
12
Tuburi termice
Tuburile termice se folosesc pentru a transfera căldura de la un
corp cald la un corp rece. Tubul termic este o ţeavă din cupru sau alt
metal termoconductor, inchisă la ambele capete, care conţine un agent cu
schimbare de fază. Acest agent cu schimbare de fază este de fapt un fluid
care în anumite condiţii de presiune fierbe la o temperatură joasă
(25...30°C), trecănd din faza lichidă în faza gazoasă. Pentru a trece in
faza gazoasă, fluidul absoarbe o anumită cantitate de căldură numită
căldura latentă de vaporizare. Această cantitate de căldură va fi cedată la
trecerea inversă din faza gazoasă in faza lichidă. La tubul termic
schimbarea inversa de fază are loc la un capăt al său numit condensator.
Aici agentul cu schimbare de faza se condensează şi cedează căldura
absorbită la evaporare. In timpul funcţionarii tubului termic acest ciclu
are loc continuu, căldura fiind transferată de la corpul cald la corpul rece.
13
COLECTOARE CU TUBURI VIDATE SUPERCONDUCTOARE
SUPER HEAT
Acest tip de colector solar se utilizează la sistemele solare complexe
pentru producerea apei calde menajere pe tot parcursul anului şi pentru
aport la încalzirea locuinţelor. Este compus din tuburi vidate SCHMV
care funcţionează pe principiul tuburilor termice. Vidul din tuburile de
sticlă asigură o termoizolare eficientă, pierderile de temperatură fiind
eliminate aproape în totalitate.
Colectoarele solare pot fi legate în serie şi /sau în paralel. Astfel pot
fi folosite intr-o multitudine de aplicaţii pe scară largă.
Funcţionează indiferent de temperatura exterioară, chiar şi iarna la
temperaturi sever negative (-50° C), deoarece apa nu intră în tuburi, ci
este încalzită cu ajutorul unui schimbator de căldură aflat la partea
superioară a tubului. Dacă unul sau mai multe tuburi se sparg accidental,
sistemul funcţionează în continuare dar cu performanţă redusă.
14
Exemple de panouri solare
15
CÂMP DE HELIOSTATE
Exemple de panouri solare - TURNURI SOLARE
Parcul solar Torresol, Spania
20h/zi media de functionare anuală
24/7 media de funcționare pe timpul verii
2650 panouri de concentrare (oglinzi)
generează 110gw/h anual
16
Proiectul "Turnul solar"
Sursa: http://www.wentworth.nsw.gov.au/solartower/
17
Pompe de caldură
Pompele de caldură sunt centrale termice folosite pentru încălzirea
locuinţelor, a birourilor, a halelor de producţie, a blocurilor de
apartamente, etc. Funcţionează singure (înlocuiesc complet alte tipuri de
centrale termice) sau in tandem cu altă centrală termică cu combustibil
fosil, lichid sau gazos (sisteme monovalente, monoenergie, sau
bivalente).
Pentru încălzirea agentului termic şi a apei menajere folosesc
căldura mediului inconjurător, căldura pe care o captează folosind
echipamente clasice, alimentate cu energie electrică.
Practic, 25% din energia necesară încălzirii locuinţei este
energie electrică şi 75% este energie gratuită, captată din mediul
inconjurator.
Pompa de căldură oferă posibilitatea unei încălziri economice prin
utilizarea căldurii ecologice.
• Energie de acţionare (curent electric)
• Căldura ecologică (sol, apă, aer)
• Căldura pentru încălzire
18
Pompele de caldură folosesc energia mediului înconjurător pentru a
încălzi spaţiile dorite. Aceste centrale geotermale au nevoie de o cantitate
scăzută de energie electrică pentru a concentra ceea ce natura vă pune la
dispoziţie şi apoi pentru a încălzi sau răci interiorul clădirilor.
Coeficientul de performanţă al pompelor de căldură geotermale
este de 3,5 - 5,9 adică pentru fiecare unitate de energie electrică
introdusă în sistem se obţin 3,5 - 5,9 unităţi de energie termică în clădire
deoarece 2,5 - 4,9 unităţi de energie provin gratis din pământ, aer sau
apă.
PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE AL UNEI POMPE DE
CĂLDURĂ
Modul de funcţionare al pompei de căldură corespunde modului
de funcţionare al unui frigider. În cazul frigiderului, agentul de răcire
scoate căldură cu ajutorul vaporizatorului, iar prin intermediul
condensatorului aparatului, aceasta se transferă în încapere.
În cazul pompei de căldură, căldura se atrage din mediul
înconjurator (sol, apă, aer) şi se conduce la sistemul de încălzire.
Circuitul agregatului de răcire se realizează conform legilor fizicii.
Agentul de lucru, un lichid care atinge punctul de fierbere la o
19
temperatură redusă, se conduce într-un circuit şi consecutiv, se evaporă,
se comprimă, condensează şi se destinde.
Schema funcțională
20
1 – condensator, 2 – valvă, 3 – vaporizator,
4 - compresor
21
POMPE DE CĂLDURĂ AER-APĂ
PENTRU INCĂLZIREA-RĂCIREA LOCUINŢEI, INSTALATE IN
EXTERIOR SAU IN INTERIOR
Aerul este plin de energie calorică
Pompele de căldură Dimplex aer-apă folosesc ca surse de energie
căldura aerului din mediul inconjurător. Costurile de instalare ale acestor
sisteme sunt mai mici decăt ale celorlalte tipuri de pompe de căldură.
Performanţa maximă cu un nou agent refrigerant.
POMPE DE CĂLDURĂ SOL-APĂ PENTRU
INCĂLZIRE-RĂCIRE
Pompele de căldură pot funcţiona şi în modul reversibil: in timp ce
climatizează locuinţa produce apă caldă fără un consum suplimentar de
energie electrică. Pompele de căldură sol- apă au un coeficient de
performantă (COP) ridicat, pentru fiecare 1 kW energie electrică
consumată produc 4.1 - 4.6 kW energie termică pentru încălzirea
locuinţei.
22
23
PÂNZA FREATICĂ
Apa freatică este un bun acumulator pentru căldura solară.
Chiar şi în zilele reci de iarnă în apa freatică se menţine o
temperatură constantă de 7 pâna la 120C, ceea ce constituie un avantaj.
Datorita nivelului de temperatură constant al sursei de căldură, indicele
de putere al pompei de căldură se menţine ridicat de-a lungul întregului
an. Din pacate, apa freatică nu se găseşte în cantităţi suficiente în toate
zonele şi nu are o calitate corespunzătoare. Dar acolo unde condiţiile
permit, merită să se utilizeze acest sistem.
În cazul apelor freatice fără conţinut de oxigen, dar cu conţinut
ridicat de fier şi mangan se îngălbenesc puţurile. În aceste cazuri, apa
freatică nu trebuie să vină în contact cu aerul sau trebuie tratată
corespunzator.
În general, calitatea apei trebuie să corespundă valorilor limită
menţionate în normative, diferenţiată în funcţie de materialele folosite în
schimbătoarele de căldură (oţel inoxidabil şi cupru). Dacă se respectă
aceste valori limită, atunci funcţionarea puţurilor va fi fără probleme.
Utilizarea apei freatice trebuie aprobată de către organele
competente (de obicei Regia de apă). Pentru utilizarea căldurii trebuie
realizat un puţ aspirant şi un puţ absorbant (puţ drenant). Chiar şi lacurile
şi râurile sunt indicate pentru obţinerea de căldură, pentru că ele
24
acţionează de asemenea ca acumulatoare de căldură. În acest caz trebuie
proiectat un circuit intermediar.
POMPA DE CĂLDURĂ APĂ-APĂ PENTRU INCĂLZIRE-RĂCIRE
Pompele de căldură «apă – apă» asigură încălzirea confortabilă a
locuinţei ocupănd un minim de suprafaţă.
Folosesc ca sursă primara de energie apă freatică existentă în sol,
indiferent de calitatea ei. Ca schimbător de căldură primară se utilizează
un schimbător inovativ de tip spiralat fabricat din oţel inoxidabil
rezistent la coroziune, asigurănd o permanentă şi sigură operare.
Mod de funcţionare
Cei mai mulţi oameni au o pompă de căldură transformată în casă,
fără să ştie acest lucru. Frigiderul, respectiv lada frigorifică funcţionează
ca o pompă de căldură, doar că partea de utilizare este inversată.
25
În timp ce la frigider este utilizată partea "rece", la pompa de
căldură se utilizează în principal partea caldă. Pompa de căldură extrage
din mediul înconjurător - pământ, apă sau aer - căldura, o "pompează" la
un nivel mai mare de căldură şi transmite apoi căldura "mai mare" la un
sistem de încălzire. Aceasta se întâmplă întru-un circuit închis, în care
circulă un agent frigorific. Principalele componente ale acestui circuit
sunt vaporizatorul, compresorul, condensatorul şi ventilul de destindere.
26
POMPE DE CĂLDURĂ SOL-APĂ PENTRU INCĂLZIRE-RĂCIRE
27
Unul dintre cele mai profitabile atribute ale pompelor de căldură
sol-apă este faptul că eficiența lor poate fi îmbunătățită considerabil
folosind depozitare termică sezonieră. Căldura care este captată și stocată
în bănci termice, în timpul verii, poate fi recuperată eficient în timpul
iernii. Depozitarea crește eficienta de căldură scalar, astfel încât acest
avantaj este cel mai important/optim în sistemele de încălzire comerciale
sau de cartier.
Economia anuală a emisiilor de gaze cu efect de seră, prin folosirea
pompelor de căldură sol-apă, în locul arzătoarelor de înaltă eficiență,
într-o reședință (presupunând lipsa aprovizionării cu energie din surse
regenerabile).
Țara
Intensitatea
emisiei de
electricitate
Economia emisiilor de gaze cu efect de
seră
Gaz natural Ulei de
încălzire
Încălzire
electrică
Canada 223 ton/GWh 2.7 ton/an 5.3 ton/an 3.4 ton/an
Russia 351 ton/GWh 1.8 ton/an 4.4 ton/an 5.4 ton/an
US 676 ton/GWh -0.5 ton/an 2.2 ton/an 10.3 ton/an
China 839 ton/GWh -1.6 ton/an 1.0 ton/an 12.8 ton/an
28
POMPA DE CĂLDURĂ OCTOPUS – STÂLPUL DE GHEAŢĂ
Este un sistem care se bazează pe legile naturii şi care în acelaşi
timp poate folosi noua tehnologie - este un sistem actual şi de viitor.
Cu acest stâlp de gheaţă nu mai e nevoie de a face săpături sau
foraje. Acesta dă energia pentru încălzirea gazului din compresor, prin
profilele de aluminiu, care condensează umiditatea din aer, care în timp
se transformă în gheaţă.
Cu această pompă de căldură se pot încalzi: vile, case de vacanţă,
locale, ferme, etc, într-un mod mai economic, decât de exemplu,
combustibilii fosili, sau curent direct. Prin schimbătorul de căldură,
energia este transferată în sistemul de încalzire din casă.
De ce să ai un stâlp de gheaţă ?
• Cand tu ţi-ai instalat acest stâlp, doar reglezi temperatura care
doreşti să o ai în casă, în rest, stâlpul se întreţine singur, an dupa an.
• Cu acest stâlp de gheaţă, nu mai este necesar să îţi strici grădina,
săpând şanţuri pentru furtunul colector, sau plătind scump pentru
foraj.
• Stâlpul de gheaţă foloseşte doar forţele naturii când acesta se
îngheaţă. Stâlpul de gheaţă dă aceeaşi economie ca şi o altă pompă
de căldura cu spirale în pământ sau cu foraj.
• Construcţia lui este sigură, deoarece este foarte simplă.
• Stâlpul de gheaţă este doar dependent de un compresor.
Principiul de funcţionare
29
1. Vaporizator, pentru a face o soluţie să fiarbă şi să devină aburi, este
nevoie de căldură. Pompa Octopus, are un profil de aluminiu care are o
mare suprafaţă de captare a căldurii. Pe suprafaţa mare a profilului, se
condensează vaporii de umezeală din aerul de afară şi îngheaţă, devenind
gheaţă. În procesul condensării şi formarea gheţii, se emană o cantitate
de energie (caldură).
2. Compresor: când gazul din pompa de căldură captează această
energie, acesta fierbe şi se transformă în vapori, vaporii fiind apoi
comprimaţi în compresor, ridicând temperatura gazului foarte mult, cca.
85°C.
3. Condensor: pompa de căldură transferă energia ridicată din
compresor către condensor, care transferă această energie în sistemul de
încalzire (calorifere, spirale în pardoseală, etc.). Când gazul se
condensează (transformându-se din nou în stare lichidă), acesta emană
energia obţinută prin comprimare, către sistemul de încălzire.
4. Ventilul de expansiune: gazul condensat trece prin acest ventil pentru
a-şi reduce presiunea, trecând apoi din nou în vaporizator (unde se repetă
din nou acelaşi ciclu).
Acest captator de caldură construit din aluminiu, nu are părţi
componente mobile şi nu este necesar nici o dezgheţare, astfel făcându-
se schimbarea de energie fără nici un zgomot. Pompa de căldură
Octopus, lucrează chiar şi la temperaturi foarte scăzute, împreună cu o
rezistenţă electrică. Componentele de bază a pompei de căldură, sunt
cuplate împreună printr-un sistem de ţevi ce este umplut cu Gasol
(freon), care fierbe la temperaturi foarte scăzute (-42°C).
Factorul pompei de căldură variază între 2,5 – 5 şi depinde de
caracteristicile construcţiei, umiditatea aerului cât şi temperatura de
afară.
În funcţie de temperatura exterioară - 1 kilowatt curent la
compresor cedează 2,5-5 kilowaţi căldură. Pompa de căldură Octopus, funcţionează cel mai bine şi dă cea mai
multă caldură, când temperatura de afară este între -5 si + 5 grade.
Această perioadă este cea mai lungă din anotimpul rece, aceasta
înseamnă că necesarul de caldură în mare parte corespunde cerinţei.
Dacă este bine dimensionată, pompa de caldură Octopus,
corespunde la aproximativ 80-85 % din toată perioada anului, când este
nevoie de încalzire. La temperaturi de – 200C, factorul de căldură
este cca. 2. În timpul acestor zile foarte reci, sistemul se complectează cu
extra efect, folosind de o rezistenţă electrică.
30
Instalarea pompei OCTOPUS
Instalarea este destul de uşoară, deoarece Octopus a fost gândit să
fie simplu.
Dacă este doar o singură unitate, se va turna o placă de beton de
1m2 pe care se va aşeza stâlpul de gheaţă şi se va prinde cu 4 şuruburi în
beton.
Dacă sunt doi stalpi de gheaţă, atunci se vor plasa la o distanta de
cca. 60 – 100 cm unul de celalalt. Nu este o regulă strictă.
1. Stâlpul de gheaţă. 2. Condensator (schimbator de caldură).
3. Pompa de recirculare. 4. Rezistenţa electrică. 5. Tabloul de comandă.
6. Senzor de cameră. 7. Vas de expansiune. 8. Calorifere.
9. Schimbător de căldură. 10. Boiler.
31
Schema de funcţionare
32
OPTIMIZAREA ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR INDIVIDUALE
DE LOCUIT DIN ROMÂNIA
Conceptul de eficienţă energetică in construcţii
Nu există o definiţie globală pentru clădirile cu consum redus de
energie, dar acestea sunt, în general, clădiri care au o performanţă
energetică mai bună decât cerinţele alternative/standard de
eficienţa energetică ale codurilor din domeniul construcţiilor.
Clădirile eficiente energetic utilizează de obicei un nivel ridicat de
izolare temică, ferestre eficiente energetic, un nivel scăzut al
infiltraţiilor aerului şi folosesc un sistem de recuperare de căldură
pentru a reduce necesarul de energie pentru încălzire şi răcire. Ele
pot folosi, de asemenea, tehnici de proiectarea a clădirilor solare
pasive sau tehnologiile clădirilor active solare. Aceste case pot
utiliza, de asemenea, tehnologii de reciclare a apei calde pentru a
recupera caldura de la duşuri şi maşini de spălat vase.
În prezent, şapte state membre ale UE au o definiţie pentru
construcţiile cu consum redus de energie(AT, CZ, DK, UK, FI, FR
şi DE, BE (Flandra), iar alte câteva intenţionează să definească
acest concept (LUX, SK, SE).
Definiţiile au ca ţintă de obicei clădirile noi, dar în unele cazuri
(AT, CZ, DK, DE, LUX) acoperă, de asemenea, clădirile existente
şi se aplică în aproape toate cazurile atât la clădiri rezidenţiale cât
şi non-rezidenţiale.
În Europa Centrală, termenul de casă pasivă se referă la un anumit
tip standardizat de clădiri eficiente energetic, dupa modelul
dezvoltat în Germania. Este un tip special de clădire cu consum
redus de energie pentru care confortul termic poate fi atins numai
prin post-încălzire sau post-răcire a masei de aer proaspăt fără a fi
necesar un sistem de încălzire convenţional. Tehnologiile casei
pasive includ, de obicei, aporturi solare pasive (de asemenea, prin
orientarea sud), geam termoizolant (valoare U-0.75 W / (m² K),
construcţia este închisă ermetic şi nu are punţi termice.
Astfel se reduce necesarul anual pentru încălzire la 15 kWh / (m² a)
ceea ce înseamnă că se foloseşte cu aproximativ 85% mai puţină
energie, limita pentru consumul total de energie primară fiind de
120kWh / m² pe an.
33
În Elveţia este utilizat un standard similar cu cel din Germania,
MINERGIE®-P. În Statele Unite, o casă construită la standard
pasiv utilizează între 75 şi 95% mai puţină energie pentru încălzirea
şi răcirea spaţiilor decât cele din noile clădiri care îndeplinesc
standardul de eficienţă energetică actual în SUA.
În prezent mai mult de 20.000 astfel de case au fost construite în
Europa, însă majoritatea sunt localizate în Germania, Austria şi
Scandinavia.
Specificitatea unei case de energie zero / casa zero carbon este
aceea că energia necesară nevoilor neacoperite este complet
acoperită cu surse regenerabile de energie. O casa cu consum
energetic net anual zero poate fi autonomă faţă de reţeaua de
aprovizionare energetică, dar în practică, aceasta înseamnă că în
anumite perioade energia este dobândită din reţea şi în alte perioade
34
ea este a furnizată la reţea (surse de energie regenerabile sunt
adesea sezoniere).
O casă de energie pozitivă (plus energy house) este o casa care, în
medie, pe parcursul anului produce mai multă energie din surse
regenerabile de energie decât importurile din surse externe.
Acest lucru este realizat folosind combinaţii de generatoare mici de
curent electric şi tehnici de construcţie ale clădirilor cu consum
redus de energie cum ar fi proiectarea construcţiilor solare pasive,
izolare temică superioară şi orientarea spaţială.
Casa pasivă. Descriere concept
O casă pasivă este o casă care reuşeşte să păstreze o temperatură
confortabilă, chiar şi în anotimpul rece, fără utilizarea unui sistem
de încălzire specific. Termenul de pasiv este folosit deoarece
principala sursă de încălzire provine de la soare şi de la căldura
emisă de locuitori acesteia, de aparatele de uz casnic, de căldura
care este consumată pasiv de către casă fără utilizarea de orice
aparate speciale (Schnieders 2003).
O casă pasivă este definită ca o casă cu un necesar maxim anual
pentru încălzire de 15 kWh/m2 (Husbanken 2004). Standardul a
fost dezvoltat pentru prima oară de către Wolfgang Feist, iar acum
este reglementat de către Institutul german de case pasive
Passivhaus.
Chiar dacă standardul este definit de consumul de energie necesar
pentru încălzire, conceptul de casă pasivă presupune, de asemenea,
reducerea la minim a consumul de energie, provenit din alte surse
potenţiale consumatoare în clădire.
Obiectivul este de a menţine un consum total de energie de
120kWh/m2a
O abordare a conceptului de casă pasivă poate fi percepută în
general ca fiind compusă din cinci elemente de bază. Trei dintre ele
(izolare termică superioară, recuperarea căldurii şi aporturile
solare) se referă la proprietăţile de încălzire ale clădirii, în timp ce
ultimele două (randament electric şi completarea celorlalte cereri
de energie cu surse regenerabile) sunt necesare pentru a minimiza
pe deplin impactul asupra mediului
Izolarea termică de cea mai înaltă calitate este o condiţie prealabilă
pentru a atinge standardele stabilite în conceptul de casă
35
pasivă. Acest lucru poate fi realizat cu diverse tipuri de materiale,
dar valorile U ale elemente de construcţie exterioare nu trebuie să
depăşească 0,15W/m²K. Acest lucru se realizează printr-o izolaţie
termică superioară, cu o grosime a stratului de izolaţie termică de
pâna la 50cm.
Izolatia nu este singurul aspect important care trebuie luat în
considerare. Punţile termice trebuie să fie evitate iar clădirea
trebuie perfect etanşeizată. O proiectare detaliată este imperios
necesară pentru a atinge astfel de performanţe
Un sistem eficient de recuperare a căldurii este un element
principal în atingerea standardelor de casă pasivă. Rata de
recuperare a căldurii trebuie să depăşească 75%, un procent care
poate fi realizat prin intermediul schimbătoarelor de
căldură. Sistemul de ventilaţie trebuie să fie extrem de eficient
energetic.
Aportul energiei solare acoperă aproximativ o treime din cererea de
energie termică a unei case pasive. Pentru a realiza acest lucru
trebuie să existe un aport solar net direct de la ferestre. Aceasta se
realizează prin pierderi de caldura extrem de scăzute prin
ferestre, tocuri de o eficienţă ridicată şi orientarea ferestrelor către
sud. Ferestrele trebuie să aibă o valoare U mai mică de 0,8 W/m² K
36
Necesarul de energie
Casa pasiva = „acea cladire in care confortul climatic interior
poate fi mentinut fara sisteme active de incalzire si racire”
(Adamson 1987 and Feist 1988).
Reperul: un necesar de energie pentru incalzire de 15 kWh/m²
an
In comparatie cu casele noi , construite conventional, necesarul
de incalzire a incintelor intr-o casa pasiva este mai mic cu
aproximativ 75%
37
38
MOTTO: Păstrați căldura la interior
Pe baza principiului sticlei de termos, casa pasiva pastreaza o
temperatura constanta- interiorul este bine protejat fata de
pierderile de energie catre exterior
Spre deosebire de cladirile conventionale care au pierderi
insemnate de caldura catre exterior, intr-o casa pasiva caldura
emisa de catre oameni, animale si aparate casnice este foarte
importanta pentru a asigura incalzirea incintei.
39
Conditii privind proiectarea caselor de tip pasiv
Proiectarea
40
Proiectare compact
Se recomandă alegerea unui proiect simplu, compact.
Fiecare parte expusă sau proeminentă a clădirii sporește necesarul
de caldură pentru încălzire. Din punct de vedere al geometriei
clădirii, este avantajos să se minimizeze suprafața anvelopei care
delimitează volumul încalzit. Reducerea acestei suprafețe
diminuează pierderile de caldură și costul construcției.
Amplasarea poate avea un impact pozitiv asupra consumului de
energie. Casa pasivă trebuie orientate către sud. O prioritate absolută o reprezinta construirea unei anvelope fără
punți termice.
faţă de forma clădirii, amplasarea poate avea un impact pozitiv
asupra consumului de energie. Casa pasivă trebuie orientată spre
sud fără umbrire făcută de munţi, arbori sau alte clădiri, astfel ca să
se maximizeze aporturile solare, in special în lunile reci de iarnă.
41
42
Izolaţia termică
Fie că este masivă, din lemn, sticlă sau o construcţie mixtă – o casă
pasivă se pretează la orice stil de construcţie. Dacă diferitele
componente au fost instalate cu grijă, fără punţi termice, rezultă un
sistem închis, care păstrează o ambianţă interioară confortabilă.
Izolarea continua de la acoperiş pâna la fundaţie nu numai că va
reduce cheltuielile, dar reprezintă şi o investiţie utilă în confortul
locatarilor. Astfel, materialele termoizolante din fibre minerale,
precum vata minerală, dau rezultate deosebit de bune. Pentru
comparaţie, pentru a obţine acelaşi efect de izolare ca şi 1,5-2 cm
de material izolant, ar fi necesari circa 30cm de cărămidă solidă sau
105cm de beton.
Un alt aspect important este reprezentat de consecinţele ecologice
foarte favorabile care se obţin din izolarea cu vată minerală: mai
puţină energie pentru încălzire, emisii mai reduse de CO2 şi un
ciclu de viaţă mai lung al clădirii.
Etanşeizarea casei pasive
Într-o casă pasivă schimbul de aer trebuie să fie unul controlat.
Altfel, se vor genera pierderi de căldură, curenţi de aer, risc de
condens, încălzire inutilă, etc. Anvelopa etanşă, contiunua, care
înveleşte casa pasivă de la acoperiş până la fundaţii, evită aceste
43
efecte nedorite şi permite o locuire confortabilă şi un consum redus
de energie.
Trecerile neetanşe prin anvelopa clădirii şi imbinările între pereţi
au consecinţe neplăcute generând pierderi sporite de căldură,
schimb de aer necontrolat, izolare fonică slabă şi pericol de
deteriorare structurală cauzată de condens, mucegai sau coroziune.
Este, deci, imperativ necesar ca în faza de proiectare să se
elaboreze planul detaliat de etanşare, care să ţină cont de toate
conexiunile dintre componentele structurale, îmbinările dintre
pereţi şi trecerile prin anvelopă.
Testul Blower Door
se foloseşte pentru a detecta scăpările de aer prin anvelopa clădirii.
Cu cât valoarea măsurată este mai mică, cu atât gradul de etanşare
este mai înalt.
Casele pasive necesită o valoare de 0,6. Aceasta înseamnă că în
timpul testului, cel mult 60% din volumul aerului interior, poate să
scape prin anvelopă, pe durata unei ore.
44
Ventilatorul este folosit pentru a sufla aer în/din clădire, ceea ce
creează o mică diferenţă de presiune între interior şi
exterior. Această diferenţă de presiune forţează aerul prin toate
găurile şi penetrările în incinta clădirii.
Una dintre cele mai comune modalităţi de a îmbunătăţi etanşeitatea
clădirii este de a calcula numărul de schimburi de aer pe oră în care
volumul total al incintei este schimbat, atunci când incinta este
supusă la o diferenţă de presiune de 50 de Pascal.
Casele pasive necesită o valoare de 0,6. Aceasta înseamnă că în
timpul testului, cel mult 60% din volumul aerului interior, poate să
45
scape prin anvelopă, pe durata unei ore. Experienţa a demonstrat că
se pot obţine şi valori cuprinse între 0,3 şi 0,4.
Etanşeizare
46
47
Punţi termice negative
Punţile termice care se produc frecvent prin sau în zona
elementelor structurale şi constructive ale clădirii(căpriori, şipci,
elemente de ancorare, etc) trebuie analizate sub raportul valorii U
al elementului respectiv.
În aceste elemente neomogene ale clădirii se produc pierderi de
căldură ridicate ele putând conduce şi la deteriorări ale structurii.
48
Soluţii pentru evitarea punţilor termice
Punţile termice la legatura dinte planşeele de deasupra subsolului,
sau placile aşezate pe sol şi pereţii exteriori.
Punţi termice la legătura dintre rampele de scări şi pereţii de
separare termică sau planşeele aşezate pe sol.
49
Pentru a împiedica căldura să se transmită prin fundaţie sau prin
peretele de subsol, fundaţia trebuie complet termoizolată.
50
Ferestrele casei pasive
Ferestrele casei pasive sunt cu geamuri triple şi tocuri izolate
termic. Energia solară care poate fi obţinută prin aceste ferestre
orientate spre sud depăşeşte pierderea de căldură prin ferestre, chiar
şi în lunile de iarnă
Datorită calităţii superioare a sticlei, temperaturile măsurate pe
suprafaţa sticlei sunt totdeauna apropiate de temeratura aerului
interior. Calităţile geamurilor triplu izolate pot fi uşor notabile în
special în lunile intunecoase de toamnă şi iarnă.
51
52
Sistemul de ventilaţie
În prezent populaţia Europei Centrale petrece peste 90% din timpul
său în spaţii interioare unde de regulă calitatea aerului este mult
mai proastă decât cea a aerului exterior. În plus, acesta conţine prea
multă umiditate şi este contaminat cu poluanţi, mirosuri şi altele.
Remediul consistă în schimbul permanent cu aer exterior care
corespunde cerinţelor de igienă. Marele neajuns constă în faptul că
atunci când ventilarea se face prin deschiderea ferestrelor (ventilare
naturală) rata de schimb a aerului nu poate fi reglată cu precizie.
Aceasta prezintă mari varaiţii, în funcţie de temperatura exterioară,
direcţia vântului şi obiceiurile personale de aerisire.
Sistemele de ventilare forţată, în schimb, asigură o rată de schimb
preselectată şi constantă, pot recupera căldura din aerul evacuat şi
asigură o distribuţie eficientă a acesteia.
Aerul viciat din bucătărie, baie şi WC este aspirat prin sistemul de
evacuare. Înainte de a fi evacuat spre exterior, el cedează căldură
într-un schimbător şi încălzeşte astfel aerul proaspăt admis de afară.
Acesta din urmă va ajunge la o temperatură apropiată de cea a
camerei. În prezent este posibilă recuperarea în proporţie de 90% a
căldurii conţinute de aerul viciat evacuat.
53
Politica statelor membre UE cu privire la clădirile cu
consum redus de energie
Statele membre avansează rapid în privinţa obiectivelor şi
strategiilor aferente clădirilor cu consum redus de energie.Mai
multe state membre şi-au fixat deja strategii şi obiective pe termen
lung pentru a atinge standardele de consum redus de energie pentru
clădirile noi.
Legislaţie europeană cu privire la eficienţa energetică în construcţii
Clădirile sunt responsabile pentru 40% din consumul de energie şi
36% din emisiile de CO2 din UE. Performanţa energetică a
clădirilor este esenţială pentru atingerea obiectivelor UE privind
clima si energia, şi anume reducerea cu 20% a emisiilor de gaze cu
efect de seră până în 2020 şi a unei economii de energie de 20%
până în 2020.
Îmbunătăţirea performanţei energetice a clădirilor este o modalitate
eficientă de luptă împotriva schimbărilor climatice şi îmbunătăţirea
securităţii energetice asigurând in acelaşi timp crearea de locuri de
muncă, în special în sectorul construcţiilor. Directiva privind
54
performanţa energetică a clădirilor (2002/91/CE) este principalul
instrument legislativ la nivelul UE pentru a atinge performanţa
energetică a clădirilor.
Directiva 2002/91/CE privind performanţa energetică a
clădirilor
(a) cadrul general pentru o metodologie de calcul al performanţei
energetice integrate a clădirilor;
(b) aplicarea cerinţelor minime privind performanţa energetică la
clădirile noi;
(c) aplicarea cerinţelor minime de performanţă energetică la
clădirile mari existente, supuse unor lucrări importante de renovare;
(d) certificarea energetică a clădirilor;
(e) inspecţia periodică a cazanelor şi a sistemelor de climatizare în
clădiri precum şi evaluarea instalaţiilor de încălzire ale căror
cazane au o vechime de peste 15 ani.
Directiva face parte din iniţiativele comunitare privind schimbările
climatice (angajamentele asumate în cadrul Protocolului de la
Kyoto) şi a siguranţei aprovizionării (Cartea verde privind
securitatea aprovizionării).
Comunitatea este tot mai dependentă de sursele externe de energie
şi, în al doilea rând, emisiile de gaze cu efect de seră sunt în
creştere.
Comunitatea poate avea o influenţă redusă asupra aprovizionării cu
energie, dar poate influenţa cererea de energie.
O soluţie posibilă atât la problemele de mai sus este de a reduce
consumul de energie prin îmbunătăţirea eficienţei energetice.
Consumul de energie pentru clădiri şi servicii conexe ajunge la
aproximativ o treime din consumul total de energie al UE.
Comisia consideră că, cu iniţiative în acest domeniu, pot fi realizate
economii semnificative de energie, contribuind astfel la atingerea
obiectivelor privind schimbările climatice şi securitatea
aprovizionării.
55
Directiva 2010/31/UE privind performanţa energetică a clădirilor
La data de 18 mai 2010 a fost adoptată o reformare a directivei
privind performanţa energetică a clădirilor (2002/91/CE) în scopul
de a consolida cerinţele de performanţă energetică şi să se clarifice
şi simplificarea unora dintre dispoziţiile sale.
Art 1. Statele membre se asigură că:
(a) până la 31 decembrie 2020, toate clădirile noi vor fi clădiri
al căror consum de energie este aproape egal cu zero; și
(b) după 31 decembrie 2018, clădirile noi ocupate și deținute de
autoritățile publice sunt clădiri al căror consum de energie este
aproape egal cu zero.
Art 3. (b) obiective intermediare privind îmbunătățirea
performanței energetice a clădirilor noi, până în 2015, în
vederea pregătirii punerii în aplicare a alineatului (1);
PIESE DE EXPOZITIE
56