Raport științific și tehnic, Etapa I (2016) · 2019-11-04 · Model de locuință unifamilială...

Model de locuință unifamilială sustenabilă care integrează concepte arhitecturale și sisteme constructive de înaltă

performanță energetică, cu impact minim asupra mediului (Model for a sustainable single-family dwelling integrating

architectural concepts and high energy performance systems with minimal environmental impact), PN–III–P2–2.1–

BG–2016–0074, UEFISCDI, Contract 61 BG din 01/10/2016

1

Avizat,

Coordonator Agent Economic Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iași SC SIBELIUS SRL

Reprezentant Legal Reprezentant Legal

Prof. Dr. Ing. Dan Cașcaval Cristian Vasile Gheban

Semnătură: Semnătură:

Ștampilă: Ștampilă:

Director Proiect Responsabil de proiect

Conf. Dr. Ing. Tania Mariana Hapurne Cristian Vasile Gheban

PN–III–P2–2.1–BG–2016–0074, Contract 61 BG din 01/10/2016

MODELLUS

Model de locuință unifamilială sustenabilă care integrează concepte arhitecturale și sisteme

constructive de înaltă performanță energetică, cu impact minim asupra mediului Model for a sustainable single-family dwelling integrating architectural concepts and high energy performance systems with

minimal environmental impact

Durată proiect: 22 luni

Raport științific și tehnic, Etapa I (2016) Data depunerii: decembrie 2016

Numărul raportului PN–III–P2–2.1–BG–2016–0074/61BG/1

Faza de execuție Nr. 1

Titlul Analiză critică din punct de vedere energetic și al impactului asupra

mediului a locuinței unifamiliale „Casă solară pe structură din lemn

Sibelius”

Autori Tania Mariana Hapurne, Irina Baran, Aurora Irina Dumitrașcu, Adriana

Kadhim Abid, Călin Gabriel Corduban, Răzvan Mircea Nica, Costel

Avram, Cristian Constantin Ungureanu

Stadiul Raport de etapă (Etapa I, 1.10.2016 – 31.12.2016)

Cercetarea care a condus la aceste rezultate este finanțată prin programul PN III, Programul 2 –

Creșterea competitivității economiei românești prin cercetare, dezvoltare și inovare (UEFISCDI), Tip

proiect – Transfer de cunoaștere la agentul economic „Bridge Grant”, prin contractul PN–III–P2–2.1–

BG–2016–0074/61 BG din 01/10/2016.





2

Obiectivele generale ale proiectului

Scopul acestui proiect este de a răspunde necesităţilor identificate la agentul economic şi constă în

dezvoltarea unui model de locuinţă unifamilială, în acord cu tradiţia românească de locuire, cu un

grad ridicat de flexibilitate a partiului, cu o înaltă performanţă energetică şi impact minim asupra

mediului, realizabilă la un preţ accesibil diferitelor categorii sociale. Obiectivele proiectului vizează:

a. Elaborarea unui set de 10 soluții de arhitectură pentru locuinţe unifamiliale care răspund criteriilor

de sustenabilitate, respectiv funcţionalitate, eficienţă energetică și impact minim asupra mediului;

b. Dezvoltarea a 2 variante cu componentă inovativă privind rezolvările constructive ale elementelor

de anvelopă, bazate pe utilizarea materialelor locale (lemn, piatră naturală, pământ, lână, paie etc.)

caracterizate printr-un volum redus de energie înglobată, reclamând manoperă cu un nivel mediu

de calificare;

c. Selectarea şi integrarea soluţiilor optime arhitectural constructive propuse într-un model detaliat de

locuinţă unifamilială sustenabilă, realizabilă cu costuri care să o facă accesibilă şi categoriilor

sociale cu venituri medii;

d. Predicţia performanţelor realizabile, raportate la criteriile de sustenabilitate, prin simulări numerice

care iau în considerare parametrii climatici specifici zonei N-E, cu carateristici de climat sever

(ierni aspre şi veri toride);

e. Consolidarea pregătirii practice a studenţilor masteranzi ai Facultății de Arhitectură „G. M.

Cantacuzino” precum și a doctoranzilor de la Facultatea de Construcții și Instalații din Iași, prin

urmărirea comportării reale a unei clădiri cu eficienţă energetică ridicată, obţinută prin sisteme

pasive, sisteme studiate la nivel teoretic în facultate.

Rezumatul fazei; Obiectivele etapei 1

Scopul acestei etape este de a crea condiţiile logistice şi conceptuale necesare derulării activităţilor

prevăzute în proiect şi de realiza o analiză critică din punct de vedere energetic şi al impactului

asupra mediului a locuinţei unifamiliale “Casă solară pe structură din lemn Sibelius” pentru a servi

drept reper în evaluarea modelului ce urmează a fi realizat.

Obiectivele urmărite au vizat: 1. Accesul echipei de cercetare la tehnologia agentului economic; rezultatele vizitei de lucru efectuate de

echipa de cercetare la locuinţa unifamilială Sibelius.

2. Elaborarea programului detaliat de monitorizare a parametrilor microclimatici interiori şi de confort

ambiental şi, respectiv, a consumurilor energetice pentru încălzire şi iluminat

3. Organizarea stagiilor de practică a masteranzilor şi doctoranzilor.

4. Organizarea şi demararea operaţiilor de monitorizare a parametrilor microclimatici interiori şi de

confort ambiental şi, respectiv, a consumurilor energetice pentru încălzire şi iluminat .

5. Estimarea performanţei energetice a clădirii pe baza proiectului şi a datelor privind consumurile

energetice pentru încălzire furnizate de agentul economic.

6. Monitorizarea parametrilor microclimatici şi de confort ambiental şi prelucrarea valorilor aferente

etapei I.

7. Crearea paginii web a proiectului pe site-ul solicitantului și actualizarea acesteia.

Obiectivele etapei au fost realizate integral.





3

Rezultate obţinute:

1. Transferul de date/informaţii referitoare la tehnologia agentului economic respectiv la Casa solară pe

structură din lemn, Sibelius.

2. Organizarea / programul stagiilor de practică a masteranzilor şi doctoranzilor.

3. Raport privind programul detaliat al operaţiilor de monitorizare. Valori pentru indicatorii energetici şi

de mediu specifici clădirii; măsurători aferente perioadei etapei 1.

4. Indicatorii de performanţă energetică a clădirii pe baza informaţiilor conţinute în proiect şi a datelor

privind consumurile energetice pentru încălzire, furnizate de agentul economic.

5. Pagina web a proiectului creată pe site-ul solicitantului și actualizarea acesteia.

Cuvinte cheie:

Locuinţă performantă energetic, parametri de confort termic şi vizual, indicatori de performanţă

energetică.

Descrierea ştiinţifică şi tehnică cu punerea în evidenţă a rezultatelor etapei şi a gradului de

realizare a obiectivelor.

Cuprins:

1. Managementul proiectului şi activităţi de diseminare

2. Accesul echipei de cercetare la tehnologia agentului economic. Rezultatele vizitelor de lucru la

locuința unifamilială Sibelius. Descrierea clădirii: arhitectură, soluții constructive

3. Organizarea stagiilor de practică ale masteranzilor și doctoranzilor

4. Raport privind programul detaliat al operațiilor de monitorizare. Valori pentru indicatorii energetici și

de mediu specifici clădirii; măsurători aferente perioadei etapei I

4.1 Organizarea și derularea operațiilor de monitorizare a parametrilor de microclimat interior și

exterior, confort ambiental şi a consumurilor energetice

4.2 Programul detaliat de monitorizare a parametrilor de microclimat interior și exterior, confort

ambiental şi a consumurilor energetice

4.3 Prezentare generală a măsurătorilor efectuate, descrierea metodei de lucru

4.4 Analiza preliminară a rezultatelor obținute prin determinări instantanee ale valorilor

parametrilor de microclimat interior şi confort ambiental

4.5 Analiza preliminară a rezultatelor obținute prin determinări de durată ale valorilor

parametrilor de microclimat interior, confort ambiental și a consumurilor energetice

4.6 Concluzii privind analiza preliminară a rezultatelor obținute prin determinări instantanee şi

de durată ale parametrilor de microclimat interior şi confort ambiental

5. Estimarea indicatorilor de performanţă energetică (PE) a clădirii pe baza proiectului şi a datelor


5.1 Criterii şi metode de analiză

5.2 Indicatori de PE estimaţi prin metode directe

5.3 Indicatori de PE estimaţi prin metode indirecte/inverse

5.4 Indicatori de PE estimaţi prin simulare numerică

5.5 Concluzii privind performanţa energetică a locuinţei unifamiliale Sibelius

Bibliografie.

1. Managementul proiectului şi activităţi de diseminare

Managementul proiectului, care se desfășoară pe întreaga durată de implementare reunește toate

activitățile de organizare, coordonare, raportare și monitorizare a acțiunilor din cadrul proiectului.





4

Activitățile efectuate au vizat discutarea acordului ferm de colaborare cu agentul economic, planificarea

vizitelor de lucru, urmărirea desfășurării acestora din punct de vedere științific dar și al managementului

cheltuielilor implicate, organizarea desfășurării stagiilor de practică și a activităților conexe, organizarea

desfășurării operațiilor de instalare a aparaturii, monitorizării și efectuării măsurătorilor, realizarea paginii

web, coordonarea întocmirii raportului științific și tehnic al etapei, întocmirea raportului financiar,

urmărirea planului de realizare a proiectului și a termenelor aferente.

Activitatea de diseminare s-a concretizat în:

Informarea asupra proiectului şi discutarea acordului ferm de colaborare cu agentul economic;

Lansarea proiectului în cadrul echipei de cercetare a Facultății de Arhitectură "G.M. Cantacuzino" din

Iași;

Susținerea prezentării orale “The Surface Temperature Factor – an Assesment Criterion of Superficial

Condensation Risk”, autori Baran Irina, Georgescu Mihaela Stela, Dumitrescu Laura, Bliuc Irina și

Pescaru Radu Aurel, în cadrul conferinței “Towards a Sustainable Urban Environment”, 16-19

noiembrie 2016, Iași;

Crearea paginii web a proiectului pe site-ul solicitantului şi actualizarea acesteia.

2. Accesul echipei de cercetare la tehnologia agentului economic. Rezultatele vizitelor de lucru la

locuința unifamilială Sibelius. Descrierea clădirii: arhitectură, soluții constructive

Vizita de lucru s-a desfăşurat în zilele de 11 şi 18 noiembrie 2016 şi a constat în prezentarea obiectivului

de către managerul firmei Sibelius şi beneficiarul clădirii, dl. Cristian Vasile Gheban, întrebări şi discuţii

cu membrii echipei, montarea aparaturii de monitorizare a parametrilor microclimatului interior şi de

confort ambiental pentru prima perioadă de măsurători, determinarea valorilor instantanee ale

parametrilor microclimatului interior şi de confort ambiental în diferite puncte ale locuinţei, considerate

relevante pentru evaluare.

Descrierea clădirii Casa solară Sibelius (Conform proiectului pus la dispoziție de agentul economic)

Casa solară Sibelius, este localizată în orașul Suceava, adresa fiind Strada Parcului, P.C. 7414. Locuința a

fost finalizată în anul 2014. În urma măsurătorilor şi a observaţiilor in-situ, au fost constatate o serie de

neconcordanţe între proiectul iniţial şi situaţia construită (Fig. 2.1).

Fig. 2.1. Fotografii realizate de către echipa de cercetare în data de 11.11.2016 - Casa Sibelius

Din punct de vedere arhitectural/ funcțional, spațiile interioare gravitează în jurul nucleului central de

tip seră. La parter sunt dispuse spațiile aferente zonei de zi, iar la etaj este amplasată zona de noapte.





5

Fig. 2.2. Fotografii interior - Casa Sibelius

Din punct de vedere structural, casa are o structură din lemn, de tip cadre (stâlpi şi grinzi din lemn

lamelar încleiat).Termoizolația este realizată din plăci termoizolante din fibre de lemn, ecarisat și

ignifugat, tratat contra dăunătorilor și fibre naturale de celuloză „ISOFLOC”, realizată prin pompare.

Instalaţii termice şi de iluminat

Încălzirea, prin pardoseală, este asigurată de o centrală termică pe gaz şi, ocazional, de un şemineu pe

lemne, amplasat în spaţiul de zi.

Gradul de ocupare al clădirii - O familie compusă din 3 persoane

Parametri de microclimat interior şi de confort ambiental: Valorile instantanee şi înregistrările

corespunzătoare primei perioade de monitorizare a parametrilor de microclimat interior şi de confort

ambiental, precum şi consumurile energetice zilnice sunt prezentate şi interpretate în cap. 4.

Aparatura de monitorizare a parametrilor microclimatului interior/exterior şi de confort ambiental pentru

prima perioadă de măsurători, ce a permis determinarea valorilor instantanee ale parametrilor

microclimatului interior şi de confort ambiental în diferite puncte ale locuinţei, considerate relevante

pentru evaluare, a fost instalată și utilizată începînd cu prima vizită de lucru a echipei de cercetare

(fig.2.3).

Fig. 2.3. Aparatura de monitorizare instalată și utilizată la vizita de lucru





6

3. Organizarea și derularea stagiilor de pregătire practică ale masteranzilor și doctoranzilor Desfășurarea stagiilor de practică a doctoranzilor și masteranzilor se derulează în strânsă legătură cu

operațiile de monitorizare a parametrilor microclimatici interiori și prelucrarea/analiza valorilor specifice

rezultate din măsurători pentru proiectul Casa solară Sibelius.

Organizarea stagiilor de pregătire practică

Criteriile utilizate în vederea selecției masteranzilor și doctoranzilor participanți în proiect au vizat:

compatibilitatea cercetării doctorale cu tema proiectului; relevanța și oportunitatea temei alese de către

masterand pentru proiectul de diplomă; posibilitatea aplicării în cazul proiectului de diplomă a

conceptelor de sustenabilitate, respectiv a standardelor specifice de evaluare (NZEB, LCA); participarea

la concursuri destinate studenților și implicarea în activități extracuriculare. În urma evaluării au fost

selectați un număr de 12 studenți (2 doctoranzi, 10 masteranzi).

Derularea stagiilor de pregătire practică

Stagiile de practică ale masteranzilor și doctoranzilor au constat în desfășurarea a două tipuri de activități:

1. deplasări la Casa solară “Sibelius” și contactul direct cu modalități concrete de aplicare a principiilor

sustenabilității; monitorizarea parametrilor;

2. participarea la procesul de centralizare și interpretare a datelor specifice casei solare.

Programul activităților de organizare și derulare a stagiilor de practică – perioada aferentă etapei I

a proiectului

Data Activități Persoane implicate

1 - 16.11.2016 - selecția masteranzilor și doctoranzilor membrii proiectului

16.11.2016 - stabilirea calendarului și activităților aferente

stagiilor de practică

membrii proiectului, 2

doctoranzi, 10 studenți

18.11.2016 - deplasare la tehnologia agentului economic -

Casa solară SIBELIUS; identificarea metodelor

active și pasive de asigurare a sustenabilității în

construcții; - monitorizarea parametrilor microclimatici

3 membri proiect, 2 doctoranzi, 3

masteranzi

25.11.2016–

4.12.2016

- centralizarea și interpretarea parametrilor

specifici

3 membri proiect, 2 doctoranzi, 7

masteranzi

Fig. 3.1. Stagii de practică- vizita studenților masteranzi, 18.11.2016





7

4. Raport privind programul detaliat al operațiilor de monitorizare. Valori pentru indicatorii

energetici și de mediu specifici clădirii; măsurători aferente perioadei etapei I

4.1.Organizarea și derularea operațiilor de monitorizare a parametrilor de microclimat interior şi

exterior, confort ambiental şi a consumurilor energetice

a.Parametri monitorizați

Parametrii termo-higro-energetici şi de confort ce urmează a fi monitorizaţi sunt următorii: - Distribuţia pe verticală și orizontală a temperaturilor aerului interior în centrul clădirii și în

vecinătatea suprafețelor opace, transparente, a ușii exterioare şi în dreptul punților termice;

măsurătorile se vor efectua preponderent iarna, la temperaturi exterioare scăzute, în paralel cu

înregistrarea temperaturilor exterioare. - Temperatura suprafețelor interioare (opace, transparente, în zone de punți termice) în paralel cu

înregistrarea temperaturilor exterioare. - Viteza curenților de aer la interior. - Consumul zilnic de gaz metan. - Nivelul de intensitate luminoasă.

b. Aparatura utilizată

Testo 435 - Instrument multifuncțional pentru monitorizarea parametrilor de confort interior (temperatura,

aer, umiditate relativă aer, concentrație CO2 din aerul atmosferic, viteza curenților de aer, nivelul de

intensitate luminoasă).

Caracteristici:

Nr.

crt.

Parametrul măsurat Domeniul de

măsura

Rezoluția

aparatului

1 Temperatura aerului -5…+150˚C 0.1˚C

2 Umiditate relativă a aerului 0…100% 0.1

3 Viteza curenților de aer 0…20m/s 0.01m/s

4 Concentrația de CO2 din aerul atmosferic 0…10000 ppm 1 ppm

5 Nivelul de intensitate luminoasă 0…10000 Lux 1 Lux

Fig. 4.1. Testo 435 - Instrument multifuncțional pentru monitorizarea parametrilor de confort interior

(temperatura, aer, umiditate relativă aer, concentrație CO2 în aerul atmosferic, viteza curenților de aer,

nivelul de intensitate luminoasă)





8

TM-946 - Termometru digital cu 4 intrări (4 sonde de măsura simultane) pentru măsurarea și înregistrarea

temperaturilor pe suprafață.

Caracteristici:

Nr.

crt.

Parametrul măsurat Domeniul de

măsura

Eroarea de

măsura

Rezoluția

aparatului

1 Temperatura

suprafeței

-199.9 … + 1210˚C ±0.1˚C 0.1˚C

Fig. 4.2. Termometru digital cu 4 intrări, tip TM-946 pentru măsurarea și înregistrarea temperaturilor de

suprafață

4.2 Programul detaliat de monitorizare a parametrilor de microclimat interior şi exterior, confort

ambiental şi a consumurilor energetice

Activitatea de monitorizare se va derula periodic, pe durata sezonului rece, în intervalul noiembrie 2016 –

martie 2017. Pentru a asigura relevanţa rezultatelor, intervalul calendaristic al perioadelor de

monitorizare, cu durata de o săptămână în fiecare lună menţionată, va fi stabilit în funcţie de previziunile

meteorologice. La debutul fiecărei perioade de monitorizare se vor efectua determinări ale valorilor

instantanee ale parametrilor caracteristici de microclimat interior/exterior. Programul detaliat al activităţii

de monitorizare a parametrilor este prezentat în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Program determinări parametri de microclimat interior la locuinţa Sibelius

Perioada

Parametru

măsurat/

înregistrat

Pasul de

timp

(frecvența

de

înregistrare)

Aparat

utilizat Indicații / Observații

11-18

noiembrie

2016

Temperatura

aerului interior*

Temperatura

aerului exterior* 60 min

Termometru

digital

Aparat poziționat lângă

centrala termică pe gaz, la ușa

de intrare

Alimentarea se va face cu

ajutorul unei surse de curent

neintreruptibile

Consum gaz* 24 ore Citire

contor gaz

Se va citi zilnic la ora 18 și se

va nota valoarea indexului

din ziua respectivă

Pe durata măsurătorilor, nu se

va suplimenta încălzirea cu

alte surse necontorizate de ex.





9

sobe pe lemne

Distribuția pe

verticală și

orizontală a

temperaturilor

aerului interior

- Termometru

digital

Se vor dispune termocupluri

în apropierea suprafețelor

opace și vitrate în zona

curentă dar și în apropierea

punților termice, a ușii de la

intrare, în camere, în centrul

casei, în băi

Temperatura

suprafețelor

interioare

- Termometru

digital

Se vor dispune termocupluri

pe suprafețe opace și vitrate

în zona curentă dar și în

punțile termice depistate cu

camera în infraroșu

Viteza curenților

de aer la interior -

Analizor

Testo

Se va dispune senzorul în

zonele de gradient mare de

temperatură depistate anterior

Concentrația de

CO2 în aerului

din casa

- Analizor

Testo

Se va masură in fiecare

cameră de la parter și etaj

Umiditatea

relativă a aerului

interior

- Analizor

Testo

Se va masură in fiecare

cameră de la parter și etaj

Nivelul de

intensitate

luminoasă

- Analizor

Testo

Se vor măsura valorile

instantanee de intensitate

luminoasă în mai multe

puncte de la parter și etaj, în

camere și în centrul

geometric al casei.

Se va nota nivelul de

intensitate luminoasă din

exterior, măsurat la umbră și

la soare, se va nota (descrie)

starea/ gradul de acoperire cu

nori a cerului pe durata

efectuării măsuratorilor.

Nivelul de

intensitate

luminoasă*

60 min Analizor

Testo

Senzorul se va monta în

centrul geometric al casei.

Se va nota intervalul orar în

care s-a utilizat doar lumina

naturală.

Concentrația de

CO2 în aerul

interior*

60 min Analizor

Testo



Umiditatea

relativă a aerului

interior *

60 min Analizor

Testo



Ianuarie

2017

Se vor efectua aceleaşi operaţii şi măsurători de valori insantanee ca şi în

prima perioadă





10

Februarie

2017


prima perioadă

Martie

2017


prima perioadă

* Măsurători efectuate în regim continuu pe durata monitorizării

4.3 Prezentare generală a măsurătorilor efectuate, descrierea metodei de lucru

S-a măsurat distribuția valorilor mărimilor care caracterizează confortul ambiental, pe orizontală de-a

lungul axelor XX’ și YY’ și pe verticală, în punctele 1,2,3,4,5,6,7 de la parter și etaj (Fig. 4.3).

Fig. 4.3. Poziționarea punctelor și a axelor de măsurare a valorilor parametrilor monitorizați

S-au efectuat măsuratori instantanee pentru următoarele mărimi:

- temperatura aerului,

- umiditatea aerului,

- nivelul de intensitate luminoasă,

- viteza curenților de aer,

- concentrația de CO2.

S-a determinat valoarea instantanee a temperaturii suprafețelor vitrate și opace în zone curente și în

zone de punte termică.

Pe durata măsuratorilor instantanee temperatura exterioară s-a modificat de la 2,6 la 7,5°C (condiții meteo

pe durata efectuării măsuratorilor: cer cu soare, fără nori și fără vânt).

S-a montat aparatura pentru monitorizări permanente cu înregistrarea valorilor măsurate din oră în oră

după cum urmează:

- temperatura aerului interior și cea a aerului exterior, timp de 7 zile. La sfârșitul fiecărei zile s-a notat

consumul de gaz și energie electrică indicat de contoare.

- concentrația de CO2 și umiditatea aerului timp de 48 de ore.

- nivelul de intensitate luminoasă, în centrul geometric al parterului, la înălțimea de 0,5m de la sol, timp

de 5 zile.

4.4 Analiza preliminară a rezultatelor obținute prin determinări instantanee ale valorilor

parametrilor de microclimat interior şi confort ambiental

Analiza valorilor obţinute prin măsurători instantanee ale parametrilor de climat interior şi confort

ambiental evidenţiază următoarele aspecte:

Valorile de temperatură ale aerului interior după direcția N-S sunt relativ uniforme, înregistrând-se o

diferenţă de 1,2 °C la parter şi 1,8 °C (Tab.4.2 , Fig. 4.4).





11

Tabelul 4.2 Valorile de temperatură a aerului interior după axa XX’, la înălțimea de 1m de la pardoseală:

Distanța XX’

(m) 0.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18

PARTER

Temperatura

°C 21.5 21.3 21.2 21.1 20.8 20.8 20.7 20.6 20.4 20.3

ETAJ

Temperatura

°C 20.9 21 21 21 21.1 20.8 20.5 20.4 20.3 20.3

PARTER

ETAJ

Fig. 4.4. Variaţia temperaturii aerului interior după axa XX’ (est-vest) la înălțimea de 1m de la

pardoseală.

După axa YY’, care traversează spaţiul de tip seră dezvoltat pe întreaga înâlţime a clădirii, variaţia

temperaturii aerului interior este şi mai puţin sesizabilă, diferenţa maximă înregistrată fiind de 0,5

°C (Tab. 4.3, Fig. 4.5).

Tabelul 4.3. Valorile de temperatură a aerului interior după axa YY’, la înălțimea de 1m de la pardoseală

(parter)

Distanța YY’

(m) 0.5 1 2 3 4 5 6 7 7.45

Temperatura

°C 20.3 20.5 20.4 20.5 20.2 20.2 20.1 20.1 20





12

Fig. 4.5 Variaţia temperaturii aerului interior după axa YY’ (nord-sud) la înălțimea de 1m de la

pardoseală

Gradientul de temperatură după direcţia verticală este de 2 °C în zona centrală (pct. 1) şi inferior

acestei valori în celelalte puncte (Tab 4.4).

Tabelul 4.4. Distribuția pe verticală a temperaturii în cele 7 puncte reprezentative măsurate de la

pardoseală până la înălțimea de 2.5m

Distanța față de

pardoseală

(m)

Temperatura în punctelele 1….7

(°C)

1 2 3 4 5 6 7

PARTER

2.5 19.6 20.2 21.1 20.8 19.8 19.6 19.9

2 19.4 20.1 20.4 20.8 19.8 19.5 19.8

1.5 19.3 20.1 20.3 19.7 19.8 19.4 19.6

1 19.4 19.7 20.2 19.8 19.7 19.3 19.5

0.5 19.5 19.6 20 19.9 19.6 19.2 19.6

0 21.6 19.5 18.8 22.6 20.5 18.6 19.9

ETAJ

2.5 20.7 20.1 20 20.4 20.2 - -

2 20.3 20.1 20.1 20.4 20.1 - -

1.5 20.2 20.1 20.2 20.2 19.9 - -

1 20 20 20.2 20.6 19.9 - -

0.5 20.2 20 20.3 20.6 20 - -

0 (pe pardoseală

încălzită)

24.1 21.8 22 22 24 - -

Valorile reduse ale diferenţelor de temperatură între diferitele zone ale locuinţei, atât după orizontală

cât şi după verticală atestă faptul că nu există risc de disconfort termic local.

Viteza curenţilor de aer variază în limite admisibile, cea mai mare valoare, de 0,12 m/s înregistrându-

se în zona centrală (Tab. 4.5).

Tabelul 4.5. Viteza curenților de aer în cele 7 puncte reprezentative măsurate la înălțimea de 1m de

pardoseală

Viteza v m/s

Pct. 1 2 3 4 5 6 7

PARTER 0.12 0.04 0.05 0.08 0.08 0.07 0.08





13

ETAJ 0.08 0.08 0.07 0.06 0.07 - -

Nivelul de iluminare prezintă valori reduse, (Tab.4.6) explicabile prin perioada anului în care s-au

efectuat măsurătorile; o concluzie relevantă nu poate fi formulată decât în urma măsurătorilor de

durată, derulate în diferite perioade ale anului.

Tabelul 4.6 Distribuția valorilor nivelului de intenitate luminoasă în cele 7 puncte reprezentative

măsurate la înălțimea de 1m de la pardoseală:

Nivel intensitate luminoasă Lux

Pct 1 2 3 4 5 6 7

PARTER 181 540 450 280 56 330 270

ETAJ 515 164 160 18 85 - -

În exterior, la umbră, nivelul intensității luminoase pe durata măsurătorilor a fost de 1090 Lux.

Umiditatea relativă a aerului interior este relativ constantă şi se situează în domeniul optim de confort

pentru locuinţe, variind între 57,6 şi 60 % (Tab.4.7).

Tabelul 4.7 Distribuția valorilor de umiditate relativă în cele 7 puncte reprezentative măsurate la

înălțimea de 1m de la pardoseală:

Umiditate relativă (%)

Pct 1 2 5

PARTER 64.2 64.2 61.8

ETAJ 60 58.5 57.6

În exterior, umiditatea relativă a aerului pe durata măsurătorilor a fost de 49.8 % iar temperatura de 7.2˚C.

Concentraţia de CO2 , între 1415 şi 1360 ppm, depăşeşte limitele normate, fapt ce poate fi explicat prin

gradul de ocupare mai mare decât în mod obişnuit, dar poate semnala şi o ventilare insuficientă;

măsurătorile de durată vor lămuri acest aspect (Tab.4.8).

Tabelul 4.8 Distribuția valorilor concentraţiei de CO2 în cele 7 puncte reprezentative măsurate la

înălțimea de 1m de la pardoseală:

Concentraţie CO2 (PPM)

Pct 1 2 5

PARTER

CO2 (ppm) 1404 1360 1422

ETAJ

CO2 (ppm) 1415 1397 1428

În exterior, concentrația de CO2 a aerului pe durata măsurătorilor a fost de 682 ppm iar temperatura de

7.2˚C.

Temperatura suprafeţei vitrate este aproximativ egală cu cea a suprafeţei opace; ceea ce demonstrează

nivelul ridicat de protecţie termică a zonelor vitrate, dar şi un nivel maxim de confort termic, situaţie

ce caracterizează clădirile care includ sisteme pasive de valorificare a energiei solare.

Valori mai scăzute ale temperaturii superficiale se înregistrează pe zona vitrată, în dreptul montanţilor

(fig. 4.6). Dar chiar şi în această zonă temperatura superficială este mult superioară punctului de rouă

pentru valorile de temperatură şi umiditate relativă înregistrate, ceea ce indică absenta punților termice

majore.





14

Fig. 4.6.Valoarea instantanee a temperaturii suprafețelor vitrate și opace în zona de punte termică

4.5 Analiza preliminară a rezultatelor obținute prin determinări de durată ale valorilor

parametrilor de microclimat interior, confort ambiental şi ale consumurilor energetice

Datele obţinute prin înregistrare continuă a valorilor parametrilor de microclimat interior şi exterior pe o

anumită periodă de timp, coroborate cu consumurile energetice zilnice, permit caracterizarea comportării

în regim dinamic, acesta fiind regimul real în care funcţionează clădirea. Principalele caracteristici ale

clădirii care pot fi identificate şi cuantificate în urma prelucrării statistice a datelor primare sunt legate de

inerţia termică, măsura în care este valorificată energia solară şi capacitatea de stocare a energiei radiante,

capacitatea de ventilare naturală şi variaţia în timp a parametrilor de confort şi microclimat interior. La o

analiză preliminară, pot fi făcute aprecieri referitoare la următoarele criterii prin care pot fi puse în

evidenţă caracteristicile mai sus menţionate:

Capacitatea de amortizare a oscilaţiilor termice, exprimată prin raportul dintre amplitudinea de variaţie

a temperaturii aerului exterior şi cea a aerului interior. Valoarea aproximativă a capacităţii de

amortizare termică estimată pe baza variaţiei zilnice a celor 2 parametri pe durata monitorizării (fig.

4.7) este 5, mult inferioară în raport cu clădirile masive, din zidărie sau beton (coeficient de amortizare

10...15).

Timpul (ore)

Interior Tmedie = 20.8°C T max = 23.0°C Tmin = 19.2°C

Exterior Tmedie = 0.6°C T max = 10.9°C Tmin = - 3.8°C

Fig.4.7 Variația temperaturii aerului interior (culoare roșie) și a aerului exterior (culoare albastră) pe

durata celor 7 zile (169 ore) de înregistrări

Contribuţia aporturilor solare la reducerea consumurilor energetice pentru asigurarea condiţiilor de

confort termic. Analizând valorile consumurilor energetice în raport cu temperatura exterioară pe

intervalul considerat, se constată că, zile cu temperaturi exterioare aproximativ egale se caracterizează

prin consumuri energetice diferite cu mai mult de 100%, temperatura aerului interior fiind chiar mai

ridicată în ziua cu consum mai redus (tabelul 4.9).





15

Tabelul 4.9 Variaţia temperaturii aerului interior/exterior și consumurile energetice pe durata

înregistrărilor (monitorizării)

Data Valori temperatură

aer interior

[°C]

Valori temperatură

aer exterior

[°C]

Consum

Energie

kWh Min med max Min med max

11-12 nov 2016 20.1 20.9 22.1 -0.1 3.14 9.8 161.4

12-13 nov 2016 21.2 21.9 23 -1.8 1.1 3.3 115,4

13-14 nov 2016 20.5 21.1 22 -1.8 -1.3 -0.5 73.6

14-15 nov 2016 19.2 20.1 20.9 -1.6 -1.0 -0.1 156.4

15- 16 nov 2016 19.6 20.1 20.6 -3.8 -1.0 2.0 146.8

Prezenţa radiaţiei solare directe din 13- 14 noiembrie – zi însorită- a determinat reducerea consumului

energetic la mai putin de 50% şi creşterea temperaturii aerului interior cu 1°C, faţă de ziua cu consum

maxim de energie.

Capacitatea de ventilare naturală poate fi apreciată prin ritmul de descreştere a concentraţiei de CO2 în

absenţa ocupanţilor (fig. 4.8).

Timpul (ore)

Fig. 4.8. Variația concentrației de CO2 pe durata celor 93 ore de înregistrări exprimat în ppm (părți pe

million)

Comportamentul utilizatorilor şi durata de ocupare a locuinţei reflectate în variaţia umidităţii relative a

aerului interior. (fig.4.9). Intervalul de variaţie a acestui parametru este între 49 şi 65%, valori care,

coroborate cu valorile temperaturii aerului interior, se incadrează în intervalul optim de confort termic.

Timpul (ore)

Fig. 4.9. Variația umidității relative a aerului pe durata celor 93 ore de înregistrări





16

Măsura în care sunt satisfăcute criteriile de confort vizual pe durata unui interval şi pe durata anului

reflectată în graficul de variaţie a intensităţii luminoase cu timpul (fig. 4.10).

Timpul (ore)

Fig. 4.10. Variația nivelului de intensitate luminoasă pe durata celor 76 ore de înregistrări

Nivelul maxim de intensitate luminoasă 1500 Lux este atins în aceaşi zi în care consumul energetic

este minim, în ziua cu cea mai mare durată de însorire din interval. O imagine sintetică a variaţiei

parametrilor de confort este prezentată în tab. 4.10.

Tabelul 4.10. Valori sintetice ale parametrilor de confort.

Parametru

măsurat

U. M

Valori

Min. Med. Max

Temperatură

°C 19.2 20.8 23

Umiditate

relativă

% 49.3 59.4 64.7

Iluminat natural

Lux 0 - 1536

Conţinut CO2

PPM 703 1318 2226

4.6 Concluzii privind analiza preliminară a rezultatelor obținute prin determinări instantanee şi

de durată ale parametrilor de microclimat interior şi confort ambiental

Clădirea analizată este corect conformată din punct de vedere termo-enegetic, prezentând o distribuţie

de temperatură cvasi-uniformă pe întreg volumul, ceea ce atestă absenţa punţilor termice pronunţate şi

nivelul ridicat de protecţie termică;

Condiţiile de confort higrotermic, reflectate în valorile de temperatură şi umiditate relativă ale aerului

interior sunt satisfăcute, nu există riscul de disconfort termic local;

Clădirea prezintă un potenţial ridicat de valorificare a energiei solare prin aport direct, ceea ce conduce

la reducerea semnificativă a consumurilor de energie pentru asigurarea confortului termic şi vizual;

Concentraţiile relativ ridicate de CO2 ar putea fi un indiciu al ventilării naturale insuficiente;

Corelaţia dintre valorile temperaturii aerului interior şi exterior evidenţiază o capacitate redusă de

amortizare a oscilaţiilor de temperatură, ceea ce este specific clădirilor uşoare, fără masivitate termică.

Pe baza analizei preliminare a datelor referitoare la parametrii microclimatici şi de confort ambiental

se poate concluziona că pentru perioada toamnă - iarnă, clădirea asigură un nivel ridicat de confort





17

ambiental, fapt datorat bunei conformări termo-energetice, prezenţei sistemului pasiv de valorificare a

energiei solare, precum şi instalaţiei de încălzire prin pardoseală.

Acumularea unui volum mai mare de date prin monitorizările ulterioare prevăzute în proiect şi

prelucrarea statistică a acestora vor crea premizele unei caracterizări termo-energetice complexe a

clădirii, pentru a servi drept reper pentru evaluarea şi optimizarea modelului.

5. Estimarea indicatorilor de performanţă energetică (PE) a clădirii pe baza proiectului şi a datelor


5.1 Criterii şi metode de analiză

Criteriile avute în vedere în analiza de performanţă energetică a clădirilor sunt:

Cantitatea de energie obţinută din surse neregenerabile necesară pentru asigurarea condiţiilor optime

de confort trebuie să fie minimă, aproape zero;

Volumul emisiilor de CO2 in atmosferă să fie de asemenea minim, aproape zero.

Metodele de evaluare a indicatorilor de performnţă energetică a clădirilor utilizate în mod curent pot fi

încadrate în următoarele categorii:

Metode directe. Metodele directe se aplică în scopul previzionării performanţei energetice a clădirii pe baza informaţiilor

oferite de proiect: caracteristicile geometrice ale clădirii – volumetrie, suprafață opacă, suprafaţă vitrată, -

alcătuirea elementelor de închidere şi caracteristicile termotehnice ale materialelor, orientarea faţă de

punctele cardinale şi gradul de adăpostire, parametrii climatici caracteristici amplasamentului, sistemul de

furnizare a energiei termice şi regimul de încălzire, gradul şi durata de ocupare, rata ventilării, regimul de

funcţionare a instalaţiei de încălzire/ ventilare mecanică, climatizare. Aceşti parametri servesc la evaluarea următorilor indicatori:

- coeficientul global de izolare termică, indicator ce permite caracterizarea clădirii, fără considerarea

instalaţiilor aferente;

- consumul specific anual de energie pentru încălzire/ răcire din surse neregenerabile;

- consumul specific anual de energie pentru încălzire obţinută din valorificarea aporturilor solare sau a

altor surse regenerabile de energie.

Metode indirecte sau de modelare inversă: Aceste metode folosesc modele matematice care pun în

evidenţă corelaţia care există între consumurile energetice pentru încălzire/ răcire şi caracteristicile

climatice ale zonei - temperatura aerului exterior sau numărul de grade ore.

Metode de simulare numerică: Metodele de simulare numerică se bazează pe modele analitice şi

numerice capabile să integreze acţiunea complexă a tuturor factorilor care intervin în comportarea termo-

energetică a unei clădiri, inclusiv regimul dinamic de funcţionare.

5.2 Indicatori de PE estimaţi prin metode directe

a.Coeficientul global de izolare termică, G

Coeficientul global de izolare termică, G, este un indicator de evaluare a gradului de izolare termică a

clădirilor, care include atât necesarul de energie pentru compensarea pierderilor de căldură prin transmisie

cât şi pentru încălzirea aerului ventilat. Pentru clădirea analizată datele luate în considerare pentru

calculul coeficientului G sunt prezentate în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1. Caracteristici geometrice şi termotehnice pentru elementele de anvelopă, Casa Sibelius

Element Aria, [m2]

Rezistenţa termică corectată R’ , [m2

K/W]

Pereţi ext. NV 102.60 8.799

Pereţi ext. SE 98.05 8.799

Pereţi ext. NE 42.50 8.799





18

Pereţi ext. SV 44.70 8.799

Planșeu superior 109.90 10.082

Planșeu pe sol 136.45 9.014

Tâmplărie ext. NV 47.95 1.420

Tâmplărie ext. SE 52.50 1.420

Tâmplărie ext. N E 22.40 1.420

Tâmplărie ext. SV 29.30 1.420

Tâmplărie acoperiș 26.55 1.420

Conform Normativului C107/1-2005 actualizat, pentru ca o clădire să fie corect conformată din punct de

vedere energetic, trebuie ca valoarea coeficientului global de izolare termică obţinută prin calcul, G, să fie

mai mică decât valoarea normată, GN. Pentru clădirea analizată, condiţia considerată este îndeplinită: G =

0.454 kWh/m3

K<0.75 kWh/m3

K = GN

b. Performanţa energetică evaluată conform M C001- 2006- Metodologie de calculul a performanţei

energetice a clădirilor.

Normativul M C001- 2006- Metodologie de calcul a performanţei energetice a clădirilor cuprinde

prevederi normative referitoare la efectuarea auditului energetic şi la elaborarea Certificatului de

performanţă energetică pentru clădiri de locuit. Indicatorii evaluaţi pentru locuinţa Sibelius plasează

clădirea în categoria A de performanță energetică, conform tabelului 5.2.

Tabelul 5.2. Indicatori de performanţă energetică conform Certificatului de Performanţă energetică

Consum specific anual de energie

[kWh/m2/an]

Clădire certificată Clădire de referinţă

85,39 143,1

Indice de emisii echivalent [kgCO2/m2/an] 16,78 26,61

Consum anual specific de energie

[kWh/m2/an] pentru:

Clasa energetică

Clădire certificată Clădire de referinţă

Încălzire 47,64 A B

Apă caldă de consum 31, 43 B B

Iluminat artificial 6,32 A A

5.3 Indicatori de PE estimaţi prin metode indirecte

a. Estimare globală pe baza consumurilor lunare facturate

Din analiza consumurilor energetice facturate în perioada septembrie 2014 - septembrie 2015 se poate

estima că durata sezonului de încălzire este septembrie - aprilie. Rezultă că în lunile mai, iunie, iulie,

august, energia înregistrată a fost consumată exclusiv pentru prepararea apei calde menajere, iluminat, ş.a

şi este constantă pe toată durata anului. Valoarea medie a acestei componente a bilanţului energetic este

de 0.336 MWh/lună, iar consumul total anual este de 4.032 kWh /an. Dacă din totalul consumului anual

înregistrat se scade consumul de energie destinat preparării apei calde menajere, iluminatului şi

activităţilor casnice, se obţine o valoare de 12320 kWh/an.

Consumul specific anual de energie pentru încălzire facturat, raportat la suprafaţa încălzită, rezultă; qînc =

51,33 kWh/m2

an

b. Estimare prin calcul statistic; regresie lineară

Metoda de estimare se bazează pe corelaţia lineară dintre consumurile energetice şi temperatura

exterioară. Au fost luate în considerare consumurile energetice lunare facturate şi temperaturile medii

lunare pentru Municipiul Suceava pe perioada de studiu. Parametrul care poate fi pus în evidenţă este

coeficientul total de tranfer termic, Ktot, exprimat în kWh/K şi este dat de panta liniei de regresie obţinută

prin corelarea consumului de energie cu temperatura exterioară. Consumul total de energie pentru

încălzire se obţine ca produsul dintre coeficientul total de transfer termic şi suma diferenţelor de

temperatură lunare, între interior şi exterior. Considerând temperatura interioară medie pe durata de

încălzire de 21,5°C, se obţine un consum specific anual de energie pentru încălzire: q = 52,7 kWh/m 2an





19

5.4 Indicatori de PE estimaţi prin simulare numerică

Pentru simularea numerică a comportării temo-energetice a clădirii analizate a fost utilizat programul

CASANOVA, program capabil să modeleze comportarea termo-energetică a clădirii în regim dinamic. Ca

date de intrare s-au introdus caracteristicile geometrice, caracteristicile materialelor, orientarea clădirii,

datele climatice ale amplasametului. Printre cele mai relevante rezultate oferite de program se numără:

indicatorii de consum energetic anual şi lunar pentru încălzire/ răcire, bilanţul energetic- diagrama

Sankey, regimul de temperatură interioară lunar, în absenţa sursei de încălzire, variaţia anuală a

aporturilor solare etc. Față de celelalte metode de analiză, simularea numerică pentru casa Sibelius oferă

în plus date referitoare la aporturile solare utilizabile care compensează practic pierderile de căldură prin

transmisie, instalaţia de încălzire funcţionând pentru încălzirea aerului ventilat, fig.5.1

Fig.5.1. Pierderi de căldură specifice, aporturi solare şi necesarul specific de energie pentru încălzire

Bilanţul energetic prezentat sub forma diagramei Sankey evidenţiază ponderea importantă cu care

intervin suprafeţele vitrate în bilanţul general al pierderilor de căldură, 72%, faţă de 14 % prin pereţi, 9%

prin acoperiş şi 5 % prin pardoseală. Aceasta se explică prin aria importantă a suprafeţelor vitrate în

ansamblul anvelopei şi prin rezistenţa termică mai redusă în raport cu celelalte elemente ale anvelopei.

Repartiţia lunară a necesarului de energie pentru încălzire indică valori maxime pentru lunile decembrie –

ianuarie şi minime pentru aprilie- septembrie, delimitând sezonul de încălzire.

5.5 Concluzii privind performanţa energetică a locuinţei unifamiliale Sibelius

Valorile indicatorului de consum specific anual de energie pentru încălzire determinate prin diferite

metode sunt apropiate, ceea ce confirmă faptul că ipotezele luate în calcul reflectă în bună măsură

comportarea reală a clădirii (tabelul 5.3) .

Tabelul 5.3. Valorile consumului specific anual de energie pentru încălzire evaluat prin diferite

metode

Consumul specific anual de energie pentru încălzire,

calculate prin:

Valoare - q [kWh/m2

an]

MC 001-2006 47,64

Consumuri lunare – calcul global 51,33

Regresie lineară 52,70

Simulare numerică program CASANOVA 44,8

Indiferent de metoda de evaluare, valorile obţinute conduc la încadrarea clădirii în clasa energetică

A.

Simularea numerică a comportării energetice a clădirii demonstrează eficienţa sistemului pasiv de

valorificare a energiei solare, integrat în arhitectura clădirii, mai mult de 50% din pierderile de

căldură fiind compensate prin aport solar.





20

Bibliografie

1. Atanasiu B., Petran H., Raph O., Griffiths N., Potcoavă A.: Implementarea clădirilor cu consum

de energie aproape zero (nZEB) în România. Definire și foaie de parcurs, BPIE, 2012;

2. http://www.c2es.org/docUploads/cop-21-paris-summary-02-2016-final.pdf;

3. Carassus J.: The implementation of Energy Efficient Buildings Policies: an International

comparison, International Council for Research and Innovation in Buildings and Construct;ion,

Paris, 2013;

4. http://www.casamea.ro/casa/constructii/solutii-constructive/casa-pasiva-la-suceava-cu-consum-

foarte-mic-de-energie;

5. http://www.green-report.ro/casa-pasiva-cu-hamac-de-la-suceava;

6. Corduban C. G.: Structuri moderne din lemn pentru dezvoltare sustenabilă, Teză de doctorat,

Universitatea Tehnică Gh. Asachi, 2013;

7. Davideanu C.I., Borcea V. T. - Elemente de statistică matematică cu aplicaţii în managementul

afacerilor- Editura PIM Iaşi, 2006

8. Turner W. C , Dauty S. –Energy management handbook - The Fairmont Press Inc. Taylor &

Francis Group, 2006

9. Directiva nr. 2010/31 UE privind performanța energetică a clădirilor, 2010;

10. Normativul M C001- 2006- Metodologie de calculul a performanţei energetice a clădirilor

11. Directiva nr. 2010/28 UE privind din surse regenerabile, 2013;

12. Directiva nr. 2012/27 UE privind eficiența energetică, 2012.

http://www.c2es.org/docUploads/cop-21-paris-summary-02-2016-final.pdf

http://www.casamea.ro/casa/constructii/solutii-constructive/casa-pasiva-la-suceava-cu-consum-foarte-mic-de-energie

http://www.casamea.ro/casa/constructii/solutii-constructive/casa-pasiva-la-suceava-cu-consum-foarte-mic-de-energie

http://www.green-report.ro/casa-pasiva-cu-hamac-de-la-suceava

Raport științific și tehnic, Etapa I (2016) · 2019-11-04 · Model de locuință unifamilială...

Documents

Transcript of Raport științific și tehnic, Etapa I (2016) · 2019-11-04 · Model de locuință unifamilială...