STUDIUL SOLUȚIILOR DE EFICIENTIZARE ENERGETICĂ A CLĂDIRILOR - REZUMAT- ing. Gabriel Cosmin BUZATU COMISIA DE DOCTORAT Președinte Prof.dr.ing. NICOLAE Petre Marian Universitatea din Craiova Conducător de doctorat Prof.dr.ing. MIRCEA Ion Universitatea din Craiova Referent Prof.dr.ing. NECULA Horia Universitatea Politehnica București Referent Prof.dr.ing. IVAN Gabriel Universitatea Tehnică de Cosntrucții București Referent Prof.dr.ing. BICĂ Marin Universitatea din Craiova Craiova, 2019
Transcript
STUDIUL SOLUȚIILOR DEEFICIENTIZARE ENERGETICĂ A
CLĂDIRILOR
- REZUMAT-
ing. Gabriel Cosmin BUZATU
COMISIA DE DOCTORAT
Președinte Prof.dr.ing. NICOLAE Petre Marian Universitatea din Craiova
Conducătorde doctorat
Prof.dr.ing. MIRCEA Ion Universitatea din Craiova
Referent Prof.dr.ing. NECULA Horia Universitatea PolitehnicaBucurești
Referent Prof.dr.ing. IVAN Gabriel Universitatea Tehnică deCosntrucții București
Referent Prof.dr.ing. BICĂ Marin Universitatea din Craiova
1. ANALIZA ENERGETICĂ ACTUALĂ ÎN DOMENIUL CLĂDIRILOR................................. 5
2. METODE DE EVALUARE A PERFORMANȚELOR ENERGETICE LA CLĂDIRI............... 8
3. MODELAREA MATEMATICĂ A ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE AFERENTECLĂDIRILOR................................................................................................................... 14
4. ANALIZA COMPARATIVĂ A REZULTATELOR OBȚINUTE ÎN URMA APLICĂRIISOLUȚIILOR DE EFICIENTIZARE ENERGETICĂ ÎN FUNCȚIE DE TIPULCLĂDIRILOR................................................................................................................... 18
5. CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PROPII........................................................................... 23
Teza de față cuprinde un volum relevant de informații privind eficiența energetică în mediulconstruit în zone cu condiții climatice similare, dar cu destinații diverse, din România.Lucrarea contribuie la cunoașterea în domeniul tematic abordat prin prezentareaconcentrată de informații referitoare la unele din cele mai importante sectoare ale clădirilor:rezidențiale și educație. Accentul a fost pus pe stocul de clădiri existent, deoareceîmbunătățirea performanței sale energetice este esențială nu numai pentru atingereaobiectivelor UE pentru anul 2020, dar și pentru îndeplinirea obiectivelor pe termen lung aleclimei și strategiilor energetice. Lucrarea prezintă de asemenea, o imagine de ansambluasupra tendințelor, strategiilor și sistemelor utilizate la nivel european pentru reducereaconsumurilor energetice, ținând cont de reglementările legislative în vigoare și deinstrumentele și inițiativele de finanțare accesibile. Au fost dezvoltate instrumente deanaliză a opțiunilor de optimizare energetică a componentelor structurale ale clădirilor careau permis formularea unui cadru-procedură eficient și ușor abordabil pentru evaluareaprocesului de luare a deciziilor de creștere a eficienței energetice a clădirilor.
Aș dori să îi mulțumesc dlui. Prof.dr.ing. Ion Mircea, pentru susținerea și coordonareaștiințifică pe parcursul elaborării acestei teze.
De asemenea, le mulțumesc membrilor comisiei de doctorat: - Președinte: Prof. dr. ing.Petre Marian Nicolae, de la Universitatea din Craiova; Referent: Prof. dr. ing. Horia Necula,de la Universitatea Politehnica din Bucuresti; Referent: Prof. dr. ing. Gabriel Ivan, de laUniversitatea Tehnică de Construcții București; Referent: Prof. dr. ing. Marin Bică de laUniversitatea din Craiova, care au avut răbdarea să citească această lucrare și mi-au sugeratobservații valoroase pentru îmbunătățirea acesteia.
Gândurile mele de recunoștință și prietenie se îndreaptă către dl. Director general INCESA,Prof.dr.ing. Leonardo Geo Mănescu și dna. Conf. dr.ing. Denisa Rusinaru, pentru încurajareși consiliere.
Mulțumesc, de asemenea, colectivului de energetică din cadrul Departamentului IEEA alFacultății de Inginerie Electrică din Craiova, care mi-a oferit tot sprijinul pe parcursulstagiului meu de doctorat.
Gândurile mele cele mai calde merg către soția și familia mea, care m-au sprijinit, m-auînțeles și m-au încurajat să finalizez cu succes acest obiectiv.
4
LISTA PRINCIPALELOR NOTAȚII ȘI SIMBOLURI
Simbol Unitate demăsură Semnificație
A m2 aria suprafeţei fiecărui element de construcţie; aria anvelopei clădirii; ariatotală a elementului vitrat ,,n”
Ao % adaosul pentru orientareC Wh/K capacitatea termică interioară a clădiriiDθ ͚ zile durata convenţională a perioadei de încălzireG W/m3K coeficientul global de izolare termică a clădiriiH W/K coeficient de pierderi termice al clădiriii (s/m)4/3 coeficient de infiltraţie a aerului prin rosturi
Isj W/m2 radiaţia solară totală medie pe perioada de calcul pe o suprafaţă de 1 m2
având orientarea ,,j”lK m lungimea punţii termice liniare kn - numărul încăperilor construcţieina h-1 numărul mediu de schimburi de aer pe orăno h/an numărul de ore de funcţionareN W/m3K numărul de grade-zile, calculat conform SR4839-1997Nn h perioada de nefuncţionare a instalaţiei de recirculare a apei caldeNp - numărul de persoanep m lungimea conturului pereţilor în contact cu solulPn kW putere instalatăQh kWh necesarul de energie pentru încălzirea clădiriiQp W pierderile de căldură prin suprafeţele opace (pline, zidite)Qs W flux termic cedat prin sol
Qv W pierderile de căldură prin suprafeţele vitrate, căldura necesară pentruîncălzirea aerului infiltrat prin ventilaţie
Qu W necesarul de căldură pentru încălzirea aerului pătruns la deschidereauşilor exterioare
R’ m2K/W rezistenţa termică specifică corectată a elementului de construcţieconsiderat, stabilită conform STAS 6472/3
'jR m2K/W rezistenţele termice corectate, medii pe ansamblul clădirii, ale elementelor
de construcţie perimetrale'mR m2K/W rezistenţa termică corectată, medie, a anvelopei clădirii
Si m2 aria suprafeţei ,,j” cu care suprafaţa ,,i”, realizează cuplaj radiativUj W/m2K transmitanţa termică e elementului de construcţie j
Vclad m3 volumul interior, încălzit al clădiriiVe m3 volumul exterior construitαi W/m2K coeficientul de transfer termic prin suprafaţă la interiorαa W/m2K coeficientul global de transfer termic la exteriorul conducteii C temperatura interioarăe C temperatura exterioarăλ W/mC conductivitatea termică a materialului
5
INTRODUCERE
Sectorul clădirilor constituie unul dintre mai mari și mai dinamice sectoare economice, atâtîn ceea ce privește valoarea adăugată, cât și consumul total de energie. Consumă cantitățisemnificative de substanțe naturale (materii prime, apă, energie) în diferitele faze aleactivității sale care acoperă construcția, operarea și demolarea structurilor. O mare cantitatede energie este necesară pentru funcționarea clădirilor pe durata lor de viață în scopulsatisfacerii nevoilor de habitare - aproximativ 40% din consumul final de energie din UE în2012, România nefăcând diferență. Conform datelor furnizate de Federația Europeană aIndustriei Construcțiilor (FIEC), sectorul construcțiilor a contribuit în 2013 cu 8,8% din PIB-ul UE-28, reprezentând aproximativ 1,162 miliarde de euro [13]. Clădirile reprezintă cea maimare parte a activităților de construcții 79%. Dintre acestea, sectorul rezidențial este cel maimare consumator de energie, cu până la 66% în 2012 din consumul final total de energie înclădiri la nivelul UE [14].
Prin raportare la dimensiunea acestui sector, se poate vorbi de intervenții relativ reduse înstocul de clădiri existente care pot produce însă, la nivel mondial la efecte cumulative șiînlănțuite extrem de importante asupra emisiilor de CO2 [12], cu impact pozitiv directasupra climei globale, care se consolidează în continuare în nevoia de a aborda clădirile caadevărate sisteme de energie care necesită eficientizarea funcționării. Întrucât problemelede mediu devin tot mai importante, există din ce în ce mai multe inițiative de creștere aeficienței energetice la clădiri care urmăresc reducerea necesarului de energie pe durata deviață și crearea de clădiri nZEB [4], prin aplicarea de criterii adecvate pentru utilizarearesurselor naturale în general și a surselor regenerabile de energie, în special.
Obiectivele acestei lucrări sunt de a studia și dezvolta instrumente de analiză a opțiunilor deoptimizare energetică a componentelor structurale ale clădirilor și de a formula un cadru-procedură eficient și ușor abordabil pentru evaluarea procesului de luare a deciziilor decreștere a eficienței energetice a clădirilor.
Aceste obiective sunt deosebit de importante, de vreme ce succesul și nevoia continuare amăsurilor de conservare a energiei în sectorul construcțiilor, precum și necesitateaimplementării surselor regenerabile de energie depind de dezvoltarea și implementareaunor politici eficiente de conservare a energiei, bazate pe analize și modele corecte șiaccesibile. Cadrul legislativ național, raportat la reglementările europene actuale șitendințele pe termen mediu preconizate oferă de asemenea un context important.
CAPITOLUL 1.ANALIZA ENERGETICĂ ACTUALĂ ÎN DOMENIUL CLĂDIRILOR
O îmbunătățire a performanței energetice a clădirilor, simultan cu reducerea emisiilor decarbon, ar aduce beneficii majore, cum ar fi creșterea durabilității, costuri de întreținere maireduse, un confort sporit, valori mai ridicate ale proprietății, creșterea suprafeței locuibile,
6
productivitate sporită, precum și îmbunătățirea sănătății și siguranței ocupanților. Obiectivulfinal este așa-numita clădire inteligentă.
La ora actuală, sunt cunoscute corelaţiile care există între energie şi mediu. În toateprocesele de explorare, conversie, transport, distribuţie şi utilizare a tuturor formelor deenergie mediul este afectat. Substanţele care rezultă din aceste procese poluează chimic,vizual, electric, magnetic şi sonor mediul în general, dar şi fiinţele vii (oamenii, plantele,animalele). Substanţele chimice rezultate din arderea combustibililor (CO2, SO2, NOx, CH4)sunt cauza efectului de seră, care duce la creşterea temperaturii mediului ambiant.Evaluarea gradului de implementare a obiectivelor stabilite de directiva europeană deeficiență energetică pentru tările EU este realizată pe baza analizelor evoluției unorindicatori fundamentali definiți de consumul de energie primară, consumul final de energie șirepartiția acestora pe sectoare economice.
În România, conform statisticilor întocmite de Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltareîn Construcţii, Urbanism şi Dezvoltare Teritorială Durabilă „URBAN-INCERC” - INCDURBAN-INCERC, consumul de energie în sectorul locuinţelor şi sectorul terţiar (birouri,spaţii comerciale şi alte clădiri nerezidenţiale) reprezintă împreună aproximativ 45% dinconsumul total de energie.
Consumul total de energie, pe categorii de clădiri, este prezentat în Fig. 1.1, [19].
Fig. 1.1. Estimarea consumului de energie mediu în clădiri de locuințe 2005-2010, [19]
Toate aceste cerinţe, precum şi impunerile legate de utilizarea surselor regenerabile deenergie pentru clădirile noi sau care suportă renovări majore, conform Directivei privindpromovarea utilizării energiei din surse regenerabile (DIRECTIVA 2009/28/EC, [24]), oferăun cadru prin care pot fi implementate o serie de măsuri, de politici, menite să reducăconsumul de energie, în special în sectorul clădirilor [20]. Analiza valorilor statisticeaferente ponderii consumurilor de energie pe sectoare pe perioada 2011-2015 relevă pozițiade lider a sectorului casnic.
Cu o scădere de numai 1% în perioada menționată, acest sector continuă să reprezinte maimult de o treime (34%) din valoare consumului energetic final la nivel național, [16],,conform Fig. 1.2.
7
Fig. 1.2. Pondere consumuri energetice pe sectoare în consumul final energetic 2011-2014, [16]
Măsurile și inițiative aplicate la nivel național vizând măsurile de eficiență energetică laclădiri și la aparate electrocasnice, dublate de creșterea prețului energiei, au dus lascăderea consumului specific în locuințe de 10,8 % la nivel național pentru perioada 2012-2015 (vezi Fig. 1.3), [2].
Fig. 1.3. Consumul specific de energie pe suprafață locuibilă, [2]
Fig. 1.4. Evoluția fondului de locuințe în perioada 2011-2017, [16]
8
Fig. 1.5. Evoluția suprafață locuibilă în perioada 2011-2017, [16]
Reducerea valorilor consumurilor energetice în acest sector a fost susținută de asemenea de ocreștere a fondului locativ cu o rată medie de aproximativ 0,5 % pe an (2,9 % pe întreaga perioadă2011-2017) și a suprafeței locuibile aferente, [16], [17], așa cum se poate observa din Fig. 1.4-1.5.O atenție deosebită trebuie concentrată asupra analizelor modului de calcul a costurilor cuîncălzirea ţinând cont în primul rând de particularităţile blocurilor de locuinţe. Indiferent demodul de încălzire al acestuia la calculul cheltuielilor va trebui să se ţină seama denormativele/metodologia de calcul a necesarului de căldură din care rezultă suprafeţelesuplimentare ale aparatelor de încălzire apartamentele din anumite poziţii (ultimul etaj, etajintermediar, parter, colţ, nord). Acestea asigură confortul celor care locuiesc în restulapartamentelor. Este un lucru clar, simplu, ştiut şi care trebuie luat în considerare ca atare lamodul de calcul al repartiţiei energiei termice consumate pentru încălzire.
O problemă importantă care trebuie avută în vedere este modul de asigurare a fondurilorpentru reabilitarea termică a clădirilor bolnave. Este de ştiut că o bună parte din familii carelocuiesc în blocuri sunt sărace şi nu dispun nici de banii pentru plata consumului de energie.Ele se debranşează şi în felul acesta scade temperatura în locuinţe, cu implicaţii asupra stăriide sănătate. De aceea trebuie apelate optim fondurile și programele destinate creșteriieficienței energetice în clădiri.
În acest scop este necesară dezvoltate și implementarea de soluţii legislative şi de finanţareconcrete pentru utilizarea surselor regenerative de energie, care să acopere o parte dinnecesarul de energie termică şi electrică și să asigure atingerea obiectivelor urmărite la nivelmondial de tip nZEB sau Smart Building.
Pentru difuzarea mai largă a acestor măsuri și tehnologii este necesară instruirea despecialiști în domeniul proiectării, instalării și exploatării soluțiilor integrate. Cercetările șidezvoltările viitoare trebuie să ia în considerare interacțiunile complexe dintre clădirileindividuale, comunitate și sistemele de mari dimensiuni.
Noile funcții ale sistemelor avansate de management și control energetic în clădiri ar trebui săincludă integrarea eficientă și interoperabilitatea cu rețeaua electrică, precum și analizaprivind răspunsul la cerere și managementul energetic al consumatorilor individuali,
9
utilizând tehnologii inovatoare de ultimă generație permițând integrarea rețelelor inteligenteși a sistemelor de energetice cu pondere crescută a energiilor regenerabile. Aceste tehnologiiși servicii destinate eficientizării energetice a clădirilor trebuie să prevadă soluții avansatecapabile să asigure stabilitatea și securitatea necesare în contextul noilor sisteme de energiecare integrează o proporție crescândă de surse variabile de energie regenerabilă. Dezvoltărileulterioare se referă în final la integrarea sistemelor IoT și sistemelor de automatizare, controlși management integrat , precum și la definirea la nivel internațional, a unui dialog standardcomun între aplicații și dispozitive extrem de diverse, [10].
CAPITOLUL 2.METODE DE EVALUARE A PERFORMANȚELOR ENERGETICE LA
CLĂDIRI
Performanțele energetice ale clădirilor, indiferent de tipul și destinația acestora, se stabilescpe baza consumului energetic al clădirilor în funcție de necesarul de căldură pentruîncălzire, preparare apă caldă de consum, ventilație, climatizare și tehnologic. Estimareanecesarului de căldură pentru încălzirea aerului din interiorul unei clădiri până la valoareade temperatură considerată de confort, se bazează pe calcule de higrotermica construcțiilor,ținându-se cont de performanțele energetice ale materialelor de construcție ce intră înalcătuirea elementelor de anvelopă ale clădirii.
În acest capitol sunt prezentate metodele pe baza cărora se pot stabili sarcinile termicenecesare asigurării unui confort termic adecvat în interiorul spațiilor închise, ținând cont deinfluența unor factori ca tipul materialelor de construcție, temperatura aerului interior șiexterior, numărul de schimburi de aer, asigurarea condițiilor de confort fiziologic,amplasamentul și structura clădirilor. Este pusă în evidență oportunitatea utilizării fiecăreimetode în funcție de obiectivul urmărit. De asemenea sunt prezentate caracteristicile uneiaplicații software originale, dezvoltată in-house, pentru determinarea performanțelorenergetice ale clădirilor, precum și validitatea și rezultatele utilizării acesteia pe un studiu de caz.
Analiza performanțelor energetice la clădiri asistată cu aplicația software (in-house), a fostdevoltată cu ajutorul meniul de programare Visual Basic. Visual Basic face parte dinpachetul Visual Studio al companiei Microsoft şi, ca de altfel şi celelalte limbaje “vizuale” aleMicrosoft (mai puţin Visual C++), este axat pe componenta de interfata a programului,programatorul putând realiza cu uşurinţă interfeţe standardizate de tip Windows (ferestre,butoane, liste etc.) fără a fi nevoie de scrierea de cod pentru acest lucru [26]. Acesta deţine obibliotecă de componente vizuale (liste, calendare, meniuri etc.) a căror componente(grafica şi funcţională) sunt deja implementate.
Aplicația software BUILD-EN implementează în algoritm metodologia curentă, permițânddeterminarea facilă a performanţelor energetice la clădiri cu costuri minime asociateinstrumentelor software de calcul. Aplicația BUILD-EN include următoarele funcții,prezentate în Tabelul 2.1:
10
Tabel 2.1. Funcțiile programului
Nr.crt. Date de intrare Rezultate Interfață
asociată
1. Caracteristici termotehnicemateriale de construcție Rezistența termică a materialului
2. Coeficienți specifici liniari (punțitermice si transmitanța) Rezistența termică corectată
3. Lungimea și lățimea anvelopei Aria anvelopei
Fig. 2.1
4. Coeficientul de cuplaj termic Coeficientul de pierderi prin transmisie
5. Densitatea și căldura specifică aaerului Coeficientul de pierderi prin ventilare
Fig. 2.2
6. Degajarile de căldură interne;aporturile solare prin elemente vitrate Aporturile de căldură ale clădiri
7. Capacitatea termică interioară Factorul de utilizare preliminar8. Temperatura interioară de calcul Temperatura echilibru și perioada de încălzire
Fig. 2.3
9.Temperatura exeterioară medie,număr ore perioadă de încălzire șiaporturi solare prin elemente vitrate
Necesarul de căldură pentru încălzire Fig. 2.4
10. Coeficienți și caracteristici rețeadistribuție Consumul de energiepentru încălzire Fig. 2.5
11.
Temperatura apei calde, volumulnecesar de apă caldă, numărul depersoane din clădire, coeficiențispecifi rețea distribușie
Consumul de energie pentru prepare apăcaldă de consum Fig. 2.6
12. Suprafața locuibilă, puterea electricăinstalată, timpul de utilizare Consumul de energie pentru iluminat Fig. 2.7
13. Aplicare factori conversie energieprimară și factori de emisie Energia primară și emisiile de CO2 Fig.2.8
14. Consumurile specifice și penalitățistabilite
Certificarea energetică a clădirii și notaacordată Fig. 2.9
15. - Centralizator rezultate Fig. 2.10Pentru exemplificare s-au utilizat valorile datelor de intrare aferente unei clădiri/apartament cucaracteristicile prezentate anterior. Rezultatele analizei energetice realizate cu ajutorul aplicațieiBUILD-EN pot fi extrase din interfețele generate succesiv de aceasta (Fig. 2.1.....Fig.2.10):
Fig. 2.2. Interfața 2 – Determinarea coeficientului de pierderi
Fig. 2.3. Interfața 3 – Determinarea aporturilor de căldură și temperaturii de echilibru
Fig. 2.4. Interfața 4 – Determinarea necesarului pentru încălzire
12
Figura 2.5. Interfața 5 – Determinarea consumului de energie pentru încălzire
Fig. 2.6. Interfața 6 – Determinarea consumului de energie pentru preparare apă caldă de consum
Fig. 2.7. Interfața 7 – Determinarea consumului de energie pentru iluminat
13
Fig.2.8. Interfața 8 – Determinarea energiei primare și a emisiilor de CO2
Fig. 2.9. Interfața 9 – Certificarea energetică și nota acordată
Fig. 2.10. Centralizator rezultate .exe
14
Alegerea uneia sau alteia dintre metodele de evaluare a necesarului de căldură, se realizeazăîn funcție de scopul efectuării acestui calcul. Astfel, dacă se dorește stabilirea puterii termicenecesare a fi instalată într-o centrală termică (individuală, de scară, debloc,etc.) pot fifolosite primele două metode de calcul (metoda de calcul pe conturul exterior al clădirii saumetoda caracteristicii termice). Dacă este necesară dimensionarea corpurilor de încălzire ceurmează a fi instalate în încăperile care compun clădirea, se recomandă folosirea metodei decalcul bazată pe SR1907-1/1997. În cazul în care se dorește evaluarea performanțelorenergetice pentru clădiri, se recomandă utilizarea metodei MC001/2006, care permite șietichetarea energetică a clădirilor.
Referitor la această ultimă metodă de calcul, strict pe studiul de caz analizat, rezultateleenergetice obținute încadrează clădirea/apartamentul analizat în clase energetice diferite(clasa C pentru încălzire, clasa E pentru apă caldă de consum, clasa A pentru iluminat) ceeace conduce per total,la o clasă energetică ,,D”,adică la un consum specific total de ≈308,37kWh/m2an. Ținând seama de aceste încadrări energetice și de penalitățile acordate, rezultă onotă energetică de 74,73. Pentru acest studiu de caz, s-a utilizat un program de calcul, bazatpe metodologia în vigoare MC001/2006, realizat în mediul de programare Visual Basic.Rezultatele obținute cu acest program, care reprezintă contribuție originală, sunt verificateși validate cu ajutorul soft-ului ,,AllEnergy”, program recunoscut pe plan național.
CAPITOLUL 3.MODELAREA MATEMATICĂ A ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE
AFERENTE CLĂDIRILOR
Elementele de anvelopă ale unei clădiri, opace și/sau vitrate, sunt influențate în moddiferit de factorii de mediu ca temperatura, umiditatea sau radiația solare prin suprafețeleinterioare și exterioare. Transferul de căldură între cele două medii fluide aer cald (îninteriorul clădirii)/aer rece (din exteriorul clădirii), separate printr-o suprafață solidă(perete de zidărie sau element vitrat), se realizează printr-un proces termic complex, carepresupune: convecție termică de la aerul din interiorul clădirii la suprafața interioară aelementului solid de construcție, conducție termică prin straturile de material carealcătuiesc elementul de construcție și din nou convecție termică de la suprafața exterioarăa elementului de construcție la aerul exterior.
În acest capitol sunt prezentate aspectele generale ale principiilor fizice de realizare aproceselor de transfer termic, fundamentate pe baza unor ecuații stabilite prin modelematematice complexe și studii de caz relevante privind comportarea elementelor deconstrucție perimetrale la transferul de căldură. Au fost astfel identificate soluții optime deamplasare și realizare a structurilor construite aferente clădirilor, în funcție de destinația șitipul acestora. În scopul efectuării unor analize eficiente a proceselor de transfer de căldură,a fost realizată o aplicație software Visual C pentru determinarea parametrilor caracteristiciai proceselor de transfer termic și al nivelului pierderilor de căldură prin elementeleconstitutive ale anvelopei clădirii.
15
Având la bazǎ aspectele teoretice, referitoare la modelarea transferului de cǎldurǎ lanivelul elementelor de anvelopǎ ale unei clǎdiri, s-a realizat în mediul Visual Basic[25][26] o aplicație software ce permite calculul parametrilor ce caracterizeazǎ proceselede transfer termic la nivelul elementelor vitrate de anvelopǎ, cu interfețele asociatefuncțiilor caracteristice prezentate în Fig. 3.1.......Fig.3.4.
Fig. 3.1. Date de intrare și calculul coeficientului de convecție termică
Fig. 3.2. Calcul iterativ al coeficientului de convecție pe fața interioară a ferestei și a temperaturiireale pe suprafața interioară a ferestei, mai multe iterații de calcul
Fig. 3.3. Calcul iterativ al coeficientului de convecție pe fața interioară a ferestei și a temperaturiireale pe suprafața interioară a ferestei
16
Fig. 3.4. Determinarea fluxului total de căldură transmis prin fereastră
Variaţiile densităţii fluxurilor termice la faţa interioară, qi, repectiv exterioară, qe, a geamului şi afluxului de căldură total transmis prin fereastră, QFE, în funcţie de tipul ferestrei şi de orientarealor geografică, pentru o temperatură interioară de 18C, sunt prezentate în diagramele dinfigurile 3.5...3.27.
Fig. 3.5. Variaţiile densităţii fluxului termic la faţa interioară a ferestrei, funcţie de tipul acesteia:a)amplasare în interiorul localităţii; b) amplasare în afara localităţii
Fig. 3.6. Variaţiile densităţii fluxului termic la faţa exterioară a ferestrei, funcţie de tipul acesteia:a)amplasare în interiorul localităţii; b) amplasare în afara localităţii
17
Fig. 3.7. Variaţiile fluxului termic total transmis prin ferestră, funcţie de tipul acesteia: a) amplasareîn interiorul localităţii; b) amplasare în afara localităţii
Compararea celor trei familii de modele prezentate în lucrare (aproximarea factorilor deformǎ, încǎperea fictivǎ şi rezistenţele termice radiative) care permit calculul fluxului decǎldurǎ transmis prin radiaţie în cadrul modelelor monozonǎ şi multizonǎ cu metodaradiozitǎţii, pune în evidență valori ale rezultatelor cu abateri minore (<10%) pentru factoride formǎ apropiaţi de 1, și un bilanţ de transfer termic radiativ întocmit cât mai exact.
Din analiza rezultatelor obţinute în urma simulǎrii transferului de cǎldurǎ printr-o fereastrǎsimplǎ se desprind urmǎtoarele concluzii:
Convergenţa valorii reale a temperaturii pe faţa interioarǎ a ferestrelor simplepresupune în majoritatea cazurilor efectuarea de 3 iteraţii;
Temperatura pe faţa interioarǎ a ferestrei variazǎ de la 8,6976C în cazul ferestreisimple tip III, la amplasarea în afara localitǎţii şi temperaturǎ a aerului interior de+18C, la maxim 9,8735C în cazul ferestrei simple tip II, la amplasarea în interiuorullocalitǎţii şi o temperaturǎ de +22C;
Coeficienţii de convecţie termicǎ pe faţa interioarǎ a ferestrei înregistreazǎ fluctuaţiidestul de mici în funcţie de temperatura aerului interior şi de absorbţia radiaţieisolare (între 3,4918 W/(m2K) şi 3,8440 W/(m2K)), fiind ca valoare < 4 W/(m2K);
Orientarea geograficǎ a ferestrei, prin indicele de absorbţie a radiaţiei solare, influenţeazǎvaloarea pierderilor de cǎldurǎ, indiferent de tipul ferestrei, observându-se cǎ la scǎdereaacestui parametru, rezultǎ o creştere a pierderilor de cǎldurǎ prin fereastrǎ;
În raport cu orientarea geograficǎ, deci cu coeficientul de absorbţie a radiaţiei solare,se observǎ cǎ fluxul termic unitar la faţa interioarǎ a ferestrei creşte odatǎ cureducerea intensitǎţii radiaţiei solare, având valori apropiate de valorile fluxuluitermic unitar la faţa exterioarǎ a ferestrei. La intensitǎţi mari ale radiaţiei solareqi=(30,1252 …31,4475) W/m2, respectiv qe=(39,3752 …40,7255) W/m2, adicǎ o diferenţǎ
18
de aproximativ (9,25...9,79) W/m2, spre deosebirea de cazul în care intensitatearadiaţiei solare este mai micǎ, caz în care, qi=(31,6467 …32,8823) W/m2, respectivqe=(33,6767 …34,8523) W/m2, adicǎ o diferenţǎ de aproximativ (2,03...1,97) W/m2;
Valoarea coeficientului de convecţie la faţa exterioarǎ a ferestrei simple, cu un geam,indiferent de tipul acesteia, variazǎ funcţie de viteza vântului de calcul, crescând deaproape 1,25 ori pentru o creştere a vitezei vântului cu 1,5 m/s, de la 23,25 W/(m2K) încazul amplasǎrii clǎdirii în interiorul localitǎţii la 29,10 W/(m2K) în cazul amplasǎriiclǎdirii în afara localitǎţii;
Fluxul de cǎldurǎ transmis din interiorul încǎperii cǎtre mediul exterior depinde atâtde coeficientul global de transfer de cǎldurǎ ke cât şi de diferenţa de temperaturǎdintre cele douǎ medii separate de fereastrǎ. Astfel, coeficientul global de transfer decǎldurǎ are valoarea cea mai micǎ în cazul ferestrei simple de tip III, la amplasarea înlocalitate a clǎdirii cǎreia îi aparţine fereastra respectivǎ şi la o temperaturǎ a aeruluiintrerior de +18C (2,9813 W/(m2K)), ceea ce conduce la o pierdere de cǎldurǎ de206,60 W, iar valoarea ceam mai mare se înregistreazǎ în cazul ferestrei simple de tipIV, la amplasarea în afara localitǎţii a clǎdirii şi la o temperaturǎ a aerului interior de+22C (3,3948 W/(m2K)), ceea ce conduce la o pierdere de cǎldurǎ de 324,88 W. Seobservǎ cǎ la o creştere cu 13,87% a coeficientului global de transfer de cǎldurǎ,rezultǎ o creştere a piredrii de cǎldurǎ cu mai mult de 50%;
Pierderile de cǎldurǎ prin ferestre simple ating cele mai mari valori în cazulferestrelor simple de tip IV, în cazul clǎdirilor amplasate în afara localitǎţilor,indifferent de orientare şi de temperature aerului din interiorul încǎperii.
CAPITOLUL 4.ANALIZA COMPARATIVĂ A REZULTATELOR OBȚINUTE ÎN
URMA APLICĂRII SOLUȚIILOR DE EFICIENTIZARE ENERGETICĂÎN FUNCȚIE DE TIPUL CLĂDIRILOR
Capitolul include ca obiective: identificarea perspectivelor privind eficiența energetică șiposibilitățile de aplicare a măsurilor de eficiență energetică în clădiri abordate ca sistemeenergetice cu particularități impuse de condițiile de amplasament (geografice, legislative,de activitate); furnizarea de recomandări pentru identificarea și evaluarea măsurilor deeficiență energetică în clădiri, tratate ca sisteme energetice; formularea unei referințepentru studiile de caz viitoare; elaborarea și evaluarea unei proceduri de estimare a stării șievoluției performanțelor energetice ale unor clădiri - benchmark.
Sunt propuse criterii de evaluare pentru diferite tehnologii menționate anterior,considerate adecvate pentru cuantificarea din punct de vedere tehnic a măsurilor deeficiență și de creștere a confortului termic.
Procedura de analiză a performanțelor energetice a clădirilor descrisă în această secțiuneeste aplicată pentru două categorii de clădiri, reale, însă cu caracteristici sintetice
19
încadrabile în categoria benchmark-uri de comportament energetic. Permite evaluareaparametrilor de performanță energetică obținuți în urma adoptării unor măsuri clasificateca fiind de referință pentru condițiile și datele de intrare considerate și având ca scopcreșterea eficienței energetice și confortului termic în clădiri.
O analiză completă a consumului de energie termică pentru diverse categorii de clădiri, învederea identificării potențialului de economisire a resurselor energetice și a soluțiiloroptime care pot fi aplicate în acest scop ia în considerare un set complex de parametri șiinformații care caracterizează atât clădirea, cât condițiile ansamblului/mediului în careeste integrată [1].
Sunt prezentate etapele procedurii de evaluare a potențialului optim de economisire aresurselor energetice pe categorii de clădiri. Acestea includ:
1. Caracterizarea setului de date de intrare
Tipul activităților desfășurate în clădire: Categoria clădirilor din punct de vedere al permeabilităţii aerului: Performanțele corpurilor de încălzire: Caracteristici ale sistemului de încălzire și preparare apă caldă de consum Datele climatice caracteristice zonei în care este amplasată clădirea în mediul construit:
2. Stabilirea scenariilor de interes pentru stabilirea structurilor de referință șidefinirea măsurilor de intervenție pentru obținerea soluțiilor optimizate
Pentru evaluarea consumului de energie termicǎ [102] pentru clădirile analizate s-au avutîn vedere trei opţiuni de intervenţie asupra anvelopei construcţiilor, prin raportare lasituația existentă (Existent):
Scenariul 1 (Reab. 1) – reabilitare suprafețe opace și termoizolare cu polistirenexpandat pentru pereți exterior, respectiv vata minerală bazaltică pentru planșeuultim etaj de 0,1 m cu un coeficient de conductivitate termică de 0,035 W/mK ;
Scenariul 2 (Reab. 2) – înlocuire suprafețe vitrate cu tâmplărie de aluminiu, vitrajdublu cu acoperire selectivă low-e;
Scenariul 3 (Reab. 3) – reabilitare totală, atât a suprafețelor opac cât si a suprafețelor vitrate.Procedura de analiză a fost aplicată următoarelor tipuri de clădiri:
clădire de învățământ clădire industrială
3. Determinarea parametrilor termotehnici de performanță energetică aleelementelor de construcție pentru structurile actuale
4. Evaluarea parametrilor temotehnici post-măsuri de reabilitare. În funcție deîncadrarea clădirii în categoriile identificate, se analizează impactul măsurilorconsiderate oportune pentru optimizarea parametrilor de performanță energetică și seformulează soluția optimă.
În tabelul 4.1. sunt prezentate caracteristicile termotehnice aferente anvelopei clădiriianalizate (clădire de învățământ) atât pentru fiecare element de construcție în parte cât șipentru fiecare scenariu analizat.
Perete Exterior V 272.89 0.685 1.798 0.685 1.798Perete Exterior N 354.06 0.598 1.305 0.598 1.305Perete Exterior S 355.32 0.599 1.309 0.599 1.309Perete Exterior E 312.73 0.703 1.93 0.703 1.93
Perete Exterior încontact cu solul V 59.75 0.819 0.985 0.819 0.985
Perete Exterior încontact cu solul E 59.75 0.819 0.985 0.819 0.985
Perete Exterior încontact cu solul N 168 0.819 0.985 0.819 0.985
Perete Exterior încontact cu solul S 168 0.819 0.985 0.819 0.985
Fereastra Exterioară S 185.22 0.14 0.14 0.5 0.5Fereastra Exterioară V 39.17 0.14 0.14 0.5 0.5Fereastra Exterioară N 174.6 0.14 0.14 0.5 0.5Fereastra Exterioară E 39.17 0.14 0.14 0.5 0.5
Ușă exterioară E 8.04 0.14 0.14 0.5 0.5Ușă exterioară N 11.88 0.14 0.14 0.5 0.5
Placă pe sol - 776.7 0.228 1.668 0.228 1.668Planșeu ultimetaj - 776.7 0.648 2.482 0.648 2.482
Pentru situația reală existentă, în vederea identificării zonelor prin care clădirea pierdecăldură, au fost realizate cu ajutorul camerei de termoviziune o serie de imaginitermografice în sezonul rece, la o temperatură a mediului ambiant de aproximativ 2 0C(vezi Figura 4.1....4.2).
Fig. 4.6. Termografiere a pierderilor de căldură prin anvelopa clădirii pe fațada Nord [29]
21
Fig. 4.2. Termografiere a pierderilor de căldură prin anvelopa clădirii pe fațada Sud [29]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Existent Reab. 1 Reab. 2 Reab. 3
Rezistența termică corectată [m2K/W]
Perete Exterior Perete Exterior în contact cu solulFereastra Exterioară Placă pe solPlanșeu ultimetaj
Fig. 4.3. Rezistența termică corectată elemente de construcție
Analizând comparativ caracteristicile termotehnice ale clădirii considerate, se poate observacă rezistențele termice corectate pentru principalele elemente de construcție de anvelopă,suferă modificări importante în urma efectuării lucrărilor de eficiență energetică. Astfel, încazul luării măsurilor de reabilitare termică a elementelor de construcție opace, valoarearezistențelor termice corectate înegistrează o creștere de:
0,646.......1,585 m2K/W în cazul pereților exterior; 0,819.......0,985 m2K/W în cazul pereților în contact cu solul; 0,228.......1,668 m2K/W în cazul pardoselilor în contact cu solul; 0,648........2,482 m2K/W în cazul planșeului peste ultimul etaj.
22
Prin efectuarea lucrărilor de reabilitare termică a elementelor vitrate, rezistența termicăcorectată este mai mare decât în situația reală existentă cu 0,36 m2K/W, ceea ce influențeazăvaloarea coeficientuluinglobal de izolare termică a clădirii.
Pe baza valorilor rezistențelor termice corectate prezentate în tabelul 4.1. pentru toate celepatru variante de analiză energetică a clădirii și în funcție decondițiile climatice specificezonei în care este amplasată clădirea, în tabelul 4.2. sunt prezentate rezultatele obținutepentru principalii indicatori de analiză și eficiență energetică.
caldă de consumkWh/m2an 117,539 117,539 117,539 50,199
Consumul anual specificde energie pentru
iluminatkWh/m2an 12,495 12,495 12,495 8,857
Consumul anual specificde energie total kWh/m2an 390,019 321,854 336,047 138,789
Indice emisie echivalentCO2
kgCO2/m2an 64,619 80,243 79,444 35,435
Coeficientulglobal deizolare termică G W/m3K 0,737 0,478 0,503 0,244
În urma implementării măsurilor de reabilitare termică, se observă că rezistența termicăcorectată medie suferă modificări importante față de varianta reală existentă, atingând ovaloare de 1,516 m2K/W (conform tabel 4.2) în cazul aplicării măsurilor de reabilitare termicăatât a elementelor opace cât si a elementelor vitrate de anvelopă.
Aceste modificări ale valorilor rezistențelor termice medii corectate au ca efect reducereasemnificativă a consumurilor anuale specifice de energie pentru încălzire de la 259,985kWh/m2an în cazul inițial, la 206,013 kWh/m2an după reabilitare suprafețe vitrate, la 191,82kWh/m2an după reabilitare elemente opace și până la 79,734 kWh/m2an în cazul reabilităriitermice a întregii structuri a anvelopei clădirii, conform tabel 4.2. și figura 4.4.
23
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Existent Reab. 1 Reab. 2 Reab. 3
Consumul anual specific de energie [kWh/m2an]
Consumul anual specific deenergie total
Consumul anual specific deenergie pentru încălzire
Consumul anual specific deenergie pentru apă caldă deconsumConsumul anual specific deenergie pentru iluminat
Fig. 4.4. Consumul anual specific de energie
Capitolul de față prezintă etapele și caracteristicile procedurii de identificare a potențialuluide îmbunătățire a eficienței energetice în tipuri de clădiri considerate referințe(benchmark), facând referire la următoarele aspecte:
analiza și formularea condițiilor inițiale privind caracteristicile energetice aleclădirilor benchmark (considerate referințe);
stabilirea elementelor de descriere detaliată a sistemului energetic actual al clădirilor; evaluarea obiectivelor specifice privind parametrii de performanță energetică ai
tipurilor de clădiri considerate prin raportarea lor la obiectivele generale definite lanivelul comunității locale/regionale și compatibile cu țintele definite și reglementatela nivelul UE privind dezvoltarea durabilă;
identificarea și evaluarea soluțiilor concrete și ulterior a tehnologiilor cheie aplicabilecare pot contribui la un patrimoniu durabil de clădiri eficiente energetic;
să formuleze și să stabilească calea optimă în ceea ce privește tehnologiile, piețele,instituțiile care concură la susținerea soluțiilor de creștere a eficienței în clădiri.
Procedura descrisă de analiză a performanțelor energetice ale clădirilor agregă informațiilerelevante privind performanțele energetice actuale ale clădirilor test considerate și asigurăutilizatorului o instrument rapid și ușor de utilizat și interpretat. Spre exemplificare, esteaplicată pentru evaluarea parametrilor energetici ai unor clădiri reale și evaluareaperformanțelor măsurilor de eficientizare energetică identificate ca oportune pentrucategoriile de structuri considerate.
Au fost considerate pentru analiză următoarele măsuri de reabilitare energetică a clădirilor: reabilitare suprafețe vitrate reabilitare elemente opace analizate reabilitare termică a întregii structuri a anvelopei clădirii.
24
Modificarea valorilor rezistențelor termice medii corectate înregsitrată în urma aplicărooacestor măsuri a fost cuantificată într-o reducere semnificativă a consumurilor anualespecifice de energie pentru încălzire, într-un domeniu de 21…70% în cazul clădirilor deînvățământ, respectiv 12…74% în cazul clădirilor industriale.Rezultatele evaluării confortului termic sunt utilizate mai departe în etapa de elaborare amodelelor de optimizare a utilizării eficiente a energiei clădirilor, modele care pot încorporași variabile care consideră preferințele utilizatorilor și care pot corela legătura întreindicatorii de utilizare a energiei în clădire și confortul termic sau pot include ulterior șielemente caracteristice alimentării din surse de energie durabile, regenerabile.
CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PROPII
Concluzii generaleReabilitarea termică a locuinţelor (în funcţie de locuinţă) presupune: izolarea termică apereţilor exteriori; înlocuirea ferestrelor şi uşilor exterioare existente cu altele performanteenergetic; termo-hidroizolarea terasei/ acoperişului/ planşeului peste ultimul nivel; izolareatermică a planşeelor peste subsoluri; închiderea balcoanelor/ logiilor cu tâmplărieperformantă; demontarea instalaţiilor şi echipamentelor montate aparent pe faţadele/terasele locuinţelor şi blocurilor şi remontarea lor dupa efectuarea lucrărilor de izolaretermică; lucrări de refacere a finisajelor anvelopei.În ultimele decenii, o serie întreagă destudii și cercetări au vizat definirea, evaluarea, dezvoltarea, îmbunătățirea și clasificareaindicatorilor de sustenabilitate și de eficiență energetică a fondului de clădiri. Scopul esteacela de a furniza factorilor de decizie informații importante pentru întelegerea și evaluareaimplicațiilor și impactului diferitelor programe energetice, politici alternative, strategii șiplanuri de dezvoltare în țările respective. Acești indicatori, analizați și interpretațicorespunzător pot fi instrumente utile pentru comunicarea datelor referitoare la aspectelelegate de energie și dezvoltare durabilă în sectorul clădirilor, atât pentru factorii de decizie,cât și pentru public, pentru promovarea dialogului instituțional.
Lucrarea de față se înscrie în seria acestor preocupări, incluzând rezultatele unor studiioriginale care pot servi cartografierii efective a indicatorilor existenți de eficiență energeticăîn sectorul construit. Aspectele de eficiență energetică în clădiri sunt tratate din perspectivalegăturilor dintre acești parametri, această abordare integrată permițând clarificareainformațiilor rezultate din datele statistice și consecutiv o mai bună înțelegere a factorilorcare afectează eficiența energetică, mediul, economia și bunăstarea socială, precum și amodul în care aceștia ar putea fi îmbunătățiți. Acești indicatori pot fi utilizați pentru amonitoriza progresul politicilor anterioare, dar și ca un instrument de control în timp realasupra strategiilor de dezvoltare durabilă viitoare.
Obiectivele lucrării constau în studii și dezvoltarea instrumentelor de analiză a opțiunilor deoptimizare energetică a componentelor structurale ale clădirilor și în formularea unuicadru-procedură eficient și ușor abordabil pentru evaluarea procesului de luare a deciziilorde creștere a eficienței energetice a clădirilor. Aceste obiective sunt deosebit de importante,
25
având în vedere nevoia de continuare a măsurilor de conservare a energiei în sectorulconstrucțiilor, precum și necesitatea implementării surselor regenerabile de energie caredepind de dezvoltarea și implementarea unor politici eficiente de conservare a energiei,bazate pe analize și modele corecte și accesibile. Cadrul legislativ național, raportat lareglementările europene actuale și tendințele pe termen mediu preconizate oferă deasemenea un context important.
Obiectivele lucrării se definesc în conţinutul capitolelor elaborate.
Capitolul 1 prezintă încadrarea științifică a temei abordate din perspectiva actualitățiiproblematicii legată de eficientizarea energetică a clădirlor și se concentrează asupraprovocărilor și priorităților pentru realizarea de construcții eficiente din punct de vedereenergetic și durabile. Sunt incluse informații statistice relevante legate de evoluțiaconsumurilor energetice în sectorul clădirilor, precum și ponderea acestora în consumulfinal energetic. Sunt menționate diferite variante de măsuri, soluții și instrumente dedicateeficientizării energetice a clădirilor, iar în acelaşi timp sunt subliniate tendințele șiinteracțiunile între diversele circumstanțe legislative, financiare, sociale sau de mediunecesare pentru maximizarea/optimizarea rezultatelor obiectivului ‘eficiență energetică’ caprecursor al variantelor optime de clădiri.
Capitolul 2 abordează o serie de aspecte legate de metodologiile de evaluare aperformanțelor reale ale clădirilor. Este realizată o centralizare, prelucrare și interpretare adatelor pe categorii de componente ale pieței de construcții, clădiri recent construite saurenovate. Performanțele energetice ale clădirilor, indiferent de tipul și destinația acestora, sestabilesc pe baza consumului energetic în funcție de necesarul de căldură pentru încălzire,preparare apă caldă de consum, ventilație, climatizare și tehnologic. Sunt detaliate selectivmetodele de evaluare a necesarului de căldură pentru încălzire pentru diferite tipuri declădiri: Metoda caracteristicii termice a clădirii; Metoda de calcul pe conturul exterior alclădirii; Metoda conform Normativului SR1907-1/1997; Metoda coeficienţilor globali deizolare termică „G”; Metoda numărului grade zile. Evaluarea necesarului de căldură pe studiide caz este realizată cu ajutorul unei aplicații software dezvoltată in-house, în mediul deprogramare Visual Basic.
Capitolul 3 prezintă o analiză comparativă extinsă privind nivelul de complexitate şidomeniul de aplicabilitate al modelelor disponibile pentru descrierea fenomenelor detransfer de căldură şi masă, caracteristice termotehnicii construcţiilor şi instalaţiiloraferente. Acest capitol este dedicat aspectelor de modelare a proceselor de transfer decăldură în clădiri, având în considerare aspectele specifice construcţiilor sistemelor dealimentare cu căldură centralizate din România. Modelele prezentate sunt utilizate pentrudezvoltarea unor instrumente eficiente de evaluare a proceselor de transfer de căldură,inclusiv pierderi și a nivelului de confort termic din spaţiile încălzite, rezultatele stând labaza formulării măsurilor de optimizare a proceselor de transfer termic prin elementeleconstitutive ale anvelopei clădirii, în funcție de maturitatea, fiabilitatea, eficiența, costul șidisponibilitatea pe piață a tehnologiilor cu performanțe energetice superioare. Capitolulinclude de asemenea rezultatele analizei pe studii de caz relevante ale proceselor de transfer
26
termic la nivelul elementelor vitrate de anvelopǎ. Modelarea transferului de cǎldurǎ lanivelul elementelor de anvelopǎ ale clǎdirilor și calculul parametrilor ce caracterizeazǎprocesele de transfer s-a realizat cu ajutorul aplicații software originale dezvoltată în mediulVisual Basic.
Capitolul 4 propune criterii de evaluare pentru diferite tehnologii descrise în capitoleleprecedente, adecvate pentru evaluarea măsurilor de eficiență din punct de vedere tehnic șide confort termic. Cu toate acestea, există și alte aspecte care trebuie luate în considerarepentru stabilirea performanțelor, măsurilor de eficiență energetică. În general, este dificilăcuantificarea exactă a impactului acestor măsuri asupra consumului energetic în clădiri.Obiectivele principale urmărite în acest capitol au fost: Identificarea perspectivelor privindeficiența energetică și posibilitățile de măsuri de eficiență într-un sistem energetic local;Furnizarea de recomandări pentru identificarea și evaluarea măsurilor de eficiențăenergetică într-o clădire tratată ca un sistem energetic; Formularea unei referințe pentrustudiile de caz viitoare și o contribuție la elaborarea și evaluarea unei proceduri de estimarea stării și evoluției performanțelor energetice ale unor clădiri - benchmark.
Contribuții propii Sinteza principalelor aspecte legislative privind modalitatea de abordare şi promovare
a eficienţei energetice a clădirilor. Analiza actualizată a cadrului legislativ și aspecte de reglementare, pe plan
internațional și la nivel național în domeniul eficienței energetice în sectorul clădirilor, curaportare la ținta nZEB prevăzută în Directiva nr. 844/2018 de reformare a Directivei2010/31/UE Taxologia metodelor de calcul al sarcinilor termice, urmărindu-se identificarea
gradului de influență asupra confortului termic în clădiri al factorilor de tip: materiale deconstrucție, temperatura aerului interior și exterior, numărul de schimburi de aer, condițiilede confort fiziologic, amplasamentul și structura clădirilor. Analiza oportunităţii utilizăriifiecărei metode de calcul al sarcinilor termice, în raport cu obiectivul urmărit. Dezvoltarea și validarea pe studii de caz a unui instrument software original și
eficient de estimare a performanțelor energetice a clădirilor pe durata lor de viață - BUIL-EN (aplicație dezvoltată în mediul Visual Basic)., Dezvoltarea unei proceduri de evaluare a performanțelor energetice ale clădirilor pe
baza utilizării aplicației software BUILD-EN (mediu Visual Basic), validată cu ajutorul soft-ului ,,AllEnergy”(software utilizat pentru certificarea energetică a clădirilor din România). Prezentarea sintetică, fundamentată pe modele matematice complexe, a aspectelor
generale ale principiilor fizice de realizare a proceselor de transfer termic.. Dezvoltarea unei proceduri de identificare a soluțiilor optime de amplasare și
realizare a structurilor construite aferente clădirilor, având în vedere destinația și tipulacestora. Analiza comparativǎ a modelelor disponibile pentru descrierea fenomenelor de
transfer de cǎldurǎ şi masǎ, caracteristice termotehnicii construcţiilor şi instalaţiiloraferente, în funcție de nivelul lor de complexitate şi domeniul de aplicabilitate..
27
Dezvoltarea și validarea unei aplicații software specializate (mediul Visual Basic)pentru determinarea parametrilor caracteristici ai proceselor de transfer termic și a niveluluipierderilor de căldură prin elementele constitutive ale anvelopei clădirii în vederea analizeiproceselor de transfer de căldură. Dezvoltarea de șabloane de structuri caracteristice pentru analiza peformanțelor
energetice în clădiri în funcție de destinația și amplasamentul lor pe zone climatice dinRomânia. Analiza comparativă celor mai importante măsuri de creştere a eficienţei energetice,
cu includerea elementelor de specificitate națională . Identificarea și analiza comparativă a soluțiilor de creştere a rezistenţei termice a
elementelor de anvelopă a clădirilor, cu includerea elementelor de specificitate națională . Definirea unei structuri de baze de date privind consumul de energie termică pe
categorii de clădiri, în vederea identificării potențialului de economisire a resurselorenergetice și a soluțiilor optime aplicabile. Selectarea, organizarea și aplicarea unui set complex de parametri și informații care
caracterizează atât diferitele tipuri de clădiri, cât şi condițiile ansamblului/mediului în careacestea sunt integrate în vederea elaborării soluțiilor de eficiență energetică la clădiri Identificarea condițiilor/scenariilor reprezentative pentru evaluarea consumului de
energie termică actual și optimizat în clădiri și considerarea acestora spre validare pe studiide caz care au avut în vedere trei opţiuni de intervenţie asupra anvelopei construcţiilor, prinraportare la situația existentă (Existent): scenariul 1 (Reab. 1) – reabilitare suprafețe opace șitermoizolare cu polistiren expandat pentru pereți exterior, respectiv vata minerală bazalticăpentru planșeu ultim etaj de 0,1 m cu un coeficient de conductivitate termică de 0,035W/mK ; scenariul 2 (Reab. 2) – înlocuire suprafețe vitrate cu tâmplărie de aluminiu, vitrajdublu cu acoperire selectivă low-e;scenariul 3 (Reab. 3) – reabilitare totală, atât asuprafețelor opac cât si a suprafețelor vitrate. Analiza comparativă a caracteristicilor termotehnice ale categoriilor de clădiri
studiate. Realizarea de imagini termografice și utilizarea acestora ca instrumente de
identificare a prezenței și evoluţiei pierderilor de căldură prin anvelopa categoriilor declădiri analizate.
Perspective viitoareAvând în vedere complexitatea problemelor abordate în cadrul acestei teze de doctorat, sedeschid noi perspective de continuare a studiului cercetărilor şi anume: Continuarea analizei detaliate a modalităţilor de implementare a legislaţiei europene
la nivelul Statelor Membre, cu scopul de a realiza o comparaţie constructivă între practicileeuropene şi cele din România, considerând ținta nZEB prevăzută în Directiva nr. 844/2018de reformare a Directivei 2010/31/UE. Realizarea de comparaţii privind cadrul legislativ și aspecte de reglementare în
domeniul eficienței energetice în sectorul clădirilor. Analiza viitoare a evoluţiei consumurilor de energie versus măsuri de eficiență
energetică în sectoarele casnic, terțiar și clădiri, care includ materiale și tehnologii avansate.
28
Continuarea dezvoltării unui pachet de programe de calcul, destinat evaluării șioptimizării performanțelor energetice a clădirilor bazat pe metodologia în vigoareMC001/2006, realizat în mediul de programare Visual Basic, ca alternativă eficientă și cucosturi de dezvoltare reduse, open-source, la aplicațiile comerciale axistente pe piață. Studiul unor măsuri inovative, prezentarea de soluţii concrete de realizare şi
implementare a structurilor de clădiri eficiente din punct de vedere energetic, vizândcreșterea independenței energetice a acestora. Realizarea/implentarea unui algoritm și program care permite determinarea
fluxurilor/pierderilor de căldură determinate în baza câmpurilor de temperaturi rezultatedin termografierea unei suprafețe.
BIBLIOGRAFIE
[1] Advanced Energy Design Guide for Small Retail/Office Buildings, ASHRAE 2008
[2] Autoritatea Națională de Reglementare în domeniul Energiei Departamentul pentru EficiențăEnergetică, Tendințele eficienței energetice și politici în România, s.l., ANRE, 2018.
[3] Bică, M., Călbureanu, M., ş.a., Transfer de căldură şi masă, Editura ICMET, Craiova, 2003.
[4] Building Performances Institute Europe, Principles for nearly zero-energy buildings. Brussels,BPIE, 2011.
[5] Buzatu,G.,C., Stan-Ivan,F.,E., Mircea, P.,M., Thermal transmitance determination fordifferent components of buildings, 2017 International Conference on Optimization ofElectrical and Electronic Equipment (OPTIM) & 2017 Intl Aegean Conference on ElectricalMachines and Power Electronics (ACEMP), DOI: 10.1109/OPTIM.2017.7974975
[6] Buzatu, G.,C., Stan-Ivan, F.,E., Mircea, P.,M., Determination of Attenuation Index Curve,,Ri(f)” for Homogeneous Double Locking Elements, Journal of Sustainable Energy, Vol. 7,No.4. ,pg. 132-136, 2016
[7] Buzatu, G.,C., Stan-Ivan, F.,E., Mircea, P.,M., Determination of Mitigation Operating curve,,Ri(f)” for a Homogeneous Plan Wall, 10th International Conference and Exhibition onElectromechanical and Power Systems (SIELMEN), 2015
[8] Buzatu, G.,C., Stan-Ivan, F.,E., Dinu, R., C., Using the Visual Basic Program for Modeling theHeat Transfer Through Glazed Building Elements, 2018 International Conference on Appliedand Theoretical Electricity (ICATE), DOI: 10.1109/ICATE.2018.8551393
[9] Buzatu, G.,C., Dinu, R., C., Mircea,I., Program de calcul pentru analiza performanțelorenergetice ale clădirilor, Revesita Energetica nr. 1, 2013
[10] Comission, European, Horizon 2020, Work programme 2018-2020, Secure Clean Effic Energy,s.l., European Commission Decision C(2018)4708 of 24 July 2018.
[11] Duinea, A.,M., Mircea, I., Procese de transfer de căldură şi masă în instalaţii termoenergetice,Editura Universitaria Craiova, 2006.
[12] Efficiency, UK Waide Strategic, The scope for energy and CO2 savings in the EU through theuse of building automation technology, s.l., Waide Strategic Efficiency, 2014.
29
[13] Energy Efficiency Financial Institutions Group, Energy efficiency - the first fuel for the EUeconomy, Part 1, buildings, s.l., European Union, 2014.
[14] European Parliament, Council of the European Union. Directive 2014/24/EU of the EuropeanParliament and of the Council. Strasbourg ,Publications Office, European Union, 2014.
[15] Ivan, G.,, Badea, Ghe., Aschilean, I., Cercetarea Romaneasca si energiile verzi, SME 2018,Editura Risoprint Cluj-Napoca, ISSN 2066-4125
[16] Joint Research Centre Institute for Energy and Transport, Energy renovation: the trump cardfor the new start for Europe, Brussels , JRC, 2015.
[17] Marszal, A.J., Heiselberg, P., Bourrelle, J.S., Musall, E., Voss, K., Zero Energy Building – Areview of definitions and calculation methodologies, Energy and Buildings 43. s.l., Elsevier,2011, pp. 971–979.
[18] Mircea,P.,M., Dinu, R.,C., Buzatu, G.,C., Monitoring and analysis of thermal confortparameters in a living room of building, Journal of Sustainable Energy, Volume.V, No.1., 2014
[19] Ministerul Dezvoltării Regionale, Administrației Publice și Fondurilor Europene, MDRAPFE,Strategia pentru mobilizarea investiţiilor în renovarea fondului de clădiri rezidențiale șicomerciale, atât publice cât și private, existente la nivel național, s.l., MDRAPFE, 2017.
[20] Ministerul Dezvoltării Regionale și Administrației Publice, Nearly zero energy buildings(NZEB) Romania, Plan de creștere a numărului de clădiri al căror consum de energie esteaproape egal cu zero, s.l. , MDRAP, 2014.
[21] Naghi, M., Bică, M., Transfer de căldură în regim nestaţionar, Editura Universitaria, Craiova, 2000.
[22] Stan - Ivan, F.,E., Mircea, I., Eficienţa energetică şi economică a clădirilot, Editura SITECH,Craiova, 2014.
