Licență Popovici Vlad Ștefan V2 [626203]

Universitatea POLITEHNICA din București

Facultatea de Inginerie Electrică

PROIECT DE DIPLOMĂ

Studiul posibilităților de proiectare și
optimizare a necesarului termic și de
energie electrică într -o locuință pasivă
și/sau autonomă inteligentă

Autor: Vlad -Ștefan POPOVICI

Conducător științific: Profesor Octavian Mihai GHIȚĂ

BUCUREȘTI
2020

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

2

Cuprins

1. CAPITOLUL 1. Introducere. Stadiu actual în domeniu 4
1.1 Introducere 4
1.2 O scurtă istorie a caselor inteligente 5
1.3 Tehnologia ZigBee 7
1.4 Tehnologia Z -Wave 11
1.5 Diferențe dintre Z -Wave , ZigBee și alte protocoale de comunicație 14
1.6 Conceptul de casă inteligentă din ultimii ani 15
1.7 Legătura dintre tehnologiile de automatizare ale caselor inteligente și casele pasive
și/sau autonome 19

2. CAPITOLUL 2. Arhitectura generală a unei case pasive și/sau autonome de tip
smart -home și a sistemului de achiziții de date 21
2.1.1 Proiectarea unei case pasive și/sau autonom e inteligente 21
2.1.2 Înclinația acoperișului 26
2.1.3 Pierderea de energie prin ferestre 28
2.1.4 Termoizolația 28
2.1.5 Ventilația cu recuperare de căldură 28
2.1.6 Sistemul de încălzire și sistemul de răcire al casei 29
2.1.7 Principiul de funcționare al instalației 31
2.1.8 Încălzirea apei menajere pentru duș, spălat vase și alte utilități asemănătoare
33
2.2. Arhitectura sistemului de achiziții de date pentru o locuință pasivă și/sau
autonomă inteligent ă 36

3. CAPITOLUL 3 . Structura sistemului de calcul 39

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

3
4. CAPITOLUL 4. Simularea sistemului 43

5. CAPITOLUL 5. Optimizarea sistemului 58

CONCLUZII 60

ANEXE 64

BIBLIOGRAFIE 77

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

4

CAPITOLUL 1. Stadiu actual în domeniu

1.1 Introducere
Având în vedere că trăim în timpul celei de a patra Revoluții Industriale – Digitalizarea -,
conceptul de „casă inteligentă”, sau „smart home”, după denumirea din limba engleză, este tot
mai prezent în viața noastră de zi cu zi.
Fiind mereu conectați la i nternet, având ocazia să accesăm milioane de site -uri și informații în
fiecare secundă, direct de pe smartphone -ul nostru, de pe o tabletă sau de pe laptop, știința și
tehnica a u evoluat foarte mult în sensul automatizărilor și a controlului asupra diverse lor
dispozitive de la ditanță.
Însă, totodată, casele inteligente nu sunt doar case care pot comunica cu proprietarul și pot
efectua niște acțiuni ca stingerea sau aprinderea unui bec. Case inteligente sunt și casele pasive
sau complet autonome, care îmbi nă știința proiectării și a execuției unei clădiri sustenabile și
prietenoase cu mediul împreună cu științe precum domotica.
Scopul controlului dispozitivelor de la distanță este cât se poate de precis: ca viața fiecăruia
dintre noi să fie mai ușoară. Spre exemplu, presupunem că avem un senzor de inundație în baie,
conectat la o electrovalvă ce poate dispune închiderea unui robinet, firește , conectat la o centrală
și la un router wireless cu acces la internet. În cazul în care senzorul detectează o potenția lă
amenințare (de inundație) poți fi notificat asupra acestui aspect, cu posibilitatea de a acționa în
consecință: să acționezi electrovalva sau să ignori amenințarea. Totodată se poate ca senzorul
de inundație să acționeze electrovalva imediat la detectar ea „amenințării”. Multiple scenarii pot
fi create , după dorința utilizatorului.
Acesta a fost doar un banal exemplu despre cât de utilă este această tehnologie în viața noastră
de zi cu zi. „Casele inteligente” pot fi „educate” să acționeze singure, să no tifice proprietarul,
să îți ofere statistici, să îți ofere posibilitatea de a comanda tu măsurile care se impun și așa mai
departe.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

5
Dacă am defini acest concept, putem negreșit să spunem că o casă inteligentă este, de fapt, un
ansamblu ingineresc în care fuzionează tehnologia, proiectarea, grafica și design -ul ingineresc
și resursele de energie neconvenționale . Casele inteligente au ro lul de a optimiza timpul, spațiul
și consumul de energie, cu scopul de a ușura viața proprietarului.
Beneficiile pe care o „casă inteligentă” le aduce sunt multiple:
-monitorizează diverse date preluate de la senzori și îți oferă detalii despre diverși p arametri
esențiali (ex.: temperatură, umiditate, nivelul de CO2, etc)
-monitorizează consumul de energie electrică
-monitorizează randamentul fiecărui echipament conectat
-optimizează consumul de resurse (energie electrică, apă, căldură, lumină) în funcție de
scenariul prestabilit
-îți oferă control de la distanță asupra dispozitivelor integrate
-asigură un grad de securitate sporit (ex.: sisteme de alarmă anti -efracție sau anti -incendiu,
sisteme de supraeghere video, etc)

1.2 O scurtă istorie a caselor in teligente
Conceptul de casă inteligentă nu este o noutate absolută, ci o dorință mai veche a oamenilor de
a-și simplifica viața și de a -și optimiza timpul, resursele și cheltuielile.
Putem spune că, multă vreme, casele inteligente au fost mai mult un conc ept, care a căpătat
contur din ce în ce mai mult o dată cu evoluția cunoștințelor tehnice și tehnologice, precum și
după apariția microprocesoarelor, care au condus la scăderea bruscă a prețului de achiziție
pentru componentele electronice, fie că vorbim d e centrale de comandă, calculatoare, micro –
controllere și ala mai departe.
Un prim pas fizic important, care a dus către materializare conceptul de case inteligente pe care
le percepem astăzi a fost făcut încă din anul 1961, atunci când Joel și Ruth Spira au fondat
Lutron Electronics Company Inc. și au introdus pe piață primul dimmer – un dispozitiv pentru
modularea luminozității.
Mai exact, Joel Spira este cel care a patentat primul dimmer, bazat pe o diodă și un
autotransformator conectat, oferind șansa de a fi mascat într -o cutie electrică standard, de perete,
economisind energie, dar și spațiu [1].

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

6

Fig. 1.1 Primul dimmer fabri cat de Lutron Electronics Company Inc. [2]

Pasul făcut de Joel Spira este considerat a fi unul uriaș, pentru că stă la baza a numeroase
aplicații ale caselor inteligente. Așa s -a ajuns la producerea scenariilor cu jocuri de lumini.
Următorul progres tehn ologic semnificativ în domeniu a fost realizat abia peste încă 14 ani,
când compania scoțiană Pico Electronics a reușit, în anul 1975, să dezvolte un prim standard de
comunicație și transmitere a semnalelor din interiorul unei case sau locuințe.
Standarul X10 nu este foarte stufos, dar a fost revoluționar la vremea respectivă, oferind
posibilitatea de a da comenzi precum: „on”, „off”, „all lights on”, „dim” și „all units off”.
Standardul tehnologic X10 reprezintă, de fapt, un protocol de comunicație care ș i astăzi este
extrem de răspândit în întreaga lume, deoarece alternativele sunt mult mai scumpe.
Așadar, deși principiul de funcționare X10 presupune utilizarea cablului de alimentare pentru
semnalizare și control, prețul extrem de competitiv al protocolului de comunicații X10
reprezintă chiar și astăzi un avantaj pentru producătorii de echipamente ca re aleg să -l
folosească. Printre producătorii renumiți, putem aminti nume importante din industrie, ca
Philips, IBM, SmartLinc, Levitor, Marmitek, IBM, SmartLinc, PowerHouse , dar și altele.
De la semnale electrice, standardul X10 a reușit mai târziu să of ere posibilitatea transferului de
date prin suporturi radio cu infraroșu, dar pe o rază scurtă de acțiune.
În 1984, deci 9 ani mai târziu, membrii Alianței Industriilor Electronice (AIE) [3] au observat
că există o reală nevoie de noi standarde de comunicaț ii, care să ofere mai mult decât ceea ce
oferă standardul X10. Au urmat câțiva ani de zile de studiu și schimburi de idei între părțile
implicate, timp în care membrii AIE au dezvoltat, de comun acord, un nou standard: CEBus,

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

7
care a fost lansat abia în anu l 1992. Denumirea CEBus este o variantă mai scurtă a denumirii
integrale, Consumer Electronic Bus.
Deși noul standard poate face ca semnalul de control să fie controlat prin cabluri de 110W, de
uz casnic, iar fiabilitatea și viteza transmisiilor de date a u crescut substanțial, CEBus nu s -a
bucurat de succesul predecesorului său, doarece și costurile au crescut substanțial. În prezent,
standardul poate fi folosit gratuit de către orice compnie producătoare de echipamente, dar
costurile ridicate de aplicare a standardului reprezintă principalul motiv pentru care acest
standard nu se bucură de notorietate.
În prezent, semnalele electrice nu reprezintă neapărat cea mai dorită alegere. Și asta se întâmplă
deoarece comunicațiile radio sunt mult mai îndrăgite și comfortabile, față de o legătură cablată
prin care să monitorizezi un senzor sau să comanzi un consumator.
Pentru început, tehnologia Bluetooth și cea WiFi au stat la bază pentru revoluția wireless, care
avea să cucerească piața dominată cândva de cabluri le clasice.
Acum, în zilele noastre, vorbim despre rețele radio casnice extrem de celebre, cum ar fi
tehnologia ZigBee sau Z -Wave.

1.3 Tehnologii folosite: t ehnologia Zigbee
ZigBee este un protocol ce se bazeaz ă pe stardardul tehnic IEEE 802.15.4, folos it adesea în
special pentru micile proiecte de automatizare a echipamentelor din casă, adică pentru
echipamente de tip smart -home așa cum este perceput acest domeniu de către majoritatea
utilizatorilor finali ai produsului, din publicul larg.
Din punct de vedere tehnic, standardul ZigBee e utilizat în aplicații simple, unde utilizatorul
dorește doar să poată comunica cu unul sau mai mulți senzori, să interogheze starea sistemului
și a senzorilor, să modifice niște parametri sau să oprească alimentarea unui echipament, de la
distanță, cu ajutorul tehnologiei wireless, printr -o interfață prietenoasă pentru utilizatorul final,
eventual direct de pe telefonul mobil.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

8

Fig. 1.2 Ilustrație a principiului de funcționare a rețelei de tip plasă ZigBe e [4]
Fiind folosit pentru aplicații casnice sau de monitorizare, în special, tehnologia ZigBee e
folosită strict pentru spații personale, de dimensiuni mici (ex.: un apartament), fiind o rețea cu
putere redusă, care are ca principal avantaj o anumită siguranță a canalelor de transmisie a
datelor, precum și o durată de viață destul de îndeungată a bateriilor utilizate pentru alimentarea
senzorilor compatibili cu acest standard.
Rata de transfer a datelor este de aproximativ 250 kbit/secundă, fiind ideală pentru achiziția
periodică a datelor de la senzori, sau pentru transmisia unor diverse semnale.
Tehnologia promovată prin rețeaua ZigBee a fost dezvoltată de către ZigBee Alliance, un
conglomerate sau o asociație, mai bine spus, cu sute de firme de renume implic ate în fenomenul
de timp „smart -home” cu costuri reduse.
Înființată în 2002, ZigBee Alliance a reușit să se impună pe piață și are, printre membrii
asociației, organizații de renume, ca SamsungSmart Things, Comecast, Amazon sau Ikea.
Printre principalele avantaje ale ZigBee pentru utilizatorul final, se numără:
-consum redus
-echipamente accesibile din punct de vedere financiar
-interfață prietenoasă pentru utilizatorul final
-ușurința de implementare a sistemelor
-fiabilitate

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

9
-extensibilitate
-flexibilitate
-folosirea tehnologiei radio cu costuri reduse
-mentenanță ușor de realizat
Avantajele ZigBee Alliance în fața concurenților de pe piață sunt evidente:
-promovarea brandului ZigBee de către toți asociații implicați în proiec t
-soluți software de integrare a tehnologiei pentru cât mai mulți utilizatori
-putere financiară de mentenanță și control a calității
-soluții de optimizare rapide
-securitatea rețelei

Fig. 1.3 Produsele ZigBee oferă interoperabilitate cu alte produse ZigBee de pe piață, dar
produse de alt producător de echipamente [5]
Marele plus al tehnologiei ZigBee este fix interoperabilitatea, sau mai precis capactiatea
echipamentelor unui producător de a se împerechea și de a funcționa împreună cu echipmantele
propuse de un alt producător, dar dezvoltate sub standardul IEEE 802.15.4 promovat și
dezvoltat de ZigBee Alliance.
Ca să înțelegem și mai bine diferența dintre interoperabilitate și coexistență, am folosit
imaginile deja expuse în lucrarea prezentată la no ta de subsolul numărul [5].

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

10

Fig. 1.4 Fig. 1.5
Standardul rețelelor tip ZigBee se bazează, în principal, pe trei tipuri de dispozitive:
-routere
-coordonatori
-dizpozitive terminale

Fig. 1.6 O ilustrație a componentelor unei rețele ZigBee [5]
De la coordonator pleacă întreaga rețea, deoarece acesta pornește și controlează rețeaua. Acest
dispozitiv are menirea de a stoca informații și stochează diverse chei de securitate.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

11
Routerele expandează acoperirea zonei de rețea, stabilește rute semnalului și, în caz că
întâmpină obstacole pe diverse traiectorii, oferă rute de rezervă , folositoare pentru
decongestionare a rețelei . În unele cazuri, router -ul poate semnala defecțiunea sau anomaliile pe
care un dispozitiv (senzor) term inal le prezintă.
Dispozitivele terminale (cum ar fi senzorii) pot transmite sau pot recepționa un mesaj transmis,
dar obligatoriu către un router sau coordonator. Acestea nu pot transmite un mesaj mai departe
și nu pot interoga alte dispozitive.
1.4 Teh nologia Z -Wave
Z-Wave este mai curând un protocol de comunicații wireless , cel mai des utilizat fiind pentru
automatizarea caselor și în alte operațiuni ce țin de domotică.
Practic, vorbim despre o rețea „tip plasă”, sau mesh network , după denumirea din limba engleză,
care utilizează unde radio cu energie re dusă pentru a comunica de la aparat la aparat[6] .
Practic, se permite controlul de la distanță, fără fir (wireless) al aparatelor casnice și al altor
dispozitive, cum ar fi controlul iluminatului, al unui sistem de securitate, termostate, ferestre,
încuie tori, piscine, controlul yalelor electromagnetice sau electromecanice, al ușilor de garaj, al
porților batante și așa mai departe. [7]
Tehnologia Z -Wave reprezintă un protocol folosit, în general, în zonele rezidențiale, oferind o
gamă largă de posibilități de controlare și monitorizare a diferitor dispositive sau mecanisme.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

12
Fig. 1.7 Ilustrație a modului în care funcționează rețaua de tip plasă Z-Wave [8]
Protocolul Z -Wave a fost dezvoltat în anul 1999, de către compania daneză Zensys, din
Copenhaga [9]. Inițial, compania a intrat pe piață cu un sistem de control al sistemului de
iluminat casnic, pe baza unui sistem Z -Wave extrem de simplist de automatizare a locuinței
numit SoC (System on a Chip).
Protocolul de transmisie a datelor funcționa p e o bandă de frecvență nelicențiată în jurul a
900MHz [10]. În prezent, tehnologia Z -Wave utilizează o bandă de frecvență radio situată în
intervalul 800 -900Mhz și poate transmite date pe unde radio până la 100 metri distanță, când
nu sunt întâmpinate o ser ie mai lungă de obstacole care pot bruia sau întrerupe semnalul dintre
două terminale ce comunică între ele.
Pe modelul ZigBee Alliance, a fost înființată cu același scop și Z -Wave Alliance, în anul 2005,
când un consorțiu de companii cu putere financiară , interesate să investească în sectorul dedicat
caselor inteligente și al automatizărilor s -au reunit sub noua asociație Z -Wave Alliance.
Dorința de a se crea o interoperabilitate reală între dispozitivele produse de dieverși jucători de
pe piață, prin in termediul tehnologiei și standardelor Z -Wave, a reușit să reunească companii
de renume, ca: Fibaro, Huawei, ADT Corporation, LG Uplus, Nortek Security & Control, plus
mulți alți jucători importanți din domeniu.
Z-Wave Alliance numără peste 700 de membri p roducători de centrale de comunicație, senzori,
dimmere, care, cu ajutorul tehnologiei, au scopul final de a controla piața caselor inteligente cu
ajutorul acestei tehnologii care dezvoltă o interoperabilitate a unei rețele de „tip plasă”.
Ca și caracteri stici tehnice, Z -Wave a fost gândit și proiectat pentru a asigura transmisii fiabile
ale datelor. Datele sunt de dimensiuni mici, de până la maxim 100 kbit/s. Este mai mult decât
potrivit pentru contolarea și interogarea senzorilor dintr -o rețea rezidenția lă, distanța de
comunicație de cea mai înaltă calitate și eficiență având loc, în mod real, până pe distanțe de
pâna la 40 de metri.
Funcționează la 868,42 MHz în Europa, la 908,42 MHz în America de Nord și folosește alte
frecvențe în alte țări în funcție de reglementările impuse în fiecare stat în parte [11].
Frecvența de bandă aleasă concurează cu unele telefoane fără fir și cu mult mai multe alte
dispozitive electronice preferate de utilizatori pe piață , dar, cu toate aceste are marele avantaj
de a evita potențiale interferențe cu frecvențele Wi-Fi, Bluetooth sau cu alte sisteme care
operează pe 2,4 GHz , o bandă extrem de aglomerată în present, pe care se înghesuie mai mulți
producători de echipamente.
Tabel cu di verse frecvențe folosite în jurul lumii [12]:

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

13
Frecvență (în
MHz) Țara în care este folosită frecvența
919.8, 921.4 Australia, Noua Zeelandă, Malaezia, Brazilia, Chile, El Salvador, Peru
868.40, 868.42,
869.85 Țările CEPT (Europa și alte țări din regiune), Guyana Franceză
908.40, 908.42,
916 SUA, Canada, Argentina, Guatemala, Bahamas, Jamaica, Barbados,
Mexic, Bermuda, Nicaragua, B olivia, Panama,
Insulele Virgine Britanice, Surinam, Insulele Cayman, Trinidad și Tobago,
Columbia, Turci și Caicos, Ecuador, Uruguay

916 Israel

919.8 Hong Kong
919-923 Coreea de Sud

920-923 Tailanda

920-925 Taiwan

922-926 Japonia
868.4 China, Singapore, Africa de Sud
869 Rusia

865,2 India

Tabel 1.1.
Punctul forte prin care se face remarcat protocolul Z -Wave este faptul că Z -Wave Alliance s -a
concentrat foarte mult asupra securității sistemelor care implică protocol de comunicație Z –
Wave. Astfel, datele primite, stocate sau transmise prin intermediul Z -Wave sunt securiza te cu
ajutorul unor standarde de criptare complet noi pentru transmisia de date dintre nodurile rețelei,
începând cu 2 apriliea 2017 [13].
Mai mult, asoierea unui dispozitiv cu alt dispozitiv se face prin intermediul unui cod PIN și a
unui cod QR unic pent ru fiecar terminal în parte, măsuri de securitate implementante pentru ca
echipamentele Z -Wave să nu cadă pradă hackerilor.
Astfel, protocolul Z -Wave este cel mai sigur protocol de comunicație în prezent pentru
echipamentele inteligente [14].
1.5 Diferențe dintre Z -Wave , ZigBee și alte protocoale de comunicație
Industria caselor inteligente se axează în principal pe rețele wireless de comunicație între
echipamente, care, prin accesul la internet să poată comunica de la distanță cu un alt dispozitiv

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

14
(laptop, tabletă, telefon mobil inteligent), printr -o interfață w eb sau aplicație de mobil. Acest
lucru este posibil prin apelarea unui IP specific.
Din numărul mare de tehnologii disponibile, există câteva avantaje pe care tehnologia Z -Wave
le are față de alte tehnologii.
Printre standardele de comunicație care concu rează cu tehnologia Z -Wave putem aminti
ZigBee, Wi-Fi HaLow, Bluetooth 5, Insteon sau Thread .
Tehnologia Bluetooth, de exemplu, este limitată de distanța și intervalul de transmisie a
semnalului, precum și de numărul de dispozitive care se pot conecta și care pot schimba
informații și c omenzi simultan.
Tehnologia Wi -Fi este un consumator prea mare de energie, motiv pentru care nu este cea mai
utilizată pentru astfel de aplicații.
În aer liber, sau în spații deschise, tehnologia Z -Wave poate opera pe distanțe lungi, de până la
100 de me tri, în timp ce în spații închise poate opera până la 40 de metri.
Deși ZigBee este standardul care surclasează Z -Wave la capitolul vitezei de transmisie a datelor,
Z-Wave stă mai bine la interopreabilitate, interoperabilitatea fiind o caracteristică mult mai
importantă pentru utilizatorii finali.
Cu toate că și ZigBee sau Thread sunt rețele „de tip plasă”, acestea funcționează pe frecvența
Wi-Fi standard, de 2.4 GHz. Prin comparație, faptul că Z -Wave funcționează în intervalul 800 –
900 MHz reprezintă un a vantaj, nu doar din punct de vedere al poluării fonice, ci și din prisma
faptului că raza de acoperire a semnalului este mai mare [15][16] .
Însă, de departe cel mai mare avantaj al Z -Wave în fața celorlalte protocoale sau standarde îl
reprezintă faptul că specificațiile și arhitectura Z -Wave au fost publicate și oferite gratuit către
cei interesați de cercetare în domeniu în 2016, motiv pentru care e un protocol foarte atractiv
pentru dezvoltatorii și pasionații de tehnologie Internet of Things (IoT). [17]
Denumirea Alianței ZigBee Z-Wave
Standard internațional IEEE 802.15.4 Fără standard internațional
Utiliz. benzii de frecvență 2.4 GHz Sub 1Ghz
Sensibilitate -98dB m -101dB m
Raza de acțiune 10-30m 30-50m
Rata transf. de date 20 Kbps (868MHz),
40Kbps(916 MHz) 9.6 Kbps
Transfer maxim de date 250 Kbps (2.4 GHz) 100 Kbps
Frecvență 915MHz/2.4GHz 908MHz/916GHz
Criptare AES 128’ AES 128 ’

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

15
Funcționează în toate țările Da Nu
Interoperabilitate Bună Foarte bună
Nr. maxim de noduri în rețea 65000 232
Modulare OQPSK GFSK
Puterea emițătorului 8dBm 0dBm
Tipul rețelei plasă plasă
Tabel 1.2
1.6 Conceptul de casă inteligentă din ultimii ani
În prezent, conceptul de case și/sau clădiri inteligente a fost tot mai dezvoltat și a căpătat și alte
sensuri.
În contextul în care lumea se îndreaptă către un Green Deal, iar utilizarea surselor de energie
regenerabile, conservarea resurselor pe care de ja le deținem și practicile „verzi” prind din ce în
ce mai mult contur, conceptul de casă inteligentă a început să prindă și mai multe nuanțe.
Astfel, devine evident faptul că o clădire sau casă inteligentă nu e suficient să fie doar conectată
(IoT), ci ș i eficientă. Prin urmare, o casă inteligentă devine, mai nou, inteligentă dacă respectă
standardele BioT (Building Internet of Things).
În vederea câștigării statutului de BioT, casele inteligente trebuie să aibă următoarele
atribuții [18]:
– eficiență energetică ridicată (energy efficient)
– afectarea cât mai redusă a mediului înconjurător (green)
– sustenabilitate (sustainable)
– performanțe ridicate oferite persoanelor care o ocupă (productivitate ridicată prin tehnologiile
moderne existente în cadrul clădirii – high performing)
– performanțe sporite oferite persoanelor care gestionează/dețin clădirea (costuri operaționale
scăzute obținute tot prin intermediul tehnologiilor moderne existente în cadrul clădirii –
operationally efficient)
-integrarea în cadrul rețelelor inteligente de producere, transport și distribuție de energie
electrică și al orașelor inteligente (integrated) [19]

Așadar, trendul actual este ca ansamblurile rezidențiale să nu fie doar conctate la diverse
dispozitive ale prop rietarului, ci să fie și autonome. Acest lucru presupune în prezent o clădire
dezvoltată astfel încât să funcționeze (permițând persoanelor din interiorul ei să realizeze toate
acțiunile pe care și le doresc sau pe care trebuie să le realizeze) în mod inde pendent față de o
infrastructură publică sau privată (facilitățile și sistemele fundamentale care deservesc de obicei
clădiri) precum o rețea electrică pentru alimentarea clădirii, o rețea de gaze pentru alimentarea
clădirii, un sistem de alimentare cu apă potabilă sau apă caldă menajeră, un sistem de tratare a
apei reziduale, un sistem de încălzire/răcire și în anumite cazuri un serviciu de comunicații și
drumurile publice.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

16
În mod practic, o casă inteligentă autonomă presupune sustenabilitate. Dorința de a nu fi obligat
să utiliezi o anumită infrastructură exterioară care presupune resurse (ex.: de energie, căldură)
deja existente în afara clădirii, ci utilizarea propriilor resurse, de preferabil de natură „verde”,
este următorul pas care poate eticheta o casă ca fiind o casă „inteligentă”. Foarte important esta
ca resursele și modul în care resursele pentru noua casă inteligentă sunt procurate să nu producă
niciun fel de daune mediului înconjurător.

Fig. 1.8 Exemplu de casă autonomă [20]
Casele autonome presupun următoarele caracteristici:
-obținerea energiei electrice pe cale naturală, independent de resursele oferite convențional până
în prezent
-obținerea apei potabile pe cale naturală, independent de resursele oferite convențional până în
prezent
-obținerea apei calde menajere, independent de resursele oferite convențional până în prezent
-realizarea procesului de încălzire/răcire a locuinței, procese independent e față de resursele și
metodele convențional e de până în prezent
-integrarea un or sisteme de tratare a apei reziduale, procese independent e față de resursele și
metodele convențional e de până în prezent

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

17
Pe de altă parte, tot la capitolul case inteligentă intră, de curând, rolul casei de a fi o „casă
pasivă”.
Casele pasive reprezintă locuințe a căror clădire a fost proiectată astfel încât să consume energie
la un nivel foarte scăzut, dar care să consume suficient de mult încât să poată asigura
funcționarea în parametri normali a consumatorilor necesari din interiorul locuinței sau
gospodăriei.

Fig. 1.9 Un exemplu de casă pasivă este Casa Pasivă din interiorul campusului Universității
Politehnica din București [21]
Standardul Passivhaus , adică standardul care stabilește modu în care o clădire pasivă trebuie
proiectată și construită a luat naștere în timpul unei conversați i din mai 1988 .
Conversația are loc între Bo Adamson , de la Universitatea Lund din Suedia și Wolfgang Feist ,
de la Institut für Wohnen und Umwelt (Institutul pentru locuințe și mediu, Darmstadt,
Germania ).[22]
Conform standardulu i internațional cu privire la modul în care trebuie realizate clădirile pasive
realizat în decembrie 2017 , acesta prevede următoarele aspecte:

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

18
– faptul că c lădirea trebuie proiectată și realizată astfel încât energia consumată anual pentru
asigurarea încălzirii și răcirii spațiilor din interi orul ei (calculată cu ajutorul Passivhaus Planning
Package) să nu depășească 15 kWh/m2 , sau valoarea maximă a energiei consumate pentru
asigurarea încălzirii spațiilor din interiorul ei să fie de 10 W/m2, pe baza datelor legate de clima
din zona în care es te situată clădirea;
– faptul că energia totală consumată anual pentru asigurarea funcționării consumatorilor din
interiorul ei precum și pentru asigurarea încălzirii și răcirii spațiilor din interiorul ei să nu
depășească 60 kWh/m2;
– testul de etanseita te al anvelopei casei – clădirea nu trebuie să permită scurgerea în exteriorul
clădirii a unui volum de aer mai mare de 0,6 din volumul de aer total din interiorul casei atunci
când acesta are o presiune (în interiorul casei) de 50 Pa asigurată în urma tes tării cu ajutorul
unei uși cu suflantă (blower door – Link) SAU dacă ne raportăm la suprafața totală exterioară
a clădirii, scurgerea în exteriorul clădirii a volumului de aer din interiorul clădirii nu trebuie să
depășească 0,05 ft3/minut (1ft3 = 28,3168l ).[23]

O casă inteligentă, după cele mai înalte standarde, înglobează toate conceptele prezentate mai
sus. Astfel, o casă pasivă poate deveni o casă autonomă, dacă respectă regulile stricte confrom
cărora aceasta nu va necesita interacțiunea cu o anumită infrastructură existentă în afara clădirii,
există și funcționează fără a epuiza resursele disponibile (provenite din infrastructuri existente
în exteriorul clădirii) și fără a distruge mediul (fără a afecta în niciun fel mediul înconjurător).

Simultan, casa pasivă și autonomă trebuie să fie interconectată cu clădirile și terenurile
adiacente de care aparține, prin sisteme de tip smart -home care înglobează și dezvoltă teoria
prezentată anterior, utilizând protocoale Z -Wave și sisteme de tip cloud, pentru integrarea
Internet of Things.

1.7 Legătura dintre tehnologiile de automatizare ale caselor inteligente și casele autonome
și/sau pasive
O casă pasivă sau autonomă nu poate să îndeplinească cerințele necesare pentru a fi numită
pasivă sau autonom ă dacă nu este dotată cu echipamente inteligente de monitorizare ale
diverșilor parametri (ex.: temperatură, umiditate) care pot, la rândul lor, să controleze o serie de
echipamente și sisteme de acționare electrică care să satisfacă nevoile de confort pri ntr-un
consum redus de energie electrică.
Astfel, senzorii au rolul de a achiziționa datele, de a le filtra și de a executa o comandă. Spre
exemplu, considerăm că este noapte, că afară sunt 1 4̊ grade Celsius, dar avem în casă o
temperatură de confort seta tă la 2 3̊ de grade Celsius.
Sistemele de încălzire au reglat temperatura la 2 3̊ de grade Celsius pe timpul nopții, temperatura
de la exteriorul casei fiind constantă preț de câteva ore. Dar, pe timpul zilei, temperatura poate
ajunge chiar și la 3 0̊ de gra de C, deci o diferență de temperatură de 1 6̊ grade Celsius în mediul
exterior.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

19
Datorită unei monitorizări constante a parametrilor, o casă inteligentă va acționa la timp
sistemul de răcire și/sau de ventilație al casei în timp real, pe durata schimbărilor parametrilor
de la exterior, comunicând totodată cu senzorii ca strâng date din interior, astfel încât consumul
de energie să fie mai mic, constant, iar confortul locuitorilor să fie cât mai ridicat.
Pe de altă parte, utilizatorii unei astfel de case pot monitoriza producția de energie electrică,
astfel încât să știe care este cel mai potrivit moment al zilei de utilizare a unui boiler de încălzire
al apei, spre exemplu. Sau pot observa când consumul de energie electrică al casei este mai mic
decât produc ția, motiv pentru care pot alimenta și o mașină electrică cu cantitatea de energie
produsă de niște panouri fotovoltaice, în cazul în care nu doresc să înmagazinele energia
produsă în niște acumulatori sau dacă nu doresc să devină prosumatori și să injecte ze surplusul
de energie electrică în rețea.
Acestea au fost doar două exemple, dar aplicații și scenarii mai complexe pot fi puse în practică
pentru a eficientiza consumul de energie electrică și pentru a ridica gradul de confort și calitatea
vieții individului, îmbinând tehnologia cu o casă construită sustenabil și prietenoasă cu mediul
înconjurător.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

20

CAPITOLUL 2. Arhitectura generală a unei case pasive și/sau
autonome inteligentă și a sistemului de achiziții de date

Pentru a putea ajunge la standardul de casă pasiv ă și/sau autonom ă inteligentă, trebuie să se
respecte o serie de indicatori enumerați în primul capitol, la intertitlul 1.6.
Dar, pentru aceasta, există cinci principii care trebuie respectate, după cum urm ează:
• Termoizola ție de calitate
• Etanșeitatea cl ădirii
• Eliminarea pun ților termice
• Geamuri de cea mai înaltă calitate care permit colectarea de energie solară
• Ventila ție cu recuperare de c ăldură [24]

Aceste aspecte, alături de una sau mai multe surse de energie regenerabilă care să ajute la
alimentarea constantă a locuinței cu energie electrică regenerabilă, nu provenită din rețea,
conduc la realizarea obiectivului. Așadar, pentru proiectarea, execuția și exploatarea unei case
autonome inteligente este nevoie de:
• Proiectare serioasă, care să corespundă principiilor de mai sus
• Sursă sau surse de energie electrică neconvențioală, în sensul de energie regenerabilă
• Sisteme inteligente de monitorizare, auto matizare și control al echipamentelor instalate

2.1.1 Proiectarea unei case autonome și/sau pasive inteligente
Pentru a proiecta o casă autonomă și/sau pasivă inteligentă trebuie să avem în vedere, înainte
de toate, forma casei și coordonatele acesteia în funcție de cele patru puncte cardinale: nors,
sud, est și vest.
Cunoaștem că soarele, principalul generator de căldură și energie naturală, răsare dinspre est și
apune către vest. De altfel, mai cunoatem faptul că, în general, curenții de aer cald sunt
transportați pe calea aerului dinspre sud spre nord.
Pe baza acestor noțiuni simple, putem gândi amplasamentul u nei astfel de case și modul în care
vrem să repartizăm încăperile, astfel încât să utilizăm cât mai puțin, dar eficient, sistemele de

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

21
încălzire și de răcire ale casei, precum și necesarul de lumină pentru a nu utiliza energia electrică
pentru a crea lumina artificială pe timpul zilei.
Prin urmare, am încercat să proiectez o casă autonomă inteligentă, respectând principiile de mai
sus, cu ajutorul unui simulator online [25].
Casa este gândită petru a fi utilizată de o familie cu un singur copil, fiind formată pe lângă cele
două dormitoare (unul pentru părinți și unul pentru copil) cu două băi, o bucătărie, un vestibul
(cu rol și de tampon termic), un spațiu de depozitare al ha inelor sau pentru depozitarea a diverse
obiecte, pe un singur nivel, plus o cameră de oaspeți.
Am plecat de la presupunerea că suprafața de proiectare și execuție a lucrării îmi permite să
orientez casa pe axa N -S, forma aleasă fiind de forma unui deptung hi. În vederea realizării
etapei de desen nu am urmărit neapărat elemente de estetică sau design, ci un mod prin care se
poate exploata poziția geografică și compartimentarea unei case astfel încât să poată fi eficientă
din punct de vedere energetic, priet enoasă cu mediul, căci noile normative europene ne
îndreaptă către utilizarea materialelor cât mai prietenoase cu mediul, deci scopul a fost exact o
casă autonomă inteligentă și sustenabilă.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

22

Fig. 2.1.1 Planul casei, privire de ansamblu.
După cum se po ate observa în figura 2.1.1, am orientat cele două intrări ale casei pe axa Nord –
Sud și am optat pentru o formă dreptunghiulară pentru a realiza o circulare a aerului cald dinspre
Sud către Nord.
După cum se poate observa încă din această imagine, atât la intrarea dinspre nord, cât și la cele
două geamuri dinspre living am optat pentru un acoperiș mic, ce are rolul de a bloca pătrunderea
razelor solare în casă pe timp de vară (când razele soarelui cad pe sol în timpul zilei la o
înclinație de aproximativ 6 5̊-70̊), dar care permit pătrunderea acestora în imobil pentru a încălzi
suprafețele interioare în lunile răcoroase (pe timp de iarnă, razele solare ajung la sol cu înclinație
de aproximativ 3 0̊).

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

23

Fig. 2.1.2 Vedere dinspre Nord -Vest. Razele soarelui încălzesc iarna casa, nu furnizează doar
lumină, în timp ce vara furnizează doar lumină, nu și căldură excesivă

Datorită acestui proces, se câștigă lumină naturală și confort termic, pe de o parte, dar se și
renunță la utiliarea sistem ului de înc ălzire/răcire a l casei, deci se salvează energie electrică care
poate fi utiliată în alt scop, stocatată în acumulatori pentru utilizarea ulterioară sau generată în
rețeaua națională.
Orientarea casei către Nord -Sud nu are doar rolul de a ajuta aerul cald să traverseze dinspre Sud
înspre Nord în scopul de a încălzi casa, ci și utilizarea într -un mod eficient al ferestrelor, astfel
încât să genereze suficientă lumină, dar fără să crească cantitatea de căldură.
De exemplu, în living și pe hol vom avea parte mereu de lumină naturală pe timpul zilei, fără a
simți o cantitate exagerată de căldură pe timp de vară. Seara în schimb, soarele se mută către
Vest la apus, moment în care reazele acestuia vor intra puternic în încăpere.
Acest proces ajută la încălzirea naturală a casei, care va oferi o temperatură ușor ridicată față
de cea din timpul zilei, ceea ce nu este o problemă, pentru că nu vom fi nevoiți să apelăm la
sistemul de răcire al casei, decât în cazuri extreme.
Dar, în general, corpul uman are nevoie, p entru a se odihni mai confortabil, de un ambient cu o
temperatură de aproximativ 2̊-3̊ Celsius mai ridicată față de temperatura de confort din timpul
zilei, deoarece nu degajă, ci are nevoie să atragă și să conserve energie, pentru că temperatra
corpului u man scade în timpul somnului. [26]
Am ales ca bucătăria, dormitorul părinților, al copilului dar și prima baie (cea mai mică, de 6
mp) să aibă parte de ferestre dinspre Est, pentru a încălzi temperatura în camerele menționate

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

24
anterior pe timpul dimineții, în ideea de a creea confortul necesar rutinei de dimineață cu
ajutorul căldurii generate de razele pe care soarele le emană la răsărit.

Fig. 2.1.3 Vedere dinspre Sud -Est. Ilustrație: cum încălzesc razele soarelui natural, dimineața,
încăperile cu feres tre spre Est.

Pe parcursul zilei, dormitoarele nu sunt uilizate la fel de frecvent ca living -ul, care este ferit de
căldura generată de soare până înspre apus, când majoritatea membrilor familiei se retrag în
dormitoare.
Baia principală, de 16 metri pătrați a fost pozi ționată către Vest, pentru a se încălzi natural de
la razle soarelui care vor inunda încăperea după amiaza, în vederea asigurării unei temperaturi
confortabile corpului uman pentru rutina specifică de la finalul zilei, fără a necesita încălzire
suplimentar ă, cel puțin pe timp de primăvară, vară și toamnă.
Datorită poziționării în acest fel a camerelor de mai sus, căldura necesară pentru asigurarea unei
temperaturi confortabile pentru membrii familiei este asigurată în mare parte, iar în unele cazuri
total, fără costuri suplimentare din partea utilizării mijloacelor de încălzire/răcire a casei.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

25

Fig. 2.1.4 Vedere dinspre Nord -Sud. Soarele încălzește natural baia principală și camera de
oaspeți, dar nu și living -ul, deși oferă suficientă lumină pentru acti vitățile cuente din timpul
zilei.
Într-adevăr, camera de oaspeți este expusă, mai ales în timpul verii, la supraîncălzire. Nu este o
scăpare de proiectare, ci un calcul simplu: nicio familie nu primește oaspeți în fiecare zi, ci cu
precădere de sărbători, care au loc în anotimpuri răcoroase.
Cu totate acestea, indiferent de anotimpul în care familia va găzdui oapeți, aceștia cu siguranță
nu își vor petrece timpul în cameră, motiv pentru care nu s -au luat măsuri suplimentare pentru
eficientizarea costurilo r de încălzire/răcire a încăperii: această încăpere nu este gândită pentru
a fi utilizată în mod frecvent.

2.1.2. Înclinația acoperișului
Deoarece am prezentat până acum motivul pentru care am ales să proiectez casa pe axa Nord –
Sud și camerele, după specific, cu ferestrele către Est sau către Vest, acum voi explica de ce am
ales unghiul de înclinare al acoperișului astfel.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

26
În primul rând, d eși nu am putut fi explicit în desenele prezentate, suprafața acoperișului are
rolul de a servi ca spațiu de instalare al unui sistem de panouri fotovoltaice și panouri cu tuburi
vidate.
Panoruile fotovoltaice au roul de a genera, înmagazina și/sau pulsa energia electrică
suplimentară în rețea, după alimentarea electrocasnicelor, a iluminatului și a tuturor
consumato rilor de energie electrică din casă.
Panourile cu tuburi vidate, conectate la un boiler, au rolul de a asigura necesarul de energie
strict pe ntru încălzirea apei menajere din imobil.
Acoperișul casei are înclinații diferite pe zona de Sud și de Nord, din motive evidente: pe timp
de vară, razele soarelui vor avea înclinația necesară de a cădea perpendicular cu precădere pe
panourile instalate p e zona de Sud a acoperișului, acolo unde înclinația este de aproximativ 3 0̊,
suprafața fiind și mai mare, deoarece vara este consumată mai multă energie electrică. Nu doar
pentru că ziua este mai lungă, deci electrocasnicele sunt folosite mai des, ci și ne cesarul de
energie electrică pentru răcirea casei, dar și pentru înclzirea apei menajere: vara, firește, ne
spălăm mai des.
Pe zona de nord, înclinația acoperișurului a fost gândită la aproximativ, 4 5̊, panourile fiind
montate pe un suport care poate comp ensa diferența de 1 0̊ pentru a se atinge înclinația de 5 5̊
aproximativ necesare pentru ca panourile solare să fie efieciente și pe timp de iarnă, iar casa să
se poată aut osusține din punct de vedere energetic și pe timp de iarnă, când, datorită proiectării,
cantitatea de energie necesară va fi mai mică față de cantitatea de energie necesară vara.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

27
Fig. 2.1.5 În această imagine se poate observa diferența dintre unghiul de înclinare a
acoperișului pe zona de Nord, față de unghiul de înclinare ales pentru zona de Sud.

2.1.3. Pierderea de energie prin ferestre
Nu este niciun secret faptul că pierderile de căldură au loc cel mai des prin geamurile locuinței,
fie că avem termo pane sau nu la casa noastră.
Pentru a se garanta că ferestrele nu pierd căldură, deci energie, e nevoie nu doar de un geam
termopan, ci și de partea de manoperă și tâmplărie pentru a evita pierderile de căldură.
Astfel, recomandarea pentru a câștiga, în loc de a pierde căldură, este de a utiliza termopane cu
înveliș solar, tâplărie dedicată și măsurarea parametrilor la finalul lucrărilor, astfel încât
valoarea U w să fie mai mică de 0.8 W/m2K, conform standardului european EN 10077, pentru
a se asigura nu doar confortul pe teren mediu și lung, ci și siguranța unei case pasive , autonome
și a unor facturi mai mici în timpul lunilor de iarnă.

2.1.4. Termoizolația
Deși în cultura mioritică izolația presupune doar unul sau două straturi de pilostire n peste
structura clădirii, iar apoi un strat de tencuială, termoizolația pentru o casă cu adevărat pasiv ă
și/sau autonom ă inteligentă trebuie avută în vedere încă de la turnarea fundației propriu zise a
clădirii.
Deși nu este o practică foarte populară, deoarece este cunoscut mai mult din curentul popular
(și din comoditate) faptul că „pământul ține de cald” suficient încât să nu mai fie nevoie o
termoizolație suplimentară, metrologii ne avertizează (aproape în van) că temperatura medie de
îngheț a solulu i, în România, este de aproximativ 1 -1.2 metri sub pământ [27], motiv pentru care
și anumite instalații sanitare sau de irigații cedează pe timp de iarnă, desi nu acesta este subiectul
discuției.
Așadar, pierderile de căldură au loc și prin pardoseală, chi ar și prin fundație. Pentru a obține,
însă, o izolație completă, o fundație izolată, formată dintr -o combinație de beton cu izolație din
spumă de sticlă expandată, geocell sau energo cell.
Motivele utilizării acestei combinații sunt multiple: nu doar că p ierderile de căldură nu vor mai
fi o bătaie de cap, dar și prețul final al investiției va fi mai mic. Spuma de sticlă expandată este,
totuși, mai ieftină decât betonul.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

28
Pe lângă izolarea fundației, atenția trebuie menținută la tâmplăria ferestrelor, izola rea pereților
și, bineînțeles, a acoperișului, care are pirderi de căldură destul de mari dacă izolația nu este
executată corect.

2.1.5. Ventilația cu recuperare de căldură
Unul dintre cele mai importante principii pentru a realiza o casă autonomă și/sau pasivă
inteligentă constă în realizara unui sistem de ventilație cu recuperare de căldură.
Această componentă relativ nouă în domeniu (pentru casele rezidențiale/blocuri de locuințe,
căci soluția a fost folosită cu succes ani de zile pentru clădirile de birouri) este esențială pentru
o casă autonomă inteligentă.
În primul rând din simplul motiv că locuințele moderne, așa cum am prezentat și planul de până
acum, au rolul de a conserva cât mai multă enegie pentru a elimina pierderile de căldură.
Așadar, du pă ce am construit casa pe o anumită axă, după ce am izolat locuința atât la interior,
cât și la exterior, eliminând pe cât posibil cam toate pierderile importante de căldură, intervine
la un moment dat o senzație de neaerisit sau senzația că locuitorii casei se sufocă. Ceea ceeste
normal, pentru că aerul proaspăt din casă este consumat de utilizatorii acesteia.
O greșeală fundamentală este aceea că avem tendința să deschidem geamul pentru a intra aer
proaspăt în casă. Metoda clasică de aerisire nu este, totuși, cea mai bună alegere pentru o casă
pasivă sau autonomă, căci, prin această practică, se va elimina aerul cald din casă pe timp de
iarnă sau aerul deja răcit la o temperatură de confort pe timp de va ră.
Practic, o casă autonomă nu este deloc eficientă dacă se întâmplă să o aerisești cu geamul
deschis, ci are nevoie de un sistem de ventilație cu recuperare de căldură.
Pe lângă componenta de aerisire a casei pentru introducerea aerului proaspăt în loc uință, mai
există pierderile de căldură datorate activității oamenilor: de exemplu, când ieși sau când intri
în casă.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

29

Fig. 2.1.6. Principiul de funcționare al unui recuperator de căldură. Ilustrație [28]
Recuperatorul de căldură, în esență, funcționează ca un schimbător, dacă vreți, de căldură.
Astfel, aerul supraîncălzit, plin de dioxi d de carbon sau cel urât mirositor este atras către exterior
de către sistmul de ventilație și trece prin recuperatorul d e căldură. În același timp, de la exterior
este introdus aer curat, neviciat, care este încălzit de aerul viciat în interiorul recuperatorului de
căldură.
Cu ajutorul unui recuperator de căldură, poți ajunge la un randament de până la 80% -90%, adică
aerul proaspăt introdus în imobil este deja încălzit sau răcit cu până la 80% -90% din temperatura
pe care dorești să o ai în locuință. Astfel, pentru a ajunge la temperatura constantă de confort
pe care o familie o dorește, sistemele de incălzire/răcire mai au de lucrat doar pentru un procent
de 10% -20%.
În loc să încălzești sau răcești aerul intrat pe fereastră cu până la 100%, pe lângă energie salvată
în timpul procesului, salvezi și timpul necesar desfășurării procesului. Astfel, energia electrică
consumată mai puțin îți aduce totodată și un grad ridicat de confort.
Pentru ca o unitate de ventilație cu recuperator de căldură să fie utilizată corespunzător, este
important ca cele două fluxuri de aer, atât cel proaspăt, cât și cel viciat, să nu se amestece
niciodată.
Din acest motiv, cele două fluxuri ar trebui să treacă printr -o structură asemănătoare cu un
fagure de albine, cu o serie de pasaje cu pereți subțiri în interiorul schimbătorului de căldură,
care oferă o suprafață foarte mare pentru transferul de energie între fluxurile de aer adiacente și
aerul de evacuare. [29]

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

30

Fig. 2.1.7. Structură tip fagure. Ilustrație [30]

2.1.6. Sistemul de încălzire și sistemul de răcire al casei
Pentru ca o casă pasivă și/sau autonomă inteligentă să își res pecte cu adevărat standardele,
trebuie să încălzească și să răcească casa într -un mod cât mai eficient posibil. Asta presupune
nu doar un consum de energie redus sau acoperit total din energie regenereabilă, ci să fie și
eficient pentru asigurarea confortu lui, dar și prietenos cu mediul. Într -un cuvânt, este necesar
un sistem sustenabil de încălzire și de răcire al casei.
Pentru încălzirea imobilului, consider că încălzirea prin pardoseală este cel mai eficient mod de
a face acest lucru. Asta deoarece se i nstalează în șapă un traseu de tubulatură încorporată prin
care va trece agentul termic, mai precis apa încălzită.
Apa nu necesită o temperatur ă prea ridicată pentru încălzirea locuinței, fiind suficienta o
temperatur ă de aproximativ 30̊-35̊ de grade Celsius pentru a încălzi podeaua care, la rândul ei,
va degaja căldură de jos în sus, încălzind restul casei.

Fig. 2.1.8 Încălzirea prin pardoseală vs. încălzirea prin calorifer

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

31
Prin comparație, un calorifer sau un radiator are nevoi e de peste 5 5̊ de grade Celsius pentru a
începe să fie eficient, în unele cazuri necesarul de căldură al unui calorifer, ca să încălzească
eficient, ajungând și la 6 5̊-70̊ de grade Celsius.
Pentru răcire, se utilizează tot tubulatură, dar de data aceasta fixată în perete și/sau pe tavan. Se
poate apela și la plăci dedicate, pe care tubulatura este deja instalată. Avantajul la plăcile
dedicate este faptul că sunt deja prevăzute cu o izolație și sunt mai ușor de instalat.
Atât încălzirea, cât și răcirea cas ei prin acest proces garantează o încălzire și o răcire uniforma,
spre deosebire de căldura provenită de la calorifere sau de aerul rece pompat de aerul condiționat
pe o zonă restrânsă. Alt avantaj vizibil constă în faptul că apa care încălzește nu depășeș te
temperaturi mai mari de 3 5̊ de grade Celsius, în timp ce apa rece nu scade sub temperature de
16̊-17̊, și nici pe acestea nu cred că le atinge, decât în cazuri extreme.
Acum că am stabilit felul în care încălzim, dar și cum răcim, trebuie identificată și soluția
tehnică. Pentru o casă pasivă, având în vedere că soluțiile de proiectare și execuție sunt multiple,
cred că cea mai corectă alegere din punct de vedere sustenabil ar fi utilizarea unei pompe de
căldură geotermală.
Din punct de vedere termic, p ompele geotermale sunt extrem de eficiente. Peste 70% din
necesarul mediu de energie pentru o casă tipică , proiectată pentru o singură familie, este pentru
a satisface nevo ia de încălzire și răcire ( deci, nevoi termice).

Cu o pompă de căldură geotermală, consumul de energie poate fi redus cu 40% până la 70%,
obținând economii semnificative la consumul de electrică și gaze naturale. [31]

Mai mult decât atât, p ompele de căldură geotermale pot reduce cu 50% emisiile de carbon
provenite din consumul de energie din clădiri , ceea ce ne duce cu gândul că putem reduce
amprenta la sol a emisiilor de carbon din casa noastră, dovedind că proiectăm sustenabil și nu
doar în folos propriu, ci și în folosul protejării comunității noastre.

În România, la o adâncime considerabilă de aproximativ 100 -150 de metri, solul are o
temperatură constantă de aproximativ 1 0̊-12̊ C. Astfel, dacă se instalează un sistem de sonde
geotermale, prin care să circule nu doar apă, ci și un antigel împotriva înghețului, energia
necesară pentru încălzirea apei, adică a agentului termic în cauză, se poate extrage direct din
sol, cu ajutorul unei pompe geotermale de căldură sol -apă. Această rețea, dacă o putem numi
astfel, se numește bucla la sol.

2.1.7. Principiul de funcționare al instalației
Pompa de căldură nu este neapărat un mister, folosind un principiu relativ simplu, pe care îl
cunoaștem deja și îl utilizăm în alte aplicații: mașina frigorifică.

Practic, pompa funcționează ca un aer condiționat sau, dacă doriți, ca un frig ider classic,
standard.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

32
Întregul sistem este format din câteva elemente cheie: bucla la sol, despre care am vorbit mai
devreme, pompa de căldură propriu zisă și sistemul de distribuție, adică traseul de tubulatură
din pardoseală și de pe pereți și/sau ta van.

Fig. 2.1.9. Funcționarea sistemului de încălzire/răcire cu ajutorul unei pompe geotermale sol –
apă.[32]
După cum se observă și din imaginea de mai sus, pompa de căldură este formată dintr -o valvă
de expansiune, un compresor și cele două „schimbă toare” de căldură, adică condensatorul și,
respectiv, vaporizatorul.
Condensatorul și vaporizatorul, sau cele două „schimbătoare” de căldură ale sistemului au rolul
de încălzi și de a răci agentul termic în funcție de nevoile proprietarului.
Principiile sunt extrem de simple. Lichidul, pe măsură ce se vaporizează, absoarbe căldură. Apa,
spre exemplu, se transformă în abur când ajunge la temperature de fierbere de 10 0̊ de grade
Celsius. Comprimarea unui gaz îi crește temperatura, în timp ce extinderea unui gaz îi scade
temperatura. În momentu în care gazul își pierde constant din temperature, acesta se va
transforma la loc în lichid. De exemplu, aburul apei care a fiert trece prin etapa de condens și
ajunge să se transforme la loc în apă. Cu câteva cunoștin țe minime despre termodinamică și un
minim de acționări hidraulice am ajuns la forma finală a sistemului de încălzire/răcire a
temperaturii în casă.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

33
Un agent frigorific este un lichid cu un punct de fierbere foarte scăzut, ceea ce înseamnă că se
poate evapora într -un gaz și se condensează înapoi într -un lichid la temperatură scăzută.
Când este circulat într -o buclă între două schimbătoare de căldură, agentul frigorific câștigă
căldură de la un schimbător, astfel încât acesta se transformă într -un gaz, gazul este comprimat,
apoi trece prin al doilea schimbător unde pierde căldură, înainte de a fi extins, revenind la un
lichid pentru a începe din nou ciclul.
Într-o pompă de căldură geotermală, primul schimbător de căldură este plasat în circuit cu bu cla
la sol, al doilea în circuitul cu clădirea. Agentul frigorific poate obține căldură din bucla de la
sol și o poate pierde în clădire sau poate funcționa în sens invers; încălzirea sau respectiv răcirea
clădirii .[33]
Pompa de căldură va fi alimentată cu energie electriă direct de la panourile solare instalate,
chiar dacă consumă mult mai puțină energie decât produce, ceea ce este evident, altfel nu ar
mai reprezenta o soluție tehnică corectă.
Circuitul prin care va cirula agentul termic de încălzire și de răcire al casei va fi un circuit închis.
Practic, am identificat soluția tehnică prietenoasă cu mediul, sustenabilă și eficientă. Atât pentru
răcirea, cât și pentru încălzirea casei, nu vom fi nevoiți să utilizăm metode convenționale, iar
costurile de î ntreținere ale temperaturii vor fi zero.

2.1.8. Încălzirea apei menajere pentru duș, spălat vase și alte utilități asemănătoare
Pentru încălzirea apei menajere am gândit un sistem separate de panouri solare, cu tuburi vidate,
nu fotovoltaice. Acestea vor încălzi apa extrasă din rețeaua națională (pentru că, în România,
apa din rețeaua națională este bună atât din punct de vedere calitativ, cât și din punct de vedere
economic, deci nu avem niciun motiv pentru care să căutăm alte soluții), care va fi inmaga zinată
și încălzită, de fapt, într -un boiler.
Deși se poate utiliza apă extrasă de sondele geotermale destinate încălzirii și răcirii casei, în
unele zone se poate constata că apa pe care o găsim în pământ nu este cea mai calitativă, motiv
pentru care am considerat că acest proiect, care are destinația de a putea fi aplicat în diverse
zone de pe suprafața României, să utilizeze separat un sistem de încălzire a apei menajere
extrasă din rețea bazat pe panouri solare cu tuburi vidate, dedicate acestui scop.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

34

Fig. 2.1.10. Sistem de încălzire a apei menajere cu ajutorul panourilor solare cu tuburi
vidate [34]
Siste mul prezentat în imagine funcționează astfel :
• Colectorii sunt așezați, de regulă, pe panou. Partea superioară , pe care lumina va cădea
perpendicular, este înfășurată într -un tub sticlă , pentru a lăsa energia solară să intre. În
interior, se află un material absorbant de culoare neagră, pentru a maximiza eficiența de
atracție a energiei solare de către panou.
• Apa rece este extrasă din boilerul în care este depozitată prin pompa 1 și este pompată
prin colectorul montat pe acoperișul casei.
• Apa absoarbe energia solară și este returnată înapoi în rezervor.
• Apa caldă din rezervor este pompată de pompa 2 prin bobina de încălzire.
• Ventilatorul suflă aer (din cameră) peste bobina încălzită, iar aerul încălzit trece apoi în
cameră și încălzește camera.
• Aerul rece circulă în partea de jos și este recirculat peste bobina de încălzire.

2.2 Arhitectura sistemului de achiziții de date pentru o locuință p asivă și/sau autonomă
inteligentă
Pentru ca o casă pasivă și/sau autonomă să poată să își îndeplinească misiunea, aceasta are
nevoie de un sistem de achiziții de date care să controlze funcțiile casei.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

35
De exemplu, nu ne interesează doar partea în care put em face scenarii și jocuri de lumini pentru
confortul propriu în casă din punct de vedere optic, ci în mod special ne axăm pe controlarea
pierderilor de căldură, adică pe controlul sistemului de încălzire și de răcire al casei.
Pentru aceasta, avem nevoie de un sistem de tip smart home care să achiziționeze date și
informații de la niște senzori de temperatură sau senzori meteorologici.
Un astfel de sistem poate fi format dintr -o centrală simplă, care funcționează pe bază de unde
radio prin protocoalelele de comunicație ZigBee sau Z -Wave despre care am vorbit în primul
capitol, sau putem apela la un C LP, adică la un cotroller logic programabil, care să intervină și
să ia anumite decizii în funcție de datele achiziționate de la senzorii de temperatură sau d e la
senzorii meteorologici.
Personal, înclin către un sistem de achiziții de date care să comunice prin tehnologie Z -Wave,
din următoarele motive:
• Z-Wave este un standard internațional cu vechime, folosit de o gamă largă de
producători
• Echipamentele care comunică cu ajutorul acestui protocol de comunicații nu trebuie să
fie achiziționate de la același producător, deci pot alege echipamente cu caracteristici
foarte performante de la producători diferiți, în funcție de preț, fiabilitate, garanție, etc.
• Com ponenta financiară; un echipament care comunică prin intermediul protocoalelor
Z-Wave va fi mult mai accesibil din punct de vedere financiar, față de un CLP care este
mult mai recomandat pentru lucrări industriale, nu destinate zonelor rezidențiale
• Protoc oalele de comunicații radio sau wireless au un avantaj: senzorii împerecheați sunt
alimentați de la baterii sau acumultori, iar consumul de energie al senzorilor este foarte
mic, motiv pentru care nu voi fi nevoit nici să schimb bateriile sau acumulatorii decât la
câțiva ani
• Tot datorită faptului că protocoalele de comunicație sunt wireless, nu am nevoie de fire
suplimentare cu care să -mi aglomerez pereții casei, deci nu voi introduce în casă căldură
suplimentară pe care nu o doresc; sigur, căldura degajată de un fir prin care trec curenți
slabi nu este foarte mare, dar dacă vreau o casă automatizată din mai multe puncte de
vedere, s -ar putea ca vara să fiu nevoit să răcesc casa cu încă aproape un grad Celsius în
plus, ceea ce nu îmi doresc
Motive pe ntru care îmi doresc senzori meteorologici, nu senzori simpli de temperatură:

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

36
• Un senzor clasic de temperatură îmi va spune exact câte grade Celsius am într -o
încăpere sau în mediul exterior
• Un senzor meteorologic îmi va spune nu doar temperatura, ci și umiditatea din aer,
care este o componentă importantă ce poate activa sistemul de ventilație pentru a
scădea umiditatea din aerul din casă
• Un senzor meteorologic inteligent va fi capabil să fi e conectat la internet, motiv
pentru care voi putea implementa tehnologia Internet of Things (IoT) pentru a stabili
diverși parametri: care va fi umiditatea peste 4 -5 ore, dacă va ploua sau nu la noapte,
care va fi diferența de temperatură în diferse momen te ale zilei, etc.
Cu ajutorul unui senzor meteorologic inteligent, conectat la internet, nu voi achiziționa doar
datele pe care acesta mi le furnizează instant, ci voi ști, datorită achiziției de date prin Interent
of Things de la o stație meteorologică exact care vor fi parametri în următoarele ore sau zile.
Astfel, casa inteligentă va ști cum să pornească sistemul de încălzire, răcire, sau de ventilație al
casei astfel încât fiecare sistem să funcționeze la eficiență maximă. Astfel, consumul de energie
electrică este cât mai mic, dar randamentul sistemelor în care am investit este mai mare. Pe
lângă componenta energetică, intervine componenta de confort sporit, datorită unui sistem
inteligent de achiziții de date.
Spre exemplu, dacă aș utiliza un sistem de achiziții de date de tip smart home cu senzori clasici,
care nu au posibilitatea de a „anticipa” în baza Internet of Thnigs care vor fi fluctuațiile de
temperatură și umiditate în următoarele ore, aș avea de ales între douî opțiuni:
1. Să presetez centra la sistemului de tip smart home să ia o decizie de încălzire sau de
răcire a casei în momentul în care temperatura variază cu + 2̊C sau -2̊C (variația de 2̊C a
fost aleasă strict pentru exemplu) față de temperatura de confort pe care o doresc
2. Să aleg să fiu notificat de către centrală că temperatura a scăzut sau a crescut, pentru a –
i transmite personal decizia pe care doresc ca aceasta să o ia
3. Să utilizez mai mulți senzor i de umiditate independenți legați la centrala de comunicație
care să ia suplimentar de cizia de ventilare a casei când umiditatea variază, sau să mă
notifice suplimentar cu privire la acest aspect pentru a lua singur o decizie.
În oricare scenariu anterior, mă deranjează două aspecte: în primul rând, nu vreau ca sistemele
de încălzire/răcir e și de ventilație să pornească și să se oprească de fiecare dată când temperatura
și umiditatea variază destul de mult. Nu e vorba doar de consumul energetic mai mare, ci și de

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

37
faptul că o diferența mai mare de temperatură și umiditate nu îmi oferă confor tu dorit în
momentul în care am optat pentru o casă pasivă și/sau autonomă inteligentă.
În al doilea rând, presupunând că aleg ca centrala să mă notifice cu privire la parametrii măsurați
și să mă facă să îi „dictez” ce decizie să ia ma deranjează, pentru că aș fi notificat des atât cu
privire la variația temperaturii, cât șio cu privire la variația umidității, iar eu nu îmi doresc nici
acest lucru, căci îmi doresc ca imobilul „să lucreze” pentru mine fără mă notifice constant și să
mă întrerupă din asctiv itățile mele de zi cu zi.
Prin urmare, aleg să utilizez o centrală de tip smart home care va extrage date de la senzori de
temperatură și umiditate din șapte zone (toate dormitoarele, living -ul, bucătăria și cele două
băi), care vor comunica cu centrala ( conectată la internet, pentru a putea comunica cu aceasta
de la distanță, sau pentru a putea urmări parametri direct de pe smartphone) .
De asemenea, voi integra un senzor meteorologic inteligent care va fi amplasat pe casă, în cel
mai înalt punct, pentru a colecta date cât mai corecte, indiferent de poziția soarelui. Dacă
senzorul de exterior ar fi poziționat pe oricare altă latură, acesta ar putea da valori ușor greșite,
din cauza poziției soarelui care se modifică pe tot parcursul zilei, dinspre Est către Vest.
Totodată, senzorul meteorologic, conectat nu doar la centrală, ci și la internet, se va folosi de
tehnologia Internet of Things p entru a citi prognoza meteorologică pe următoarele ore și/sau
zile, astfel încât sistemul de încălzire/răcire și de ventilație să funcționeze din timp și cu un
consum redus de energie.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

38

CAPITOLUL 3. Structura sistemului de calcul

În primul rând, pentru a se respecta principiul de casă pasivă și/sau autonomă din punct de
vedere energetic, trebuie calculate : suprafețele de încălzit, volumele acestora, orientarea
camerelor în funcție de punctele cardinale , numărul de pereți sau de supraf ețe vitrate care fac
legătura direct cu exteriorul, calitatea izolației din fundație, comunicarea tavanului cu un etaj
preîncălzit sau cu mediul exterior, calitatea izolației, grosimea și materialul din care este fabricat
peretele, suprafața spațiului vitr at și diferența de temperatură dintre interior și exterior.
Primul pas din acest proces este calcularea rezistenței termice a fiecărui element în parte.
Rezistența termică a unui material este dată de raportul dintre grosimea materialului și
coeficientul de transfer termic lambda (λ).
Coeficientul de transfer termic lambda (λ) se găsește pe toate materialele izolatoare.
Rezistența termică a unui material o punem nota cu R. Așadar, ecuația folosită pentru a afla
rezistența termică a materialului este:
𝑅=𝑔𝑟𝑜𝑠𝑖𝑚𝑒𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙𝑢𝑙𝑢𝑖 [𝑚]
𝜆 [𝑊
𝑚∗𝐾]
De exemplu, dac ă în proiectul casei proiectate folosim ca structură din lemn tip CLT (cross –
laminated timber) , vom avea un coeficient de transfer ermic lambda λ=0.10 [W/m*K].
Pentru un panou cu o grosime de 0.94 [m], izolat la exterior cu un strat de 0.4 [m] polistiren
expandat cu densitatea de 30 [kg/m3], iar la interior cu un strat de vat ă minerală de 0.06 [m] cu
același coeficient lambda λ=0.040 [W/m*K], vom avea:
𝑅𝑡=𝑅𝑐𝑙𝑡+𝑅𝑒𝑝𝑠 +𝑅𝑣𝑚 =𝑋[𝑊
𝑚∗𝐾]
La fel se va calula și rezistența termică a acoperișului. Ferestrele, în funcție de tipul acestora,
au valori prestabilite. Dacă se alege cel mai performant sistem de geam termopan, vom avea o
rezistență termică de R=0.5 [W/mK], în condițiile în care, pent ru o casă pasivă premium,
indicele maxim ar trebui să fie de 0.8 [W/mK ].
Acum, va trebui calculat ă suprafața fiecărui element în parte, suprafa ța geamurilor, suprafa ța
pereților, suprafa ța tavanelor, suprafa ța ușilor.
Suprafața:

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

39
𝑆=𝐿∗𝑙 [𝑚2]
S-suprafața
L-lungimea
l-lățimea
Se vor calcula și volumele, iar apoi diferența de temperatură dintre exterior și interior.
Volumul:
𝑉=𝐿∗𝑙∗ℎ [𝑚3]
V-volumul
L-lungimea
l-lățimea
h-înălțimea
Diferența de temperatură dintre exterior și interior:
∆𝑇=𝑇2−𝑇1 [℃]
ΔT- diferen ța de temperatură
T2-temperatura de la interior
T1-temperatura de la exterior
Urmează calculul pierderilor de căldură pe suprafață :
𝑈𝑤=𝑆∗∆𝑇
𝑅∗1
1000=𝑋 [𝑘𝑊]
Uw – pierderile de c ăldură/necesarul termic
S-suprafața încăperi i
ΔT-diferența de temperatură
R–rezistența termică calculată
După ce se efectuează calculul pentru fiecare perete, se adună totalitatea pierderilor de căldură,
la care se adaugă totalitatea pierderilor pentru ferestre.
Pierderile prin fundație di eră de la fundație la fundație. La o fundație neizolată, pierderile ajung
până la 15%.
La aceste calcule, se poat considera și pierderile de aer, dar doar în cazul în care nu vorbim
despre ventilație cu recuperare de căldură. În cazul prezentat până acum, beneficiem de o
ventilație cu recuperare de căldură, deci nu se pune problema pierderilor de aer. Cu toate
acestea, pentru calculul pierderilor de aer se înmultește suprafața cu înălțimea:
𝑈𝑎𝑒𝑟 =𝑆∗ℎ [𝑚3]

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

40
Pentru a determina pierderile de căldură prin aer, se înmulțește rezultatul obținut cu 9 watti pe
metru cub.
𝑈𝑤 =𝑈𝑎𝑒𝑟 ∗9=𝑋 [𝑘𝑊]
În final, se adună toate calculele pentru a observa pierderile totale de energie termică. [35]
Consumul de energie electrică al casei per total este un alt factor important pentru determinarea
necesarului de panouri solare fotovoltaice și/sau cu tuburi vidate.
Astfel, se adună puterea electrică consumată de fiecare consumator:
𝐶1+𝐶2+⋯+𝐶𝑛=𝑋 [𝑘𝑊]
Energia electrică se calculează după numărul de ore în care funcționează un consumator:
𝑊=𝐶∗𝑡 [𝑘𝑊ℎ]
De exemplu, un consumator de 1000W, care funcționează 5 minute va avea următorul consum
de energie electrică:
𝑊=1000 ∗0.083 =0.083 [𝑘𝑊ℎ]
În medie, în România, o gospodărie consumă între 1.6 și 2 kWh. În proiectul prezentat, situația
va fi mai diferită, în sensul că gospodăria proiectată va consuma semnificativ mai puțin. Doar
încălzirea prin pompă sol -apă garanteaz ă un raport de 4:1, adică la 4 unități de căldură generată
se consumă doar o unitate de energie electrică.
Pe lângă acest aspect, mai calculăm faptul că gospodăria proiectată nu necesită lumină artificială
pe timpul zilei. Însă, există și consumatori mai mari, precum mașina de spălat vase sau mașina
de spălat haine, aspiratorul, uscătorul de păr și așa mai departe, deci putem negerșit să
presupunem că un consum real al gospodăriei poate atinge între 5 kWh -10 kWh pe zi, într -o zi
în care folosim mai multe echipamente electrocasnice . Dacă dorim să satisfacem necesarul
zilnic de energie electrică, trebuie să instalăm panouri fotovoltaice care să satisfacă cererea.
Asta ar însemna un consum anul de:
5∗365 −10∗365
1825 −3650 [𝑘𝑊ℎ/𝑎𝑛]

Practic, pentru a satisfice nevoile minime, avem nevoie de un sistem care s ă producă minim 1.9
kW putere instalată, până la 3.65 kW putere instalată. Tindem către limita maximă de necesar
de putere instalată. Alegem un panou solar fotovoltaic de 300 W.
3650 ÷300 =12,17 𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢𝑟𝑖 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

41
Așadar, alegem 13 panouri solare a câte 300 W/panou de putere instalată și va rezulta o putere
instalată de 3900 W sau 3.9 kW 𝑝𝑢𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡 ă:
13∗300 =3900 𝑊𝑝
Acestea vor fi poziționate pe latu ra dinspre Nord a acoperișului de pe casă, pentru că unghiul
permite atragerea razelor de energie solară necesară pe timp de vară.
Suprafața minimă de instalare a panourilor pe latura nordică este de aproximativ 40 de metri
pătrați , cu o lungime de 5 metr i și o lățime de 8 metri . Dimensiunea panoului ales este una
standard, adică 165 cm lungime și 100 cm lățime. La un calcul simplu, putem instala fără
probleme două rânduri a câte 7 panouri, având o marjă de eroare de 0.5 metri la fiecare capăt
pe lățime și peste 0.85 metri disponibili la fiecare capăt pe lungime. Așadar, din moment ce
avem spațiu disponibil, vom instala 14 panouri a câte 300 W, adică 4.2kW putere instalată pe
partea orientată către Nord a acoperișului.
Dar, pe timp de toamnă târzie și iarn ă, ziua este mai scurtă, randamentul panourilor solare va fi
mult mai scăzut, așadar nu va satisface necesarul de energie. Pentru a ne face „rezerve” de
energie pentru zilele de iarnă în care nu vom putea satisface necesarul de energie, precum și
pentru ut ilizarea energiei solare câștigate pe timp de zi, pe timp de noapte, instalăm pe suprafața
acoperișului, de data aceasta pe partea dinspre Sud, mult mai productivă primăvara, toamna
târzie și chiar și iarna, față de panourile dinspre Nord, cât mai multe pa nouri.
Suprafața pe partea de Sud a acoperișului este semnificativ mai mare: tot 8 metri lățime, dar de
această dată 12 metri lungime, deci un total 96 de metri pătrați.
Alegem același tip de panouri, deci 7 rânduri a câte 7 panouri.
7𝑟â𝑛𝑑𝑢𝑟𝑖 ∗7 𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢𝑟𝑖 =49 𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢𝑟𝑖
49∗300 =14 700 𝑊=14.7 𝑘𝑊 𝑝𝑢𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡 ă
Așadar, cu 14.7 kW putere instalată pe partea dinspre Sud a acoperișului, împreună cu 4.2 kW
putere instalată pe partea dinspre Nord a acoperișului, rezultă:
14.7+4.2=18.9 𝑘𝑊 𝑝𝑢𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡 ă
Pentru ca lucrarea să fie funcțională, trebuie să alegem și un invertor, deoarece energia electrică
produsă de panouri generează curent continuu, dar noi avem nevoie de curent alternativ pentru
a alimenta casa și pentru a putea vărsa surplusul de energie în rețea. Aceste invertoare sunt
standardizate, deci pentru o putere instalată de 18.9 kW, vom alege un invertor de 20 kW.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

42

CAPITOLUL 4. Simularea sistemului

Scopul simulării eficienței materialelor izolatoare și a amplasamentului imobilului proiectat și
prezentat este de a determina pierderile de energie ale locuinței și necesarul efectiv de energie
electrică pentru întreținea locuinței pe termen mediu și lung , pentru a determina astfel și
costurile economice de întreținere cu energie electrică solară și/sau din rețea, dacă este cazul.
Pentru a efectua aceste calcule și simulări, am utiliza două surse de calcul, respectiv sursa 1 [36]
și sursa 2 [37], sau, așa cum vor fi numite în continuare, primul simulator și cel de al doilea
simulator.
Pentru a determina necesarul termic cu ajutorul primului simulator vor fi introduși următorii
parametri: lungimea, lățimea și înălțimea încăperii (sau direct volumul), dif erența de
temperatură dintre interior și exterior și se va alege valoare medie a izolației (dintre următoarele
variante: izolație bună (construcții noi începând cu 1990), izolație medie (clădiri începând cu
anul 1975), izolație slabă (construcții vechi), a proape fără izolație (magazii/șuri), fără izolație
(corturi pe timp de primăvară/toamnă) și fără izolație (corturi pe timp de iarnă).
Pentru a determina necesarul termic cu ajuorul celui de al doilea simulator , vor fi introduși
următorii parametri: locali tatea, orientarea încăperii (toate variantele punctelor cardinale),
izolația imobilului (foarte bine izolat, bine izolat, izolat parțial, neizolat), suprafața vitrată (cu
geam termopan cu emisie termică redusă, cu geam termopan cu emisie termică normală, c u
geam termopan cu emisie termică ridicată, cu geam dublu și cu geam simplu), poziționarea în
imobil (parter cu nivel superior încălzit sau neîncălzit, nivel intermediar sau ultimul nivel),
temperatura din încăpere, volumul încăperii, numărul de pereți căt re exterior și suprafața vitrată.
Fiecare încăpere a fost proiectată pentru o înălțime h=270 cm=2.7 m.
Temperatura de confort din fiecare încăpere va fi prestabilită la 2 3̊C.
Temperatura de la exterior va fi prestabilită la 1 3̊C, deci diferența de tempe ratură dintre interior
și exterior va fi constant de 1 0̊C.
Suprafețele vitrate sunt dispuse după cum urmează:
• Bucătărie: 6.44 [mp];
• Baie 1: 1.96 [mp];

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

43
• Dormitor părinți: 2.94 [mp];
• Living: 27.66 [mp];
• Hol acces camere în zona de Sud: 0 [mp];
• Cameră de depozitat haine/diverse: 0 [mp];
• Baie 2: 2.94 [mp];
• Cameră de oaspeți: 1.96 [mp];
• Cameră copil: 2.94 [mp];
• Vestibul: 10.35 [mp];
Se va calcula pentru fiecare încăpere ca fiind poziționată la nivel intermediar în imobil, deoarece
am considerat că imobilul proiectat este foarte bine izolat atât la podea, cât și la tavan.
Se consideră că imobilul este proiectat în București, deoarece în acest oraș am studiat pe
perioada desfășurării stu diilor de licență.
Pentru început, se va simula fiecare încăpere în parte, pentru a determina pierderile de energie
în forma actuală a proiectului.
Bucătăria
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.39 kW .

Fig. S.4.1
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.985 kW .

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

44

Fig. S.4.2
Baie 1
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.23 kW.

Fig. S.4.3

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

45
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.464 kW.

Fig. S.4.4.
Dormitor părinți
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.56 kW.

Fig. S.4.5
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.827 kW.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

46

Fig. S.4.6
Living
Primul simulator stabilește un necesar termic de 2.39 kW.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

47

Fig. S.4.7
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 3.65 kW.

Fig. S.4.8
Hol acces camere dinspre Sud

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

48
Primul simulator stabilește un necesar termic de 1.32 kW.

Fig. S.4.9
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 1.3 kW.

Fig. S.4.10
Cameră de depoziare haine/diverse

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

49
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.28 kW.

Fig. S. 4.11
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.384 kW.

Fig. S. 4.12
Baie 2

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

50
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.56 kW

Fig. S.4.13
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.83 kW.

Fig. S.4.14

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

51
Cameră de oaspeți
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.56 kW.

Fig. S.4.15
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.83 kW.

Fig. S.4.16

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

52
Dormitor copil
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.28 kW.

Fig. S.4.17
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 0.45 kW.

Fig. S.4.18

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

53
Vestibul
Primul simulator stabilește un necesar termic de 0.9 kW.

Fig. S.4.19
Al doilea simulator stabilește un necesar termic de 1.9 kW.

Fig. S.4.20

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

54
Astfel, totalul de necesar termic după simularea efectuată cu ajutorul primului simulator este de
7.48 kW.

Fig. 4.1 Graficul necesarului de putere în funcție de volumul încăperii ( rezultate în urma
utilizării primului simulator)

După simularea efectuată cu ajutorul celui de al doilea simulator , necesarul termic este de
11.613 kW.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

55
Fig. 4.2 Necesarul de putere în funcție de volumul încăperii ( rezultate folosind al doile a
simulator )
Având în vedere, însă, că folosim un recuperator de căldură pentru imobilul proiectat, cu un
raport de consum de 4:1, vom avea nevoie în mod real de doar 1.87 kW, în cazul în care ne
orientăm după calculele efectuate cu ajutorul primei surse de simulare, s au de un necesar real
de doar 2.9 kW, dacă ne orientăm după simulările efectuate cu al doilea simulator.
Dacă repetăm, însă, simulările anterioare pentru o casă cu o suprafață vitrată mult mai mare,
respectiv 80% din suprafața preților exteriori (peretel e exterior al camerei de depozitare nu a
fost convertit în perete de sticlă) , deci o izolație mult mai slabă, necesarul termic utilizând a
doua sursă de simulare va fi de 19.997 kW. Primul simulator nu a putut fi folosi t, deoarece nu
putem calcula și supra fața vitrată cu ajutorul lui .

Fig. 4.3 Necesarul termic în cazul în care pereții imobilului ar fi de sticlă în proporție de 80%
Rezultatele ar fi diferite și dacă am păstra aceeași configurație a casei, dar am renunța complet
la suprafața vitrată . Tot cu ajutorul cel ui de al doilea simulator , am obținut , pentru un astfel de
caz ipotetic, un necesar termic de 8.087 kW.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

56

Fig. 4.4 Necesarul termic pentru clădirea proiectată, dacă aceasta nu ar avea deloc ferestre
Dacă am fi proiectat imobilul cu 50% din suprafața pereților reprezentând suprafață vitrată,
necesarul termic total pentru încălzirea casei în condițiile propuse ar fi de 10.482 kW.
Reprezentarea grafică a necesarului termic în funcție de volumul încăperii va arăta, în acest caz,
astfel:

Fig. 4.5 Necesarul termic pentru clădirea proiectată, dacă 50% din suprafața pereților ar fi
suprafață vitrată (rezultate obținute cu ajutorul celui de al doilea simulator)

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

57

CAPITOLUL 5. Optimizarea sistemului

Pentru a optimiza necesarul termic calculat în simulările din capitolul anterior, vom efectua
câteva modificări:
• Se va renunța la trei supra fețe vitrate generoase: cele două geamuri de la intrarea dinspre
Nord, plus geamul de pe peretele de la intrarea dinspre Sud (prin vestibul)
• Se va renunța la unul dintre cele două geamuri de pe latura dinspre Vest a livingului, iar
al doilea va fi redimensionat pentru a oferi o suprafață vitrată de doar 3 mp pentru întreg
livingul
• Se va renunța la suprafața vitrată de pe latura de Vest a livingulu i, aflată între dormitorul
părinților și camera de dopzitare a hainelor/diverselor obiecte
• Se vor redimensiona suprafețele vitrate rămase , astfel încât nicio suprafață vitrată
actuală să nu depășească 2 mp după redimensionare, mai puțin în bucătărie, unde vom
avea două fereste a câte 2 mp, pe doi pereți diferiți: cel dinspre Nord și cel dinspre Est.
Așadar, redimensionată, noua casă va arăta astfel:

Fig. 5.1 În partea stângă; vedere dinspre N -V
Fig. 5.2 În partea dreaptă; vedere dinspre S -E
Sistemul a fost optimizat astfel încât să putem obține un nivel minim de luminozitate necesar
pentru confort și pentru realizarea în condiții optime de lumină naturală a activităților zilnice.
Prin urmare, în urma redimensionării suprafețelor de sticlă pri n care se pierdea mai multă
căldură, vom obține următoarele rezultate utilizând cel de al doilea simulator pentru simularea
și calcularea necesarului termic:
Bucătărie: 0.849 kW
Baie 1: 0.529 kW

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

58
Dormitor părinți: 0.827 kW
Living: 1.985 kW
Hol acces dinspre Sud: 1.29 kW
Cameră de depozitare haine/diverse: 0.384 kW
Baie 2: 0.827 kW
Cameră de oaspeți: 0.827 kW
Dormitor copil: 0.514 kW
Vestibul: 1.699 kW
În final, suma totală a necesarului de căldură de după redimensionarea suprafețelor vitrate în
vedere a optimizării necesarului termic, conform cel ui de al doilea simulator utilizat, este 9.731
kW. Așadar, cu aproape 2 kW mai puțin, mai precis 1.882 kW.

Fig. 5.1 Necesarul termic după optimizarea clădirii proiectate, prin reducerea suprafețelor
vitrate

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

59

CONCLUZII

• O casă autonomă sau pasivă inteligentă nu poate funcționa la parametri maximi de
eficiență fără ajutorul tehnologiei inteligente de achiziții de date .
• Orientarea unei case pasive sau autonome după punctele cardinale oferă un plus din
punct de vedere energetic, pentru că se pot lua măsuri pentru eficientizarea izolației și
ajustarea atât a consumului de energie electrică, a necesarului termic, dar și al achiziției
de energie electrică solar ă prin intermediul panourilor solare instal ate.
• Izolația termică temeinică a fundației și a acoperișului evită pierderile de căldură mari
și ajută la eficientizarea sistemului de încălzire și de răcire al casei, precum și conduce
la un consum mai mic de energie electrică .
• Structura propusă a casei, bazată pe lemn de tip CLT coduce la o izolație mai puternică
a imobilului, având un coeficient de transfer termic mult mai mic față de cărămida,
BCA -ul, betonul sau alte materiale de construcții. În combinație cu izolatori ca
polistirenul expandat s au vata minerală conduce la o izolație termică de cea mai înaltă
calitate, deci datele calculate ale necesarului de energie termică sunt, de fapt,
considerabil mai mici .
• Sistemele de panouri solare on -grid, care injectează în rețea surplusul de energie sun t
mai eficiente din punct de vedere economic față de panourile solare off -grid, care
încarcă un număr de acumulatori. Acumulatorii sunt scumpi, au o durată de viață destul
de mică și nu sunt rentabili din punct de vedere economic la momentul actual, însă
soluția injectării în rețea a surplusului de energie electrică (adică avantajul de a deveni
prosumator) este mai eficientă, deoarece surplusul de energie electrică injectat în rețea
pe timpul zilei primăvara, vara și toamna poate fi echivalat cu cantitatea de energie
electrică extrasă din rețea pe timp de noapte, în zilele mai puțin productive, sau iarna.
Indiferent de cât va crește (foarte probabil) sau cât va scădea (foarte puțin probabil)
prețul unui kW, tu vei extrage din rețea cu același preț cu care in jectezi. Practic, nu este
un model de afacere, ci o investiție pe termen lung.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

60
• Randamentul panourilor solare scade cu 10% după aproximativ 15 ani, deci se poate
anticipa un necesar de putere instalată din timp. Chiar dacă nu vor avea randament
maxim și dup ă 15, 20 sau 25 de ani, panourile tot vor produce suficient cât să îți poți
alimenta gospodăria.
• Sondele geotermale de căldură sol -apă consumă o unitate de energie electrică la patru
unități de energie termică produse, deci sunt mult mai eficiente decât o centrală termică
convențională .
• Panourile solare cu tuburi vidate, produse pentru încălzirea apei, au randament mai bun
pe timp de iarnă decât panourile solare fotovoltaice, motiv pentru care trebuie să fie
luate în calcul în proiectarea inițială a necesar ului de panouri în funcție de nevoi.
• Cele mai mari pierderi de căldură dintr -o locuință au loc prin suprafețele vitrate, din
cauza rezistenței mai mici la transferul de căldură al geamurilor .
• Sistemele de ventilație cu recuperare de căldură salvează un pr ocent important de
energie termică, deoarece aerul proaspăt intră în locuință deja încălzit în proporție de
80-90% de către aerul consumat și eliminat simultan din locuință .
• Sistemul de încălzire prin pardoseală este mai eficient decât sistemul de încălzir e cu
ajutorul unui calorifer sau ra diator, deoarece apa care trece prin pardoseală trebuie
încălzită la o temperatură mult mai mică, iar căldura din pardoseală se ridic ă și se disipă
în încăpere uniform .
• Sistemul de răcire al unei case pasive sau autonome prin intermediul tubulaturii instalate
în pereți și tavan, prin care circulă apă rece, este mai eficient decât un aer condiționat,
deoarece apa trebuie răcită foarte puțin, iar temperatura descrește uniform în toată
încăperea.
• Datele simulate și calculate ale necesarului termic sunt mai mici în realitate, deoarece
nu s-au luat în calcul (în simulare) grosimea pereților, grosimea izolației, noii coeficienți
termici ai materialelor de izolație, izolația fundației și cantitatea de căldură provenită d e
la soare în diferitele perioade de timp (momentul zilei, anotimpul) .
• Randamentul panourilor solare ți ne și de înclinația panourilor pe suprafața pe care
acestea sunt montate, astfel încât razele soarelui să cadă perpendicular pe panou .
• În zilele de toamn ă și iarnă, panourile solare produc mai puțină energie electrică nu doar
din cauza perioadei mai scurte de timp în care avem parte de lumină naturală, respectiv
de raze solare, ci și dintr -o serie de alți factori: soarele este mai îndepărat de Pământ în

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

61
lunile de iarnă, norii activează ca un filtru în calea razelor soarelui, în antimpurile reci
crește cantitatea de praf și de particule care acționează așadar tot ca un filtru .
• Randamentul panourilor solare poate fi scăzut și din cauza murdăriei, a prafului s au al
obiectelor (copaci, stâlpi, etc.) care pot umbri suprafața pe care se află celulele
fotovoltaice ale panourilor , element ce trebuie luat în calcul în momentul proiectării.
• Am recomandat în faza de proiectare structura casei pe bază de lemn de tip CLT (cross –
laminated timber), deoarece lemnul de tip CLT nu degajă dioxid de carbon, precum
betonul, ci activează invers, ca un absorbant al dioxidului de carbon. Acest aspect este
important pentru a ne încadra în standardele unei case pasive sau autonome .
• Spațiile vitrate proiectate au fost gândite pentru a asigura cât mai multă căldură naturală
pe timp de iarnă, când soarele se află la unghi favorabil pătrunderii razelor de lumină
(deci implicit de căldură) în casă, pentru a folosi cât mai puțin cu putință s istemul de
încălzire. Totodată, razele de lumină emise de soare nu au posibilitatea de a intra în
living pe timp de vară, datorită parasolarelor (sau ale acoperișului) gândit să blocheze
accesul acestora în casă prin spațiul vitrat proiectat .
• Pentru a evit a o lipsă de alimentare a casei cu energie electrică în cazul unei căderi de
tensiune noaptea sau în condiții meteorologice nefavorabile producției de energie
electrică de către panourile solare, se pot utiliza niște acumulatori care să înmagaineze
o parte din energia electrică produsă de panouri, astfel încât, la o eventuală avarie, să
poată susține o perioadă de timp nevoile energetice ale locuinței. Practic, ar funcționa
cu o sursă de curent suplimentară în caz de extremă urgență.
• Anticiparea schimbărilor de temperatură prin senzorii meteorologici propuși are rolul
de a pregăti din timp necesarul de energie termică pentru situațiile în care temperatura
și umiditatea își vor schimba valorile, pentru a gestiona eficient sistemul de încălzire,
răcire sau de ventilație la un consum de energie electrică constant și redus .
• În cadrul măsurătorilor nu s -au luat în calcul câștigul de energie termică generat de
cedarea de căldură a corpului uman al persoanelor aflate în locuință. Este binecunoscut,
însă, faptul că noi eliminăm căldură constant, în funcție de activitatea în care suntem
angrenați în acel moment.
• Un alt câștig important de căldură va avea loc în momentul în care vor funcționa mai
multe dispozitive electronice sau electrocasnice simultan: fiecare dispozitiv cedează o

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

62
cantitate de căldură (considerabilă într -o locuin ță foarte bine izolată) pe parcursul
funcționării .
• Sistemul inteligen t de achiziții de date poate monitoriza consumul efectiv de enegie
electrică al casei, pentru a se optimiza procesele desfășurate de locuitorii imobilului,
astfel încât să câștige din pun ct de vedere eneretic .
• Diferențele dintre rezultatele oferite de cele două programe utilizate pentru simularea
pierderilor energetice sunt pur orientative și diferă din cauza unor factori: primul
simulator nu ia în calul grosimea pereților, coeficientul ex act de transfer al energiei
termice, orientarea casei sau a camerelor față de punctele cardinale și nici nu calculează
suprafața vitrată, în timp ce al doilea simulator nu calculează diferența exactă de
temperatură dintre interior și exterior, nu ia în con siderare grosimea pereților,
coeficientul de transfer termic de energie este prestabilit pe baza unor parametri
generali, iar orientarea camerelor față de punctele cardinale nu este luată în considerare
pentru un moment specific al zilei.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

63

ANEXE

Fig. 1.1 Primul dimmer fabricat de Lutron Electronics Company Inc.

Fig. 1.2 Ilustrație a principiului de funcționare a rețelei de tip plasă ZigBee

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

64

Fig. 1.3 Produsele ZigBee oferă interoperabilitate cu alte produse ZigBee de pe piață, dar
produse de alt producător de echipamente

Fig. 1.4 Fig. 1.5

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

65
Fig. 1.6 O ilustrație a componentelor unei rețele ZigBee

Fig. 1.7 Ilustrație a modului în care funcționează rețaua de tip plasă Z -Wave
Frecvență (în
MHz) Țara în care este folosită frecvența
919.8, 921.4 Australia, Noua Zeelandă, Malaezia, Brazilia, Chile, El Salvador, Peru
868.40, 868.42,
869.85 Țările CEPT (Europa și alte țări din regiune), Guyana Franceză
908.40, 908.42,
916 SUA, Canada, Argentina, Guatemala, Bahamas, Jamaica, Barbados,
Mexic, Bermuda, Nicaragua, Bolivia, Panama,
Insulele Virgine Britanice, Surinam, Insulele Cayman, Trinidad și Tobago,
Columbia, Turci și Caicos, Ecuador, Uruguay

916 Israel

919.8 Hong Kong
919-923 Coreea de Sud

920-923 Tailanda

920-925 Taiwan

922-926 Japonia
868.4 China, Singapore, Africa de Sud
869 Rusia

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

66
865,2 India

Tabel 1.1
Denumirea Alianței ZigBee Z-Wave
Standard internațional IEEE 802.15.4 Fără standard internațional
Utiliz. benzii de frecvență 2.4 GHz Sub 1Ghz
Sensibilitate -98dBm -101dBm
Raza de acțiune 10-30m 30-50m
Rata transf. de date 20 Kbps (868MHz),
40Kbps(916 MHz) 9.6 Kbps
Transfer maxim de date 250 Kbps (2.4 GHz) 100 Kbps
Frecvență 915MHz/2.4GHz 908MHz/916GHz
Criptare AES 128 ’ AES 128 ’
Funcționează în toate țările Da Nu
Interoperabilitate Bună Foarte bună
Nr. maxim de noduri în rețea 65000 232
Modulare OQPSK GFSK
Puterea emițătorului 8dBm 0dBm
Tipul rețelei plasă plasă
Tabel 1.2

Fig. 1.8 Exemplu de casă autonomă

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

67

Fig. 1.9 Un exemplu de casă pasivă este Casa Pasivă din interiorul campusului Universității
Politehnica din București

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

68

Fig. 2.1.1 Planul casei, privire de ansamblu

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

69
Fig. 2.1.2 Vedere dinspre Nord -Vest. Razele soarelui încălzesc iarna casa, nu furnizează doar
lumină, în timp ce vara furnizează doar lumină, nu și căldură excesivă

Fig. 2.1.3 Vedere dinspre Sud -Est. Ilustrație: cum încălzesc razele soarelui natural, dimineața,
încăperile cu ferestre spre Est.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

70

Fig. 2.1.4 Vedere dinspre Nord -Sud. Soarele încălzește natural baia principală și camera de
oaspeți, dar nu și living -ul, deși oferă suficientă lumină pentru activitățile cuente din timpul
zilei.

Fig. 2.1.5 În această imagine se poate observa diferența d intre unghiul de înclinare a
acoperișului pe zona de Nord, față de unghiul de înclinare ales pentru zona de Sud.

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

71

Fig. 2.1.6. Principiul de funcționare al unui recuperator de căldură. Ilustrație

Fig. 2.1.7. Structură tip fagure. Ilustrație

Fig. 2.1.8 Încălzirea prin pardoseală vs. încălzirea prin calorifer

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

72

Fig. 2.1.9. Funcționarea sistemului de încălzire/răcire cu ajutorul unei pompe geotermale sol –
apă.

Fig. 2.1.10. Sistem de încălzire a apei menajere cu ajutorul panourilor solare cu tu buri vidate

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

73

Fig. 4.1 Graficul necesarului de putere în funcție de volumul încăperii (rezultate în urma
utilizării primului simulator)

Fig. 4.2 Necesarul de putere în funcție de volumul încăperii (rezultate folosind al doilea
simulator)

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

74

Fig. 4.3 Necesarul termic în cazul în care pereții imobilului ar fi de sticlă în proporție de 80%

Fig. 4.4 Necesarul termic pentru clădirea proiectată, dacă aceasta nu ar avea deloc ferestre

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

75

Fig. 4.5 Necesarul termic pentru clădirea proiectată, dacă 50% din sup rafața pereților ar fi

Fig. 5.1 În partea stângă; vedere dinspre N -V
Fig. 5.2 În partea dreaptă; vedere dinspre S -E

Fig. 5.1 Necesarul termic după optimizarea clădirii proiectate, prin reducerea suprafețelor
vitrate
Figurile de la S.4.1 -S. 4.20 sunt capturi de ecran din cadrul simulatoarelor utilizate*

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

76

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

77

Bibliografie
1. Patentul înregistrat de J.Spira poate fi consultat aici:
https://patents.google.com/patent/US3032688
2. Sursa foto: https://medium.com/@MattyIce2112/the -dimmer -ba024fa84380
3. Info via https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_Industries_Alliance
4. Foto via https://www.eeupdate.com/2019/04/connect -zigbee -30-webinar -by-ti.html

5. Foto și informații via Daintree Networks, Getting Started with ZigBee and IEEE
802.15.4 , White paper, 2008.
6. Harold Stark, "The Ultimate Guide to Building Your Own Smart Home In 2017,"
Forbes , 22 mai, 2017
7. Oliver Kaven, "Zensys' Z -Wave Technology," PC Magazine , 8 ianuarie, 2005.

8. Foto via https://smarterhome.sk/en/blog/hierarchy -of-the-z-wave -system_39.html
9. David Ehrlich, "Sigma Designs Buying Smart Network Chipmaker Zensys," GigaOm ,
18 decembrie, 2008.
10. Olivier Hersent, David Boswarthick and Omar Elloumi, The Internet of Things: Key
Applica tions and Protocols , West Sussex: John Wiley & Sons , capitolul 8, 2012.
11. Lou Frenzel, "What's The Difference Between ZigBee And Z -Wave?" Electronic
Design , 29 martie , 2012.
12. Secțiunea ” Territories”, informații gratuite disponibile pe site -ul products.z –
wave alliance.org .
13. William Wong, "Q&A: S2's Impact on Z -Wave and IoT Security," Electronic Design ,
17 ianuarie, 2017.
14. Ken Briodagh, "Mandatory Security Implementation for Z -Wave IoT Devices Takes
Effect," IoT Evolution, 4 aprilie, 2017.
15. Brandon Lewis, "Z-Wave opens up as smart home connectivity battle closes in,"
Embedded Computing Design, 2 septembrie 2016.
16. Kevin Parrish, "ZigBee, Z -Wave, Thread and WeMo: What's the Difference?" Tom's
Guide, 14 iulie 2015.
17. Brandon Lewis, "Z-Wave opens up as smart home connectivity battle closes in,"
Embedded Computing Design, 2 septembrie 2016.
18. https://bosscontrols.com/building -internet -things/
19. Dragoș Deaconu, Aurel Chirilă, „ Sisteme inteligente și Domotică”, Cursul 8, slide 5,
2020
20. Foto via https://www.livin gtinyandgreen.com/
21. Foto via
https://www.facebook.com/casapasivaupb/photos/a.1456513207961252/14565132146
27918/?type=3&theater
22. Informații via "Home" . Institute for Housing and the Environment.
23. Dragoș Deaconu, Aurel Chirilă, „ Sisteme inteligente și Domotică”, Cursul 8, 2020
24. https://passivehousebuildings.com/books/phc -2019/five -principles -of-passive -house –
design -and-construction/
25. Scheme realizate cu programul: Planner5d.com

Vlad -Ștefan POPOVICI – PROIECT DE DIPLOMĂ

78
26. Informa ții via https://www.descopera.ro/dnews/16240047 -zece-lucruri -fascinante –
care-ti-se-intampla -atunc i-cand -dormi
27. Inormații via https://www.constructosu.eu/ce -este-adancimea -de-inghet -si-cum-ne-
raportam -la-ea/
28. Informații via http://www.dulley.com/art/mf12 -mar.htm
29. Informații și foto via https://hammerandhand.com/high -performance -building –
101/components/heat -recovery -ventilation/
30. Informații și foto via http://paul -waermetauscher.de/en/product -information/standard –
heat-exchangers -hrv.html
31. Informații și foto via http://geothermalheatpumpcons ortium.org/
32. Informații și foto via https://nzgeothermal.org.nz/heat -pumps -new-zealand -geothermal –
association/geothermal -heat-pumps/
33. Informații și foto via https://nzgeothermal.org.nz/heat -pumps -new-zealand -geothermal –
association/geothermal -heat-pumps/
34. https://www.e -education.psu.edu/egee102/node/2097
35. Informații și foto via https://adriansarbescu.ro/calcul -necesar -caldura -kw/
36. Informații via https://ro.trotec.com/produse -si-servicii/service/calcul -capacitate/calcul –
capacitate -incalzire/
37. Informații via https:/ /casasidesign.ro/calculator -necesar -termic.html#salt