 |
TRATAT DE INGINERIE TERMICĂ. TERMOTEHNICA ÎN CONSTRUCŢII. Vol. II |
| CUPRINS: Prefață 9 1. Modelarea și simularea dinamică a răspunsului termic și a răspunsului energetic al încăperilor ocupate 15 1.1. Regimul Termic Natural (RTN) - modelarea si simularea dinamică a Răspunsului Termic în raport cu Solicitări Climatice și Antropice aleatoare 17 1.1.1. Bilanțul termic al încăperii în condiții de Regim Termic Natural (RTN) 22 1.1.2. Proprietăți optice ale anvelopelor transparente 23 1.1.3. Direcția componentei directe a radiației solare 26 1.1.4. Bilanțul termic al încăperii - zona principală locuită 30 1.1.4.1. Ipotezele simplificatoare și metoda de rezolvare iterativă a sistemului de ecuații de bilanț termic 31 1.1.4.2. Bilanțul termic al suprafețelor transparente (FE), dotate cu elemente de umbrire dispuse la exterior (storuri sau obloane termoizolante mobile - oscilante) 34 - Radiația solară transmisă, prin FE, în interiorul spațiului locuit 34 - Bilanțul termic al storului / oblonului exterior termoizolant oscilant (model matematic)36 - Bilanțul termic al vitrajului (model matematic)40 - Soluțiile ecuațiilor de bilanț termic al suprafeței vitrate 44 1.1.4.3. Bilanțul termic al aerului din interiorul spațiului ocupat 47 1.1.4.4. Bilanțul termic al elementelor de construcție opace care constituie anvelopa exterioară a încăperii 49 - Bilanțul termic al Peretelui Exterior (PE Opac) vertical 49 - Bilanțul termic al Terasei 55 1.1.4.5. Bilanțul termic al elementelor de construcție interioare opace (pereți adiacenți unor spații caracterizate de microclimat identic cu cel al încăperii locuite și pardoseala) 55 - Bilanțul termic al Pereților interiori verticali 55 - Bilanțul termic al Pardoselii 56 1.1.5. Soluțiile ecuațiilor de bilanț termic al încăperii (I) 57 1.1.6. Soluțiile ecuațiilor de bilanț termic al încăperii (II) 60 1.1.7. Estimarea Regimului Termic Natural din încăperi locuite neclimatizate prin utilizarea Modelului de Simulare Dinamică SID - INVAR - sinteza metodologică 66 1.2. Validarea numerică a modelului de simulare dinamică a Răspunsului Termic al unei încăperi 70 1.2.1. Validare numerică conform standardului ISO DIS 52017-1 - Energy performance of buildings. Calculation of the dynamic thermal balance in a building or building zone - Part 1: Generic calculation procedure (ISO/TC 163/SC 2) 70 1.2.2. Validare internumerica84 1.3. Validarea empirică a modelului de simulare dinamică a Răspunsului Termic al unei încăperi................................................................................................... 90 1.4. Bilanțul termic al zonelor secundare nelocuite ale unei clădiri 102 1.4.1. Regimul termic caracteristic frontierei clădire-sol 102 1.4.1.1. Subsol tehnic nelocuit - de tip pivniță (1) 102 1.4.1.2. Subsol tehnic nelocuit (2) 103 1.4.1.3. Clădire amplasată pe un soclu 105 1.4.2. Regimul termic caracteristic spațiului Casa Scărilor108 1.4.2.1. Fereastră Exterioară (FE.CS) nedotată cu stor 108 1.4.2.2. Bilanțul termic al aerului din spațiul Casei Scărilor 109 1.4.2.3. Bilanțul termic al Peretelui Exterior Opac (PE.CS) - suprafața exterioară 109 1.4.2.4. Bilanțul termic al Peretelui Exterior Opac (PE.CS) - suprafața interioară 109 1.4.2.5. Bilanțul termic al Terasei (TE.CS) - suprafața exterioară 110 1.4.2.6. Bilanțul termic al Terasei (TE.CS) - suprafața interioară 111 1.4.2.7. Bilanțul termic al Elementelor de construcție interioare opace 111 - Pereți interiori verticali 111 - Pardoseala 112 1.4.2.8. Determinarea temperaturii medii a anvelopei vitrate a Casei Scărilor 112 1.4.2.9. Determinarea valorilor temperaturilor suprafețelor elementelor de construcție adiacente mediului interior locuit și mediului interior de tip zonă secundară (Casa Scărilor și Subsol) 113 1.5. Studiu de conformare energetică a unei încăperi cu destinația de locuința (analiza de tip proiectare integrată - Etapa Regim Termic Natural) 114 1.6. Răspunsul Energetic (RE) - modelarea dinamică a Răspunsului Energetic în raport cu Solicitări Climatice și Antropice aleatoare - Determinarea Necesarului de Frig Sensibil, Q () 126 1.6.1. Analiza de benchmarking cu privire la metodele de calcul utilizate 126 1.6.2. Răspunsul Energetic al spațiilor ocupate (Simulare Dinamică) 127 1.7. Studiu de conformare energetică a unei încăperi cu destinația de locuință (analiza de tip proiectare integrată - Etapa Climatizare) 132 1.8. Concluzii 141 Bibliografie 148 2. Analiza regimului higrotermic și determinarea necesarului de căldură de calcul al clădirilor rar încălzite151 2.1. Scop și obiective 152 2.2. Metoda de evaluare a regimului higrotermic al clădirilor rar încălzite 155 2.3. Determinarea necesarului de căldură de calcul Q0 162 2.3.1. Determinarea regimului termic și a fluxurilor termice necesare îndeplinirii condiției de necesitate 162 2.3.2. Determinarea ratei de ventilare mecanică nav în scopul îndeplinirii condiției de suficiență163 2.4. Determinarea necesarului de căldură de calcul pentru clădiri care se încălzesc rar - sinteza metodologică 166 2.4.1. Ipoteze de calcul 166 2.4.2. Bilanțul energetic al clădirii 169 2.4.2.1. Bilanțul energetic al zonei principale a clădirii 169 2.4.2.2. Bilanțul energetic al zonelor secundare ale clădirii 171 2.4.3. Explicitarea relațiilor de calcul 174 2.5. Studii de caz 176 2.5.1. Clădiri cu funcție de lăcaș de cult și cu valoare de patrimoniu 176 2.5.2. Clădiri cu funcție de case de vacanță 187 2.6. Concluzii 191 Bibliografie 192 3. Soluții tehnice proprii clădirilor caracterizate de consum de energie asociat Costului Optim sau Aproape de Zero (Nearly Zero Energy Buildings - NZEB)193 3.1. Identificarea metodelor de calcul adecvate determinării Performanței Energetice a Clădirilor eficiente energetic 197 3.1.1. Cadrul metodologic 197 3.1.2. Cerințe de natură energetică 198 3.1.3. Contur termodinamic și procese 198 3.2. Modalitatea de stabilire a necesarului si consumului de energie al clădirilor (pentru încălzire, răcire, ventilare / climatizare, apă caldă de consum) amplasate în diverse localități din România (în raport cu zonele climatice) 199 3.2.1. Analiza consumului de energie 200 3.2.2. Cerințele minime determinate pe baza aplicării metodei Costului Optim - valori pe tipuri de clădiri noi și existente și pe zone climatice 201 3.2.2.1. Clădire publică reprezentativă (Birouri) - (Zona climatică de iarnă II, an climatic tip). Analiza configurației anvelopei vitrate 203 3.2.2.2. Sinteza performanței energetice anuale (Zona climatică de iarnă II, an climatic tip) 210 3.3. Valorile limită maxim admise ale energiei primare și ale emisiilor de CO2 aferente proceselor de funcționare a clădirilor NZEB - repartizare pe tipuri de clădiri și pe zonele climatice de iarnă ale României 234 3.4. Determinarea cerințelor energetice minime care asigură realizarea costului optim al clădirii (metoda de determinare pe baza matricii Hessiene) 245 3.5. Concluzii 248 Bibliografie 251 4. Modelarea și simularea dinamică a răspunsului energetic al clădirii de tip NZEB ......252 4.1. Date de intrare, strategii de modelare și simulare dinamică a comportamentului energetic al clădirilor .252 4.1.1. Necesarul si consumul de energie termică și electrică al clădirii de tip Birouri - Zona climatică II .....................................................................256 4.1.2. Informații furnizate de diagramele de analiză energetică și de mediu ........260 4.2. Coeficientul de conversie al consumului de căldură în energie primară în cazul sistemelor districtuale de încălzire prin cogenerare .264 4.3. SRE pe conturul proprietății - estimarea potențialului energetic al captării și conversiei energiei solare în energie electrică prin utilizarea captatoarelor solare fotovoltaice .268. 4.4. Fundamentarea metodei Indicelui Climatic necesar evaluării preliminare a Performanței Energetice a unei Clădiri amplasată în oricare localitate din țară .271 4.4.1. Definirea Indicelui climatic (IC) .271 4.4.2. Necesarul de căldură pe tipuri de clădiri NZEB de referință și conform reglementărilor actuale pentru localități reprezentative din România - valori determinate pe baza metodei Indicelui Climatic ....272 4.5. Energia înglobată în materiale de construcție și sisteme tehnice ..277 4.6. Metoda de adoptare a pachetelor de soluții tehnice care asigură încadrarea clădirii de locuit de tip colectiv (condominiu) în clasa clădire cu consum aproape zero de energie (din surse de origine fosilă) (NZEB) ..284 4.6.1. Metodologia complexă de proiectare și de validare ..284 4.6.2. Criteriile de adoptare a pachetelor de soluții tehnice proprii clădirilor de locuit colective de tip NZEB ..289 4.6.3. Metoda alternativă de configurare energetică a unei clădiri de tip NZEB (aplicație numerică proprie clădirii de locuit existentă de tip bloc, Municipiului București - zona climatică de iarnă II, anul climatic tip) ..294 4.6.4. Metoda alternativă de calcul aplicată în cazul clădirilor din sistemele de educație și sanitare ..312 4.6.5. Metoda alternativă de calcul aplicată în cazul clădirilor de tip complex comercial ..315 4.6.6. Criterii de proiectare energetică a clădirilor NZEB ..315 4.6.7. Impactul concentrației de Radon în materialele de construcție și a emisiilor din sol asupra ratei de ventilare necesară în spațiile locuite ..320 4.7. Concluzii ..322 Bibliografie ..325 5. Anvelopă opacă caracterizată de rezistență termică variabilă de tip perete cu efect parietodinamic pe evacuare (PEPE) 327 5.1. Principii de funcționare a sistemului PEPE328 5.2. Optimizarea caracteristicilor geometrice ale canalului prin care este evacuat aerul viciat din încăperile ocupate în sezonul rece și în orele cu soare în sezonul estival 332 5.3. Modelarea matematică a proceselor de curgere a aerului și transfer de căldură caracteristice sistemului PEPE, Model 1, Model 2 - utilizare iarna și vara ziua 338 5.3.1. Curgerea laminară neizotermă a aerului prin canalul de evacuare - procese de transfer de căldură la nivelul anvelopei, zile de iarnă și ore cu soare vara, Model 1- soluția analitică exactă 340 5.3.1.1. Determinarea lungimii din canal în interiorul căreia curgerea este nestabilizată (nedezvoltată) 341 5.3.1.2. Analiza transferului de căldură prin convecție forțată în canale plane, în zona curgerii laminare stabilizate (dezvoltate) (problema Graetz-Nusselt și utilizarea metodei WKB) 344 5.3.2. Curgerea neizotermă a aerului prin canalul de evacuare a aerului viciat - procese de transfer de căldură la nivelul anvelopei, Model 2 - model de optimizare a sistemului PEPE 350 5.3.2.1. Bilanțul termic global specific traseului de vehiculare a aerului 350 5.3.2.2. Performanța energetică a anvelopei de tip PEPE 353 5.4. Concluzii 361 Bibliografie 362 6. Insula termică urbană (insula de căldură urbană) - diminuarea impactului asupra regimului termic al clădirilor și asupra microclimatului urban 364 6.1. Elaborarea și emiterea Alertei de Risc de Regim Termic Excesiv 370 6.2. Prelucrarea datelor meteorologice (aplicație numerică Municipiul București) 373 6.2.1. Determinarea funcțiilor de transfer 382 6.2.2. Validarea empirică a funcțiilor de transfer 385 6.3. Definirea Vulnerabilității unităților de locuire și a Riscului de Regim Termic Excesiv (RRTE) în spațiile locuite 392 6.4. Determinarea Matricii de RRTE și a Matricilor energetice caracteristice unităților de locuire 407 6.4.1. Modelarea dinamică a Regimului Termic Natural din unitățile de locuire în sezon estival 407 6.4.2. Evaluarea RRTE cu pas de identificare de 1°C 411 6.5. Impactul Factorilor Antropici Urbani (FAU) asupra microclimatului zonelor urbane în sezon estival 421 6.5.1. Așezări urbane existente 427 6.5.2. Amenajări urbane noi 438 6.6. Configurarea energetică a clădirilor, în scopul minimizării impactului modificărilor climatice extreme (de natura termică) asupra microclimatului interior și asupra parametrilor funcționali ai clădirilor, în funcție de destinația acestora 439 6.7. Concluzii 444 Bibliografie 449 ANEXE Anexa 1 I. Sinteza modelare suprafață vitrată dotată cu stor / oblon termoizolant mobil exterior 453 II. Soluțiile ecuațiilor de bilanț termic al suprafeței vitrate 456 Anexa 2 - Determinarea Răspunsului Termic Unitar (RTU) al unei structuri omogene 462 Anexa 3 - Validare model INVAR vs. EN 15255 : 2007 (selecție rezultate reprezentative) 464 - Validare model INVAR vs. EN 13792 : 2005 (selecție rezultate reprezentative) 474 Anexa 4 - Coeficienții funcțiilor de transfer între LSTANM și LSTk caracteristice zonelor climatice urbane investigate - Municipiul București 479 Anexa 5 - Transfer de căldură prin conducție într-un mediu semi-infinit, omogen și izotrop. Condiții la limită de tip Dirichlet - solicitare armonică și Neumann 480 Anexa 6 - Relațiile de determinare a valorilor PMV și PPD proprii locuirii într-un spațiu caracterizat de Regim Termic Natural în sezonul estival 484 Anexa 7 - Teste numerice de validare a modelului de calcul dinamic prezentat în Capitolul 1488 Anexa 8 - Determinarea valorilor necesarului de căldură și de frig ale unei ULR a cărei fațadă exterioară verticală are forma de curbă în secțiune transversală (secțiune proiectată într-un plan orizontal) 507 |
|
| PREZENTARE: Demersul început cu capitolele 6 și 7 publicate în lucrarea Prezentul și Viitorul Energiei Solare apărută în anul 1982 la Editura Academiei, continuat cu seria de cărți publicate în scopul familiarizării specialiștilor ingineri și arhitecți cu conceptul de Performanță Energetică a Clădirilor (2004-2009), apărute la Editura Universitară „Conspress“ și la Editura Universitară „Ion Mincu“, cu lucrarea Tratat de inginerie termica. Termotehnica în construcții, volumul 1 (2008) publicată la Editura AGIR, cu caracter prioritar formativ, care se adresează în mod special studenților și doctoranzilor, și finalizat prin cartea de față, poartă amprenta unor colaborări de excepție cu profesioniști ai domeniului, în egală măsură oameni speciali, precum și cu mai tineri parteneri în proiecte majore, pe parcursul a 50 de ani de activitate în cercetarea științifică și în învățământul superior: -Ing. Dan Ghițescu - șef de secție, INCERC București -Ing. Lucian Klodnischi - CS Principal, INCERC București - Prof. univ. dr. ing. Florea Chiriac - UTCB - Prof. univ. dr. ing. Cornel Mihăilă - UTCB - MSc. ing. Laura Udroiu - CS Principal, INCERC București - MSc. ing. Rodica Mitrofan - CS Principal, INCERC București - Prof. univ. dr. Sorin Cheval - Academia Forțelor Aeriene „Henri Coandă“ Brașov; Administrația Națională de Meteorologie; Institutul de Cercetări al Universității din București - Dr. ing. Horia Petran - CS Principal, INCD URBAN-INCERC București - Dr. ing. Cristian Petcu - CS Principal, INCD URBAN-INCERC București - MSc. ing. Gabriela Caracaș - INCERC București - Dr. chim. Mariela Constantinescu - Institutul de chimie fizică „Ilie Murgulescu“ - Prof. univ. dr. arh. Victoria Ochinciuc - UAUIM - Dan Moraru - Manager AllBIM.net Romania Cartea de față finalizează, în plan practic, peste timp și dincolo de spațiu, o nouă etapă de colaborare excepțională cu fiul meu, Tudor Dan. Pentru răbdarea și delicatețea de a-mi suplini lunile de „absență“ din viața de zi cu zi, îi mulțumesc Rodicăi, soția mea. |
|
| PREFATA: Cartea de față abordează subiecte actuale cu impact semnificativ asupra calității vieții locuitorilor din marile aglomerări urbane, pe termen mediu și lung. Mă refer la punerea în aplicare a conceptului de Clădire cu consum de energie (provenită din surse de origine fosilă) aproape de zero (Nearly Zero Energy Building - NZEB) și la minimizarea impactului fenomenului de Insulă Termică Urbană - ITU, cunoscut și sub numele de Insula de Căldură Urbană (Urban Heat Island - UHI). Configurarea geometrică și conformarea energetică a clădirilor (existente și noi) performante energetic implică analiza proceselor de transfer de proprietate la nivelul spațiilor locuite, al spatiilor anexă și al sistemelor tehnice care asigură microclimatul interior al clădirilor. Cartea prezintă abordări analitice și soluții cu valoare de unicat în literatura autohtonă de specialitate, majoritarea rezultate din activitatea proprie de cercetare științifică desfașurată în cadrul proiectelor naționale și internaționale coordonate pe parcursul a 50 de ani de activitate în domeniu. Obiectivele care servesc la atingerea scopului susmenționat sunt următoarele: - modelarea proceselor de transfer de proprietate (căldură și masă) caracteristice clădirilor solicitate atât de factorii climatici, cât și de factorii antropici. Modelarea constă în elaborarea modelelor matematice care pot să reprezinte cât mai corect realitatea fenomenologică. Corectitudinea modele¬lor este probată atât prin intervalidare numerică cu rezultatele unor simulări recunoscute pe plan internațional (ex. ISO DIS 52017-1:2017), cât și prin validare empirică, realizată pe suportul unor clădiri reale dotate cu sisteme specializate de monitorizare și prelucrare a parametrilor climatici și a para¬metrilor termodinamici intensivi și extensivi, proprii spațiilor locuite; - simularea dinamică (în raport cu variabila timp) constă în rezolvarea modelelor matematice pe suportul unor aplicații care au ca obiect configu¬rarea geometrică și energetică a unor clădiri foarte eficiente din punct de vedere energetic și, implicit, al protecției mediului exterior natural. Totodată simularea dinamică cu pas de timp orar sau suborar este utilizată în scopul analizei impactului Factorilor Antropici Urbani asupra microclimatului zonal afectat de fenomenul ITU, în special în sezonul estival; - utilizarea modelarii și simulării dinamice a regimului higrotermic al clădirilor cu valoare de patrimoniu și al clădirilor de locuit care se încălzesc rar (inclusiv prezentarea metodei de determinare a necesarului de căldură de calcul); - utilizarea modelelor de calcul dinamic pentru realizarea unor Studiouri Virtuale care includ metode de determinare a soluțiilor de proiect destinate clădirilor NZEB / ZEB (etapele decizionale, de dimensionare energetică, de validare empirică); - analiza performanței energetice a soluției de fațadă adaptabilă (PEPE - soluție originală acoperită de brevetul de invenție nr.125612 / 30.04.2013); - elaborarea modulului de emitere a Alertei de Risc de Regim Termic Excesiv (ARRTE) cu scopul de minimizare a efectului ITU asupra unităților de locuire din clădiri existente nemodernizate energetic. Aplicația se poate adresa clădirilor din Municipiul București pentru care s-au elaborat funcțiile de transfer necesare actualizării datelor climatice prognozate în zilele sezonului estival prin particularizare la nivelul Zonelor Urbane Climatice (model original). Capitolele principale sunt următoarele: 1. Modelarea și simularea dinamica a Răspunsului Termic și a Răspunsu¬lui Energetic al încăperilor ocupate. 2. Analiza regimului higrotermic și determinarea necesarului de căldură de calcul al clădirilor de patrimoniu și rezidențiale rar încălzite. 3. Soluții tehnice care asigură atingerea performanței energetice proprie clădirilor încadrate în domeniul de cost global optim și a performanței ener¬ge¬tice proprie clădirilor caracterizate de consum de energie aproape de zero (Nearly Zero Energy Buildings - NZEB) 4. Modelarea și simularea dinamică a răspunsului energetic al clădirilor de referință și al clădirii care satisface criteriile de încadrare în clasa NZEB. 5. Principii funcționale, modelare și simulare a răspunsului energetic al anvelopei caracterizată de rezistență termică variabilă de tip Perete cu Efect Parietodinamic pe Evacuare (PEPE) 6. Insula Termică Urbană (Insula de Căldură Urbană) - reducerea impac¬tu¬lui asupra regimului termic al clădirilor și asupra microclimatului zonal în sezon estival. Fiecare Capitol cuprinde subcapitole de detaliere metodologică. În comple¬tare lucrarea conține 8 Anexe. Comportarea energetică a clădirii devine un subiect extrem de actual, dacă ne raportam la cele peste 52.000 de victime ale verii anului 2003, într-o Europă răvășită de valul de căldură cunoscut sub numele European Heat Wave 2003 (EHW 03), precum și la prognozele climatice care vizează Europa anilor 2030- 2070 (fig. 4.8). Apropierea anului 2020 trebuie să reprezinte un reper al prezenței efective a României în Uniunea Europeana prin respectarea întocmai a prevederilor Art. 9 al Directivei Europene Recast EPBD, 31/2010/UE și ale Directivei Europene 844/2018/UE care propune o reducere drastică la nivel continental a emisiilor de gaze cu efect de seră (de 85%) la nivelul anului 2050 în raport cu emisiile aferente anului 1990. Conceptul pe care se dezvoltă lucrarea de față are la bază paradigma a good ZEB definition should first encourage energy efficiency and then use renewable energy source available on site, rezultată din analizele efectuate de P. Torcellini, S. Pless, and M. Deru - Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition, NREL/CP 550 - 39833, June 2006, cu privire la Conceptul de Proiectare Energe¬tică a Clădirilor de tip Nearly Zero Energy Building - NZEB. Practic elaborarea proiectului unei clădiri care se dorește a fi inclusă în clasa NZEB și certificarea in situ a calității energetice și de mediu a clădirii implică trei etape (atât în cazul clădirilor existente, care beneficiază de renovare majoră, cât și al celor noi), după cum urmează: - Etapa decizională care are ca scop conformarea energetică a clădirii alături de configurarea geometrică (în cazul clădirilor noi), în funcție de destinația clădirii, care include și profilul energetic specific. Etapa implica evaluarea cantitativa a comportamentului energetic al acesteia în funcție de destinație și amplasament, prin utilizarea Modelului Conceptual (MC) al clădirii și rezolvarea prin aplicarea Simulării Dinamice (SD) a cazurilor propuse spre analiză și decizie. Etapa decizională se finalizează cu un Raport de sinteză tehnică și economică cu privire la Pachetele de soluții care satisfac criteriile de apartenență la clasa NZEB. În prezent această etapă nu este inclusă în procedura curentă de proiectare. Capitolul 4.6 include o metodă originală de conformare energetică a clădirilor de tip NZEB, bazată pe repetitivitatea soluțiilor în raport cu zona climatică de iarnă și cu parametrii climatici ai anului climatic tip, caracteristici localității în care se află (aplicabilă atât clădirilor noi, cât și în cazul clădirilor existente care se renovează major). Aplicația numerică prezentată se adresează clădirii de locuit de tip bloc amplasată în Municipiul București. În completare, cu privire la rezolvările de arhitectură, în Anexa 8 se prezintă modul de evaluare a Performanței Energetice și de Mediu a unei clădiri a cărei configurare arhitecturală include o fațadă a cărei secțiune transversală este o curbă. Soluția implică cunoașterea răspunsului ener¬getic al fațadelor plane verticale caracterizate prin azimutul unei suprafețe plane, variabil în spațiu. Se pot evidenția limitele de natură arhitecturală în care se pot încadra clădirile de NZEB; - Etapa de proiectare propriu zisă constă în alegerea pachetului optim care este consecință a deciziei economice asociată cu decizia de mediu (minimizarea emisiilor CO2) care, în opinia autorului, devine prioritară în raport cu decizia economică. - Etapa de validare empirică a calității de NZEB a clădirii reale implică utilizarea atât a unui sistem de monitorizare a performanței energetice a clădirii, cât și a unui model de prelucrare a datelor măsurate, bazat pe metoda dinamică a modelării inverse (D. Constantinescu - Tratat de inginerie termică, vol. 1, Ed. AGIR, 2008, cap. 1.5.4, pag. 86) și pe simularea dinamică a răspunsului Energetic al clădirii în condiții de exploatare reală. În lipsa validării empirice calitatea de clădire NZEB rămâne o simplă intenție nefinalizată. Prezenta carte include abordarea clădirii ca obiect „activ“ care răspunde la solicitări ale mediului natural, dar și la solicitări de natură antropogenă. Modelarea este propusă ca instrument de reprezentare matematică a răspunsului clădirii pe partea de transfer de proprietate, cu referire la transferul de căldură și masă. Suportul analitic al transferului de căldură prin conducție prin elementele de anvelopă opacă este asigurat de metoda Răspunsului Termic Unitar (RTU), atât pentru structuri neomogene, cât și pentru structuri echivalente virtuale omogene supuse solicitărilor climatice și antropice aleatoare. Anexa 2 include programul de determinare a RTU pentru un element de construcție plan omogen, izotrop și monofazic, scris în limbaj Visual Basic. Procesele de transfer de căldură prin convecție naturală și prin radiație, care generează condițiile la limită de speța a III-a, completează modelul aplicabil atât spațiilor ocupate, cât și zonelor secundare ale clădirilor (Capitolul 1 și Anexa 1). Sistemul de ecuații rezultat este rezolvat prin utilizarea unei metode iterative, rapid convergentă. Soluțiile sunt reprezentate atât de parametrii Regimului Termic Natural, cât și de parametrii Regimului Energetic, inclusiv prin estimarea necesarului de frig / căldură. Aplicarea metodelor clasice, simplificate, de modelare, în cazul clădirilor NZEB/ZEB, duce la erori care depășesc cu peste 40% valorile determinate experimental pe suportul clădirilor performante energetic. Cazurile de excepție reprezentate de clădirile de patrimoniu și de casele de vacanță (clădiri rar încălzire) beneficiază de modelarea proceselor de transfer de căldură și masă în regim variabil, având ca ținte regimul higrotermic propriu clădirilor de patrimoniu (în scopul conservării picturii murale), precum și regimul termic al caselor de vacanță care devin o realitate socială tot mai evidentă (Capitolul 2). Concepția clădirilor de tip NZEB (Capitolul 3 și Capitolul 4) include meto¬dele de modelare și simulare dinamică a proceselor caracteristice spațiilor locuite din aceste tipuri de clădiri, în funcție de amplasare (ca zonă climatică) și de destinație (clădiri publice și rezidențiale). Sunt prezentate metodele de analiză energetică alături de valorile maximum admise ale consumurilor energetice și ale emisiilor de CO2, pe zonele climatice ale țării și pe tipuri de clădiri. Sunt prezentate și informații cu privire la includerea energiei înglobate în bilanțurile energetice ale clădirilor performante. În prezent metodele de calcul nu includ această energie, care devine consistentă ca pondere în cazul clădirilor de tip NZEB ZEB. Se propune elaborarea unei Baze de Date autohtonă pe modelul celei deținute de Universitatea din Bath. Anvelopa clădirii este prezentată într-o variantă nouă, caracterizată de adaptabi¬li¬tate sezonieră la solicitările climatice, denumită abreviat PEPE (Perete Exterior cu efect Parietodinamic pe Evacuare a aerului viciat). Sistemul reprezintă o anvelopă opacă prin care este vehiculat aerul viciat evacuat din spațiul locuit, precum și aer exterior în sezonul estival, în orele de noapte, cu funcție de răcire naturală a spațiilor locuite (Capitolul 5). Modelul de analiză termică și energetică se concretizează prin rezolvarea problemei Graetz-Nusselt, cu referire la curgerea neizotermă a aerului prin spațiul destinat de tip canal plan vertical. Se analizează regimul laminar de curgere forțată a fluidelor în canale plane (cu referire la aerul evacuat din spațiile ocupate și la aerul exterior circulat în sezonul estival în orele de noapte) atât pentru zona de curgere nestabilizată, cât și pentru zona de curgere stabilizată. Modelul de simulare final include sinteza tipurilor de curgere laminară, tranzitorie și turbulentă pe suportul unic al relației de determinare a regimului de temperaturi și a fluxurilor termice caracteristice anvelopei cu rezistență termică variabilă. Fenomenul ITU (Capitolul 6) este analizat din punct de vedere al Vulnerabilității termice a spațiilor ocupate, cu referire la Riscul de Regim Termic Excesiv (RRTE) care poate afecta în unele zile ale sezonului estival persoanele aflate în spațiile ocupate. Se prezintă Clasele de RRTE asociate cu sensibilitatea persoanelor care ocupă spațiile, precum și algoritmii de evaluare a RRTE în clădiri existente și în clădiri modernizate din clasa NZEB. Analiza se bazează pe un model original de prelucrare a parametrilor climatici, validat empiric, care definește funcțiile de transfer între parametrii climatici incluși în prognoza meteorologică emisă de stațiile Administrației Naționale de Meteorologie (ANM) și parametrii ajustați la nivelul Zonelor Climatice Urbane. În contextul prognozelor privind evoluția regimului termic în sezonul estival din zone ale Europei (fig. 4.8), printre care și zona de sud a României, în intervalul 2021-2050, pentru care se prevăd maxime zilnice de peste 42°C, și după anul 2070 de peste 50°C, atât organizarea unui sistem de Alertă de Risc de Regim Termic Excesiv (ARRTE), cât și în special proiectarea unor clădiri reziliente (adaptabile la modificările de mediu) devin priorități ale prezentului. Elementele teoretice prezentate în lucrare permit elaborarea unor produse software (Studio Virtual 3D: SV-3D) și a sistemelor de validare empirică a calității clădirilor NZEB. Ambele tipuri de produse vor completa gama metodologică a produselor Building Energy Modeling (BEM) care devin indispensabile proiectării și monitorizării în exploatare a clădirilor moderne. Caracteristicile de configurare geometrică și arhitecturală beneficiază de rezultatele proprii produselor de tip Building Information Modeling (BIM). Conținutul lucrării este completat de un număr de 159 de referințe bibliogra-fice, proprii capitolelor lucrării. Lucrarea conține în Anexa 7 teste de validare numerică a rezultatelor care se obțin prin utilizarea simulării dinamice. Programele de calcul dinamic (produse BEM) care se vor realiza pe baza soluțiilor prezentate detaliat în lucrare pot fi corelate cu programe specializate, utilizate în mod curent în activitatea de proiectare a clădirilor (produse BIM) care pot furniza datele cu referire la caracteristici geometrice și la parametrii termofizici ai materialelor de construcție. Parametrii climatici necesari determinării Performanței Energetice și de Mediu a clădirii sunt prezentați în reglementările naționale sub forma anului climatic tip (valori orare) și sub forma climei de calcul (valori orare). Elaborarea Alertei de Risc de Regim Termic Excesiv (ARRTE) beneficiază de algoritmul de modelare și simulare dinamică prin determinarea Matricilor de Risc ale unităților de locuire care pot primi ARRTE. Pe baza datelor de prognoză climatică se determină caracteristicile Regimului Termic Natural și valorile orare ale indicatorilor de confort termic PMV și PPD care generează valoarea medie zilnică , specifică unității de locuire, pe baza căreia se determină RRTE. Este o lucrare care îndeplinește atât funcția formativă de Curs de termotehnică în construcții, în completarea Tratatului de Inginerie Termică, vol. 1, apărut în anul 2008 la Editura AGIR, cât și funcția creativă de stimul pentru adoptarea unei noi paradigme de conformare a clădirilor și a mediului construit, în care performanța de mediu să prevaleze în raport cu virtuțile financiare. Lucrarea este destinată atât studenților, doctoranzilor și cadrelor didactice din facultățile de profil, cât și specialiștilor ingineri și arhitecți. București, 17 aprilie 2019 |
|
| CUVINTE CHEIE: |