Proiectarea exigentei de performanta privind asigurarea confortului higrotermic

Proiectarea exigentei de performanta privind asigurarea confortului higrotermic

1 Notiunea de confort higrotermic. Parametrii care definesc confortul

higrotermic. Criterii de performanta asociate exigentei de confort termic

Confortul higrotermic este definit ca satisfactia exprimata de om in raport cu mediul higrotermic ambiant.

Starea de satisfactie presupune un bilant higrotermic echilibrat intre om si ambianta.

Ecuatia de bilant higrotermic a corpului uman este de forma:

S = M ± W ± K ± C ± R – E – RES [W] (3.117)

in care:

M este caldura produsa prin metabolizarea hranei;

W – caldura castigata sau consumata de om prin efectuarea unui efort fizic;

K, C si R – caldura schimbata de om cu ambianta prin conductie, convectie si radiatie termica;

E si RES – caldura cedata ambiantei prin evaporarea transpiratiei la nivelul pielii si prin

respiratie.

Ecuatia de bilant higrotermic a organismului uman situat intr-o ambianta este influentata de 6(sase) parametri, si anume:

W – lucrul mecanuic efectuat de individ, in W;

R_imb – rezistenta termica a imbracamintii, in clo (1 clo = 0,115 m²K/W);

T_o – temperatura operativa a ambiantei, in sC;

– temperatura medie de radiatie a suprafetelor care delimiteaza ambianta, in sC;

v_ar – viteza relativa de miscare a aerului ambiant, in m/s;

_i – umiditatea relativa a aerului ambiant, in %.

Se considera ca ecuatia de bilant higrotermic este indeplinita daca S = 0.

Trebuie subliniat ca este practic imposibil sa se realizeze o ambianta termica satisfacatoare pentru toti indivizii dintr-un grup. Exista intotdeauna un anumit procent de nemultumiti. De aceea reglementarile tehnice in domeniu (STAS SR ISO 7730 – Ambiante termice moderate. Calculul indicilor PMV si PPD), accepta ca niveluri de performanta valori pentru care 90% dintre ocupanti se simt satisfacuti si cca. 85% dintre ocupanti sa nu fie incomodati de curentii de aer. Diferentele pana la 100% nu sunt satisfacuti de ambianta.

Insatisfactia poate fi cauzata de un disconfort “cald” sau “rece” resimtit de corpul uman in ansamblul sau, sau poate fi determinata de un disconfort local, cauzat fie de o racire, fie de o incalzire a unei parti a corpului uman, fie de curenti de aer.

Disconfortul local poate fi cauzat si de o diferenta prea mare de temperatura pe verticala sau pe orizontala. Asimetria temperaturii in planul orizontal poate fi cauzata de o radiatie termica neomogena. Asimetria temperaturii intre nivelul capului si nivelul gleznelor este cauzata de o pardoseala prea calda sau prea rece si de curentul local de aer.

Urmare celor de mai sus, pentru estimarea confortului higrotermic se utilizeaza ca si criterii de performanta:

Indicele PMV (votul mediu previzibil) sau indicele PPD (procentul previzibil de nemultumiti).

Indicele DR, adica procentul de nemultumiti datorita curentului de aer.

Omogenitatea si constanta parametrilor ambiantei care influenteaza bilantul higrotermic al organismului uman si senzatia de confort intre care:

temperatura aerului, T_i, in sC;

temperatura operativa, T_o, in sC;

diferenta pe verticala a temperaturii T_i,v, in sC;

viteza medie a aerului v_a, in m/s si turbulenta locala a aerului T_u, in %;

umiditatea relativa a aerului _i, in %;

cantitatea de caldura Q, in J/m² cedata de piciorul uman pardoselii;

temperatura pe suprafata pardoselii, T_p, in sC;

asimetria temperaturii de radiatie a ferestrelor sau a altor suprafete verticale T_i,o, in sC;

asimetria temperaturii de radiatie a unui plafon incalzit, T_r,v, in sC, situat la 0,6 m deasupra pardoselii.

2 Valori normate ale criteriilor de performanta asociate exigentei de confort

higrotermic.

2.1 Indicii PMV, PPD si DR

Indicii de mai sus se obtin prin rezolvarea ecuatiilor din SR ISO 7730.

Indicele PMV reprezinta optiunea medie a unui grup important de personae referitoare la senzatia termica resimtita intr-un mediu ambiant dat. Aceasta senzatie este calificata prin scara de valori de mai jos:

+ 3 foarte cald

+ 2 cald

+ 1 caldut

neutru

– 1 racoros

rece

foarte rece

Nivelul de performanta normat pentru indicele PMV este limitat in intervalul de valori:

< PMV < + 0,5 (3.118)

Conform SR EN ISO 7730 utilizarea acestui criteriu de performanta pentru aprecierea confortului se recomanda daca parametrii de influenta au valorile de mai jos:

M = 46 . 232 W/m²;

R_imb = 0,0 . 0,3 m²K/W;

T_o = 10 . 30 sC;

v_ar = 0,0 . 1 m/s;

p_i = 0,0 . 2700 Pa (presiunea partiala a vaporilor de apa din ambianta a caror

valoare este in functie de umiditatea relativa).

Indicele PPD reprezinta procentul de persoane susceptibile de a avea senzatia de disconfort termic (prea cald sau prea rece) intr-un mediu ambiant dat.

Corelatia PMV, PPD este redata in fig. 3.23.

Nivelul de performanta normat este PPD < 10 %.

Nivelul normat pentru indicele datorat curentilor de aer este DR ≤ 15 %.

Corelatia DR, T_a, v_ar si T_u este redata in fig. 3.25.

2.2 Parametrii ambiantei si ai elementelor delimitatoare

Parametrii mediului ambiant si ai elementelor delimitatoare care influenteaza confortul higrotermic si nivelurile de performanta normate, pentru care se estimeaza ca mai mult de 90% dintre ocupanti le vor considera ca fiind acceptabile sunt cele de mai jos:

a)     Temperatura aerului, T_i

Temperatura aerului reprezinta temperatura ambiantei in jurul corpului uman, la distanta fata de radiatia surselor de caldura.

Optiunea medie previzibila, PMV

Fig. 3.23 Procentul previzibil de nemultumiti (PPD) in functie

de votul mediu previzibil (PMV)

Nivelul de performanta normat:

pe timp de iarna, in functie de destinatia incaperii, conform SR 1907/2 (Anexa 1.1);

pe timp de vara, in functie de tipul de cladire:

pentru cladiri cu cerinte sanitar-igienice ridicate (spitale, policlinici, crese, sanatorii etc.): 22 sC;

pentru cladiri civile, altele decat cele de mai sus: 25 sC;

pentru cladiri de productie: conform prevederilor din “Norme de medicina muncii”.

b)     Temperatura operativa, T_o

Temperatura operativa este temperatura uniforma a unei incinte radiante negre, in care un ocupant schimba aceeasi cantitate de caldura prin radiatie si prin convectie ca intr-o ambianta neuniforma reala.

Nivelul de performanta normat:

pentru activitate usoara, preponderent sedentara:

in conditii de iarna: 20 sC ≤ T_o ≤ 24 sC;

in conditii de vara: 23 sC ≤ T_o ≤ 26 sC;

pentru alte activitati, limitele de confort pentru temperatura operativa sunt date in fig.3.24, in functie de activitate si de tipul de imbracaminte.

c)      Diferenta pe verticala a temperaturii aerului T_i,v

Reprezinta diferenta dintre temperatura aerului la 1,1 m si la 0,1 m deasupra pardoselii (la nivelul capului si la nivelul gleznelor in pozitia sezand).

Nivelul de performanta normat: ΔT_i,v < 3 sC.

Fig. 3.24 Temperatura operativa optima (corespunzatoare unui PMV=0)

in functie de activitate si de imbracaminte

a)     Viteza medie a aerului v_a

Nivelul normat se adopta in functie de temperatura aerului si intensitatea turbulentei, sub valorile indicate in fig.3.25.

Fig. 3.25 Viteza medie a aerului in functie de temperatura aerului

si de intensitatea turbulentei, pentru DR ≤ 15 %

b)     Umiditatea relativa a aerului, φ

Reprezinta gradul real de umezire a aerului la o temparatura data, in %.

Nivelul normat: 30 % ≤ φ ≤ 70 %.

c)      Cantitatea de caldura Q cedata de piciorul uman pardoselii

Cantitatea de caldura cedata de piciorul uman pardoselii defineste senzatia de rece sau de cald resimtita de om la contactul cu pardoseala. Aceasta se cuantifica prin marimile:

Q₁, cantitatea de caldura cedata de picior pardoselii prin unitatea de suprafata intr-un minut

(aceasta corespunde senzatiei de cald sau de rece pentru picior in situatia de mers);

Q₂, cantitatea de caldura cedata de picior pardoselii prin unitatea de suprafata in 10 minute

(aceasta corespunde senzatiei de cald sau de rece pentru picior in situatia de stationare);

Nivelurile de performanta sunt:

pentru cladiri cu cerinte sanitar-igienice ridicate:

Q₁ ≤ 10 · 10³ J/m²;

Q₂ ≤ 200 · 10³ J/m²;

pentru cladiri cu cerinte sanitar-igienice normale:

Q₁ ≤ 50 · 10³ J/m²;

Q₂ ≤ 300 · 10³ J/m²;

pentru alte tipuri de incaperi (de productie, etc.):

conform normelor tehnice specifice destinatiei.

d)     Temperatura pe suprafata pardoselii, T_p.

Niveluri normate:

in conditii de iarna: 19 sC ≤ T_p ≤ 26 sC;

in cazul utilizarii sistemelor de incalzire prin pardoseala: T_p ≤ 29 sC.

h) Asimetria temperaturii de radiatie a ferestrelor sau a altor suprafete verticale T_r,o.

Este variatia temperaturii in raport cu un mic element plan vertical situat la 0,6 m distanta de fereastra.

Nivel normat: T_r,o ≤ 10 sC.

i) Asimetria temperaturii de radiatie a unui plafon incalzit, T_r,v.

Este variatia de temperatura in raport cu un mic element orizontal situat la 0,6 m deasupra pardoselii.

Nivel normat: T_r,v ≤ 5 sC.

3 Proiectarea sau verificarea criteriilor de performanta asociate exigentei de confort higrotermic

Asigurarea nivelurilor de performanta normate pentru criteriile asociate exigentei de confort higrotermic presupune stapanirea unui ansamblu de factori de influenta.

Aceasta necesita colaborarea intre arhitect, inginerul instalator si inginerul constructor, astfel incat cladirea in ansamblu, prin:

conformarea in plan si in spatiu;

orientarea fata de punctele cardinale,

incadrarea in ansamblul urban,

sistemul de incalzire si ventilare,

alcatuirea constructiva a elementelor anvelopei,

sursele de energie,

sa utilizeze rational resursele de materiale si energie necesare realizarii si exploatarii cladirii.

In cele ce urmeaza se prezinta proiectarea sau verificarea unor parametri sau criterii de performanta care cad in competenta arhitectului si/sau a inginerului constructor.

3.1 Verificarea indicilor PMV, PPD si DR

Se realizeaza prin rezolvarea ecuatiilor din SR ISO 7730. Pentru indicii PMV si PPD standardul SR EN ISO 7730 prezinta valori determinate cu un program de calcul pentru diferite valori ale celor 6 (sase) parametri de influenta. De asemenea exista posibilitatea determinarii indicelui PMV cu un aparat ai carui senzori masoara parametrii ambiantei, iar efortul fizic si rezistenta termica a imbracamintii se introduce cu valorile efective.

Pentru indicele de disconfort DR se rezolva ecuatia din SR ISO 7730 in functie de parametrii T_a, v_ar si T_u. Standardul prezinta si cateva exemple de calcul.

3.2 Verificarea omogenitatii si constantei parametrilor ambiantei

Dintre parametrii ambiantei pentru senzatia de confort sunt importanti:

diferenta maxima intre temperatura aerului interior si temperatura medie a suprafetei interioare a elementelor care delimiteaza incaperea (ambianta), ΔT_imax;

amplitudinea de oscilatie a temparaturii aerului interior A_Ti;

variatia umiditatii aerului interior, _i

variatia vitezei relative de miscare a aerului interior, v_ar.

3.2.a Proiectarea sau verificarea diferentei de temperatura T_imax

Acest parametru influenteaza senzatia de rece sau de cald la atingerea suprafetei interioare a elementelor anvelopei.

Parametrul T_imax, in sC, este normat in functie de elementul anvelopei si de destinatia (grupa) cladirilor. Valorile normate sunt redate in tabelul 3.12, dupa Normativul C 107/3-97.

Tabelul 3.12

Grupa cladirii	Destinatia cladirii	φi	∆Timax [K]
			Pereti	Tavane ESEU: Clasificarea si incadrarea produselor pentru constructii pe baza performantelor de comportare la foc ESEU: Durabilitate - clasificarea conditiilor de mediu inconjurator, expunerea la umezeala, durabilitatea zidariei	Pardoseli
I	-Cladiri de locuit, camine, internate, spitale, policlinici, crese, gradinite, scoli, licee, s.a.
II	-Alte cladiri social-culturalecu regim normal de umiditate
III	-Cladiri sociale curegim ridicat de umiditate -Cladir de productie cu regim normal de umiditate
IV	-Cladiri de productie cu regim ridicat de umiditate (*)		∆Tr	0,8∆Tr

(*)∆T_r = T_i – θ_r

Asigurarea acestui parametru se realizeaza in corelatie cu cerinta de prevenire a condensului superficial, prin alcatuirea elementelor anvelopei, astfel incat rezistenta termica medie corectata , care tine seama de prezenta puntilor termice, sa fie cel putin egala cu cea data de relatia:

= [m²K/W] (3.119)

in care:

ΔT este diferenta intre temperatura aerului interior T_i normata in functie de destinatia incaperilor, conform STAS 1907/2-97 (vezi Anexa 1.1) si temperatura mediului spre care se pierde caldura. Aceasta poate fi temperatura conventionala de calcul a aerului exterior care se stabileste in functie de zona climatica de iarna (vezi Anexa 3.1) sau temperatura T_u a spatiilor neincalzite din cladire determinate pe baza de bilant termic sau extrasa din STAS 1907/2 (vezi Anexa 1.1);

α_i – coeficientul de schimb de caldura la suprafata interioara, in W/m²K, (vezi Anexa 1.2);

Pentru elementele de anvelopa ale cladirilor de locuit, valorile obtinute prin aplicarea relatiei 3.119, in conditiile de climat de iarna din Romania, sunt prezentate in tabelul 3.13 iar pentru suprafetele vitrate in tabelul 3.14.

Tabelul 3.13

Rezistente termice specifice minime necesare R'_nec normate in Romania, pe considerente de confort, la cladirile de locuit noi

Tabelul 3.14

Nota:

la tamplaria exterioara de la casa scarii si de la alte spatii de circulatie, indiferent de grupa cladirii, se admite R'_nec = 0,27 m²K/W;

la tamplaria exterioara de la vitrine se admite R'_nec = 0,22 m²K/W.

Asigurarea acestui criteriu de performanta necesita o tratare atenta a zonelor de colt ale incaperilor si a zonelor cu punti termice astfel incat influenta defavorabila a acestora sa fie cat mai redusa in ansamblul suprafetei elementelor anvelopei.

3.2.b Verificarea amplitudinii de oscilatie a temperaturii aerului interior, A_Ti

Amplitudinea de oscilatie a temperaturii aerului interior A_Ti, in sC, este un factor important al confortului, fiind influentat de stabilitatea termica a elementelor de inchidere si de compatimentare a cladirilor si de regimul de functionare al instalatiei de incalzire sau de climatizare.

Prin stabilitatea termica se intelege capacitatea elementelor de constructie, a incaperilor sau a cladirilor in ansamblu, de a amortiza amplitudinea de oscilatie a temperaturii aerului exterior astfel incat aceasta sa se resimta in incaperi cu valori reduse (amortizate) si defazate in timp, precum si capacitatea elementelor de inchidere si de compartimentare de a acumula sau a ceda caldura.

Verificarea acestui criteriu de performanta se efectueaza conform Normativului C107/7 – 2003.

Valorile parametrului A_Ti normate pentru perioada de iarna si de vara sunt cele din tabelul 3.15.

Tabelul 3.15

Pentru verificarea stabilitatii termice cladirile se impart in trei grupe, in functie de cerintele de confort.

Clasificarea este redata in tabelul 3.16.

Stabilitatea termica pe zona opaca a elementelor de inchidere se apreciaza prin marimile:

coeficientul de amortizare a amplitudinii oscilatiei temperaturii aerului exterior _T, ale carui valori normate pe timp de iarna si de vara sunt redate in tabelul 3.17;

coeficientul de defazare a oscilatiei temperaturii aerului exterior , ale carui valori minime recomandate pe timp de vara sunt redate in tabelul 3.18;

coeficientul de stabilitate termica a unui element de inchidere ale carui valori recomandate pe timp de iarna sunt redate in tabelul 3.19.

Pentru alte tipuri de cladiri (incaperi) care nu sunt incluse in tabel incadrarea in una din grupele prevazute se poate face astfel:

grupa “a” – cladiri (incaperi) la care procesul de exploatare nu este afectat de o variatie de temperatura a aerului interior pana la 3 ⁰C;

grupa “b” – cladiri (incaperi) la care procesul de exploatare nu este afectat de o variatie de temperatura a aerului interior pana la 5 ⁰C;

grupa “c” - cladiri (incaperi) la care procesul de exploatare nu este afectat de o variatie de temperatura a aerului interior mai mare de 6 ⁰C.

Nota: Aceasta incadrare este valabila atat pe timp de vara cat si pe timp de iarna.

Verificarea la stabilitate termica se efectueaza astfel:

Pentru cladiri din grupa “a” este obligatoriu calculul la stabilitate termica prin verificarea incadrarii parametrului A_Ti la incaperile principale, in limitele valorilor din tabelul 3.15 si a incadrarii marimilor υ_T, ε si C_i pentru zona opaca a elementelor anvelopei in limitele normate in tabelele 3.17, 3.18, si 3.19.

Pentru cladirile din grupa “b” este obligatorie verificarea stabilitatii termice a incaperilor principale si incadrarea parametrului A_Ti in nivelurile normate in tabelul 3.8 daca se indeplineste una din conditiile:

masa specifica a zonei opace, in camp current, a peretelui exterior este ≤ 100 kg/m²;

masa specifica a planseului terasa este ≤ 300 kg/m²;

masa specifica a planseelor intermediare este ≤ 200 kg/m²;

gradul de vitrare al inchiderilor exterioare:

v = ≥ 0,35 (3.120)

in care:

A_f este aria vitrata;

A_p – aria totala a elementului de inchidere (aria vitrata + zona opaca).

Tabelul 3.16

Se refera numai la unitatile functionale (incaperile) care definesc functionalitatea cladirii (exclusiv incaperile anexe).

Pentru cladirile din grupa “b” nu este necesar calculul la stabilitate termica daca elementele anvelopei satisfac simultan conditiile:

a)     indicele inertiei termice D, respecta valorile:

pentru zona opaca a peretelui exterior                               D ≥ 3

pentru planseul terasa                                    D ≥ 3,5

pentru planseul de pod sau planseul acoperisului ventilat           D ≥ 2,5

b)     coeficientul de transfer termic U = 1/R, al zonei opace a elementelor de inchidere are valori mai mici sau cel mult egale cu cele din tabelul 3.20.

Daca nu sunt satisfacute criteriile da la pct. a) si b) se va efectua verificarea incadrarii marimilor _T si C_i in limitele normate in tabelele 3.17, 3.18, si 3.19.

Tabelul 3.17

Tabelul 3.18

Tabelul 3.19

Numai in cazul in care peretii interiori sau planseele interioare separa spatii inchise cu temperaturi de exploatare care difera intre ele cu mai mult de 10 ⁰C.

Tabelul 3.20

Numai in cazul in care peretii interiori sau planseele interioare separa spatii inchise cu temperaturi de exploatare care difera intre ele cu mai mult de 10 ⁰C.

Daca nu sunt indeplinite conditiile υ_T, ε si C_i se verifica si criteriul A_Ti pentru o incapere considerata reprezentativa.

Calculul marimilor D si U se face in zona de camp a elementelor de inchidere si compatimentare cu relatiile 1.19 si respectiv 1.10.

Calculul marimilor _T si C_i si a criteriului A_Ti se va efectua conform metodologiei din Normativul C107/7-2003.

Pentru cladiri din grupa “c” nu este obligatoriu calculul la stabilitate termica.

3.2.c Limitarea variatiei umiditatii relative si a vitezei de miscare a aerului interior.

Se realizeaza prin proiectarea numarului de schimburi orare de aer si cailor de ventilare naturala nedirijata si dirijata conform paragrafului 3.1.2.