STUDIUL PERFORMANȚELOR TERMICE ȘI ENERGETICE CLĂDIRILOR DE LOCUIT REABILITATE TERMIC ÎN ROMÂNIA [306470]
. 4
STUDIUL PERFORMANȚELOR TERMICE ȘI ENERGETICE CLĂDIRILOR DE LOCUIT REABILITATE TERMIC ÎN ROMÂNIA
4.1 OBIECTUL STUDIULUI
Majoritatea blocurilor de locuințe din România au fost construite după proiecte elaborate în perioada anilor 1950 – 1990 [anonimizat] 180 și 400 kWh/m²/an. [anonimizat]. 55%, ajungând până la 80% în clădirile de locuit individuale [2]. [anonimizat], au crescut considerabil.
Studii ale [48] arată că potențialul economiei de energie în acest sector este de aprox. 1.2 milioane TWh/ an. [anonimizat], creșterea semnificativă a impactului programelor naționale de reabilitare termică a [anonimizat] a surselor regenerabile de energie. [anonimizat] a căror reabilitare termică s-a [anonimizat].
Pentru a evidenția importanța expertizării termice și energetice corecte a unei clădiri, a utilizării anumitor materiale termoizolatoare (conf OG nr.18/2009 actualizate [71]) și a aplicării în mod corect a [anonimizat], în cele ce urmează vor fi comparate performanțele a 6 [anonimizat], după caz.
În cadrul studiului a [anonimizat]-se performanțele termice și energetice în următoarele situații:
A. Clădirea înainte de reabilitarea termică (stadiul 0)
B. Clădirea după renovare (etapa 1),
C. Reabilitarea clădirii în etapa 2, [anonimizat] a atinge standardul nZEB (etapa 2).
Interpretarea rezultatelor obținute și concluziile care se desprind din aceste studii sunt prezentate la fiecare caz.
4.2 [anonimizat]
4.2.1 Bloc de locuințe S+P+10E, Satu-Mare (Fig. 4.1)
Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0)
Clădirea S+P+10E ale cărei date generale sunt prezentate în Tab.4.1 și 4.2, a fost construită în anul 1976 ca tronson independent cu o [anonimizat] 40 de apartamente cu 2, 3 și 4 camere.
Fig.4.1 Amplasamentul clădirii [54]
Tabelul 4.1 Caracteristici geometrice [54]
Tabelul 4.2 Elemente de construcții și instalații [54]
Clădirea nereabilitată (Fig.4.2) se încadrează în clasa de performanță energetică D, cu nota energetică 79.2 (Fig. 4.3).
Fig. 4.3 Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Din expertiza termică și energetică rezultă valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei și respectiv cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), prezentate în Tab. 4.3.
Calculul pierderilor de căldură QL s-a făcut conform metodologiei prezentate în Cap.2, după cum urmează:
QL = H*(θi-θe)*t [kWh] (2.3.3)
în care:
H – coeficientul de pierderi de căldură al clădirii:
H = HV+HT W/K (2.3.4)
θi – temperatura de calcul a spațiilor interioare = 19.855 [oC]
Conform Mc 001-PI (I.9.1.1.1) [66], temperatura predominantă pentru clădiri de locuit este considerată 20 oC. Temperatura interioară a spațiilor neîncălzite de tip subsol și casa scărilor, a fost calculată pe bază de bilanț termic.
θe – temperatura exterioară medie pe perioada de încălzire = 3.95 [oC]
Temperatura exterioară medie pe sezonul de încălzire se calulează ca o medie ponderată a temperaturilor medii lunare luând în considerare numărul de zile ale fiecărei luni.
t – durata convențională a perioadei de încălzire
t= 201 zile înc./an x 24h = 4824 h/an
Coeficientul de pierderi de căldura prin ventilație (rel. 2.3.5):
= 1838.23 [W/K]
ρa – densitatea aerului;
Ca – căldura specifică a aerului;
na – numărul mediu de schimburi de aer;
V – volumul încălzit al clădirii
Coeficientul de pierderi de căldură prin transmisie:
HT = L+Hu (2.3.6)
L– coeficient de cuplaj termic prin elementele anvelopei clădirii;
Hu – coeficient de pierderi de căldură prin anvelopa clădirii spre spații
neîncălzite;
În cazul de față, HT=L [W/K], adică:
Lzona vitr = UC vitr x Avitr = 2.816 x 600.26 = 1690.33 W/K
Lpereți = UC per x Aper = 1.225 x 2100.65 = 2573.29 W/K
Lplanșeu subsol = UC pl. subs x Apl. subs = 2.202 x 281.16 = 619.11 W/K
Lplanșeu terasă= UC pl. ter x Apl. ter = 1.477 x 281.16 = 415.27 W/K
Rezultă:
QLvitr = 1690.33 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 129691.78 kWh/an
QLs vitr = 129691.78 kWh / Sînc = 45.45 kWh/ m2 an
QL per = 2573.29(19.855 – 3.95) 4824/1000 = 197437.52 kWh/an
QLs per = 197516.55 / Sînc = 69.20 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 619.11 (19.855 – 3.95) 4824/1000 =47501.66 kWh/an
QLs pl. subs = 47510.66 / Sînc = 16.65 kWh/ m2 an
QL pl. ter. = 415.27(19.855 – 3.95) 4824/1000 = 31861.88 kWh/an
QLs pl. ter= 31861.88 / Sînc = 11.16 kWh/ m2 an
QL ventilare = 1838.23(19.855 – 3.95) 4824/1000 =141039.52 kWh/an
QLs vent = 141039.52 / Sînc = 49.43 kWh/ m2 an
Tabelul 4.3 Caracteristici termice și energetice ale clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Pentru a evalua eficiența măsurilor de reabilitare termică a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde.
– Consumul anual efectiv de energie pentru încălzire și apă caldă înainte de reabilitare (Stadiul 0) este prezentat în Tab. 4.4 și a fost evaluat pe baza valorilor care rezultă din facturile pe anul 2010:
Tabelul 4.4 Consum anual efectiv de energie termică Qînc+acc(2010)
Rezultă:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2010:
Qînc+acc(2010) = 999.15 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc, ef= Qînc+acc(2010) / Sînc = 999150/2852.95= 350.21 kWh/m2an
Consumul specific efectiv de energie pentru încălzire și a.c.c. este mai mare cu 4.00% față de cel calculat (conf. , Fig.4.2):
qînc+acc,ef = 350.21 kWh/m2an > qînc+acc, calcul = 336.10 kWh/m2an
Reabilitarea în etapa 1
Clădirea a fost reabilitată termic în anul 2012 respectând soluțiile constructive propuse în raportul de audit [54], cu excepția instalațiilor de încălzire și sanitare care nu au fost renovate.
● Intervenții asupra elementelor anvelopei:
Placarea pereților exteriori cu polistiren de fațadă cu grosimea de 15 cm având λ = 0.040 W/(mK);
Înlocuirea tâmplăriei din lemn cu tâmplărie PVC, cu geam dublu termoizolant, R’ = 0.50 m2K/W;
Izolarea planșeului terasă cu plăci rigide de vată minerală de 20 cm grosime și λ = 0.044 W/(mK);
Izolarea termică a planșeului peste subsol, cu plăci din polistiren celular de 10 cm grosime montate la intrados, cu λ = 0.040 W/(mK);
Izolarea soclului cu plăci de polistiren extrudat de grosime, rezistent la umiditate.
Din expertiza termică și energetică a clădirii reabilitate în etapa 1 rezultă valorile rezistențelor termice corectate R’ ale elementelor anvelopei, precum și cele ale pierderilor totale de căldură QLs, prezentate în Tab. 4.5.
Coeficienții de cuplaj termic:
Lzona vitr = UC vitr x A vitr = 2 x 600.26 = 1200.52 W/K
Lper = UC per x Aper = 0.316 x 2100.65 = 663.80 W/K
Lpl. subsol = UC pl. subs x Apl. subs = 0.338 x 281.16 = 95.03 W/K
Lpl. terasă= UC pl. ter x Apl. ter = 0.250 x 281.16 = 70.29 W/K
H = HV + HT; HT = L;
Pierderile de căldură:
QL vitr = 1200.52 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 92110.76 kWh/an
QLs vitr = 92110.76 kWh / Sînc = 32.28 kWh/ m2 an
QL per = 663.80 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 50930.53 kWh/an
QLs per = 50930.53 / Sînc = 17.85 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 95.03 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 7291.24 kWh/an
QLs pl.subs = 7291.24 / Sînc = 2.55 kWh/ m2 an
QL pl. ter = 70.29 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 5393.05 kWh/an
QLs pl. ter= 5393.05 / Sînc = 1.89 kWh/ m2 an
QL ventilare = 1838.23(19.855 – 3.95) 4824/1000 =141039.52 kWh/an
QLs vent = 141039.52 / Sînc = 49.43 kWh/ m2 an
Tabelul 4.5 Caracteristici termice și energetice ale clădirii reabilitate în etapa 1
După reabilitarea termică din anul 2012, noul încadrează clădirea în clasa B, cu nota energetică 93.60 (Fig. 4.4).
Fig. 4.4 Certificatul de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 1
Consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde s-a determinat și în acest caz pe baza facturilor emise de furnizorul de energie termică pe perioada unui an (2013), cu valorile prezentate în Tabelul 4.6.
Tabelul 4.6 Consum efectiv de energie termică Qînc+acc(2013)
Rezultă valoarea consumului de energie efectiv:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2013:
Qînc+acc(2013) = 524.714 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc,ef= Qînc+acc(2009)/ S înc = 524714/2852.95= 183.92 kWh/m2an
Compararea rezultatelor arată că valoarea consumului efectiv de energie termică este mai mare cu 3.60 % decât valoarea de calcul:
qînc+acc,ef = 183.92 kWh/m2.an > q înc+acc,calcul= 177.30 kWh/m2an
Cu ocazia renovării termice și energetice au fost rezolvate și problemele legate de estetica fațadelor clădirii (Fig. 4.5)
Fig. 4.5 Clădirea după reabilitarea în etapa 1 [54]
C. Reabilitarea în etapa 2
După reabilitarea în etapa 1 descrisă la pct.B, se propune studierea îmbunătățirii eficienței energetice prin exploatarea unei tehnologii care folosește energie regenerabilă (energia solară), cu scopul de a reduce valoarea consumului de energie convențională cât mai aproape de zero.
În acest caz s-a propus instalarea a 65 panouri solare cu tuburi vidate tip WTB 58 (Fig.4.6) pentru prepararea a.c.c., montate pe acoperișul terasă al clădirii, pe un suport care asigură o înclinare a colectorului solar la 42o față de verticală.
Pentru stocarea apei încălzite prin intermediul panourilor solare a fost prevăzut un rezervor de acumulare de 4000 litri, montat în subsolul tehnic al clădirii.
Unul dintre principalii factori în stabilirea volumului necesar al rezervorului este numărul de utilizatori (n) [128]:
Vnec,rez = f x n x Czn (tacm – tar)/(tb – tar) [l] (4.2.1)
unde: f – factor de supraîncălzire = 1.5;
n – numărul de utilizatori;
Czn – consum zilnic normat = 45 l/pers
tacm – temperatura apei calde menajere (45 oC)
tar – temperatura apei reci la intrarea în boiler (10oC)
tb – temperatura apei calde din boiler (65oC)
Rezultă:
Vnec,rez = 1.5 x 89 x 45 (45-10)/(65-10) = 3822 l
Fig.4.6 Schema de funcționare a unui panou solar cu tuburi vidate pentru prepararea a.c.c. [89]
Pentru determinarea numărului necesar de panouri solare, consumul efectiv de energie a fost monitorizat având la bază facturile pe anul 2013 din care s-a calculat consumul de energie folosită pentru prepararea apei calde (ca parte din consumul total de energie termică), cu valorile prezentate în Tabelul 4.7.
Tabelul 4.7 Consum efectiv de energie pentru prepararea a.c.c: Qacc(2013)
– Consumul total efectiv de energie pentru prepararea apei calde:
Qacc(2013) = 263.56 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie corespunzător:
qacc(2013) = Qacc(2013) / S înc = 92.38 kWh/m2an
Aportul lunar de energie solară (Tab. 4.8) a fost determinat folosind datele din harta intensității radiației solare în România [127].
Tabelul 4.8 Calculul energiei produse de panourile solare WTB 58
Aportul anual de energie din surse regenerabile:
Epan. sol = 152051.6 [kWh/an]
Aportul anual specific de energie din surse regenerabile:
ES = Epan. sol / S înc = 152051.6/2852.95 = 53.29 [kWh/m2an]
Fig. 4.7 Variația lunară a aportului de energie din surse regenerabile
Din diagrama prezentată în Fig. 4.7 rezultă că necesarul de energie pentru prepararea a.c.c. în lunile mai, iunie, iulie, când consumul este maxim, este acoperit în proporție de aprox. 85% de cantitatea de energie produsă de panourile solare.
Considerând soluțiile propuse a fost emis certificatul de performanță energetică
corespunzător clădirii reabilitate în etapa 2 (Fig.4.8).
Fig. 4.8 Certificat de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 2
Clădirea se încadrează în clasa B de performanță energetică, cu un consum anual specific de energie de 134.80 kWh/m2an, ca urmare a efectului cumulat al anvelopării și utilizării panourilor solare pentru prepararea apei calde.
D. Rezultate și observații
Tabelul 4.9 Sinteza măsurilor de reabilitare termică în etapele 1 și 2.
● O analiză comparativă a valorilor caracteristicilor termotehnice ale elementelor anvelopei clădirii nereabilitate (stadiul 0) și respectiv ale clădirii reabilitate în etapa 1, poate fi făcută pe baza datelor prezentate în Tab. 4.10 și 4.11.
Tabelul 4.10 Valori comparative ale R’ corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Pierderile de căldură prin elementele anvelopei, înainte și după reabilitarea în etapa 1, au fost sintetizate în Tab. 4.11.
Tabelul 4.11 Pierderi de căldură QLs corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Din datele obținute se desprind următoarele concluzii:
Soluțiile tehnice alese pentru reabilitarea în etapa 1 au ca efect o reducere globală a pierderilor de căldură cu cca. 42%.
Considerând impactul pe care îl are fiecare tip de element al anvelopei, se constată că:
Valoarea maximă a reducerii pierderilor de căldură prin izolarea termică suplimentară (etapa 1) față de situația inițială (stadiul 0) se înregistrează la planșeul peste subsol (84.68%), urmat de planșeul terasă (82.25%) și de pereții exteriori (74.2%).
b. Înlocuirea tâmplăriei vechi cu tâmplărie nouă termoizolantă are un impact relativ mai redus asupra pierderilor de căldură care în acest caz scad cu 28.9%.
Pierderile de căldură cele mai mari se produc prin ventilare rezultând necesitatea folosirii unor sisteme de ventilare cu recuperare de căldură.
Rezultatele teoretice obținute pentru consumul de energie, corespunzător celor trei situații descrise la punctele A, B și C, sunt reprezentate sintetic în Fig.4.9.
Efectuând calculele, rezultă că economia de energie pentru încălzire și prepararea apei calde ca urmare a reabilitării din anul 2012 este de 47.27% (etapa 1: reabilitarea elementelor opace și vitrate ale anvelopei).
De asemenea, după reabilitarea din etapa 2 consumul de energie scade cu încă 15.85% față de etapa 1, prin aportul de energie al panourilor solare. Astfel, reducerea totală a consumului de energie pentru încălzire și a.c.c în etapa 2 comparativ cu clădirea nereabilitată este de 63.12%.
Valorile consumului efectiv de energie, determinat pe baza facturilor din anul 2010 și respectiv 2013 (Tab.4.4 si 4.5), sunt reprezentate în diagrama din Fig.4.10, și arată că economia reală de energie obținută prin reabilitarea în etapa 1 este de 47.48%.
Din cele două diagrame rezultă de asemenea că valorile teoretice sunt foarte apropiate de cele calculate pe baza consumului de energie efectiv.
Atingerea performanței unei clădiri cu consum de energie aproape zero nu este posibilă fără utilizarea surselor de energie regenerabile, din cauza proprietăților termice insuficient de performante ale materialelor termoizolante tradiționale.
După cum se știe însă, eficiența materialelor termoizolatoare de înaltă performanță este în prezent limitată de anumite condiții (cost, tehnologie). De altfel, nu se poate obține standardul nZEB exclusiv prin eficientizarea termică și energetică a anvelopei unei clădiri.
4.2.2 Bloc de locuințe S+P+4E, Satu-Mare (Fig. 4.11)
Fig.4.11 Amplasamentul clădirii [54]
Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0)
Blocul de locuințe S+P+4E ale cărei date generale sunt prezentate în Tab.4.12 și 4.13 a fost construită în anul 1987, cu o singură casă de scară având 10 de apartamente cu 2 și 3 camere.
Tabelul 4.12 Caracteristici geometrice [54]
Tabelul 4.13 Elemente de construcții și instalații [54]
La examinarea clădirii nu s-au constatat deteriorări majore, clădirea fiind în stare bună (Fig.4.12).
Fig. 4.12 Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0) [54]
Clădirea nereabilitată se încadrează în clasa de performanță energetică D, cu nota energetică 79.9 (Fig. 4.13).
Valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei și respectiv cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs) care rezultă din expertiza termică și energetică sunt prezentate în Tab. 4.14.
Calculul pierderilor de căldură se prezintă în cele ce urmează:
θi =19.855 [oC]
θe = 3.95 [oC]
t = 4824 h/an
Coeficientul de pierderi de căldura prin ventilație (conf. rel. 2.3.5):
= 436.48 [W/K]
Fig. 4.13 Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate (stadiul 0)
În cazul de față, HT=L (W/K), adică:
Lvitr = UC vitr x Afer = 2.531 x 108.89 = 275.60 W/K
Lper = UC per x Aper = 1.164 x 539.11 = 627.52 W/K
Lpl. subsol = UC pl. subs x Apl. subs = 1.329 x 198.64= 263.99 W/K
Lpl. terasă= UC pl. ter x Apl. ter = 1.022 x 198.64= 203.01 W/K
Rezultă:
QLvitr = 275.60 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 21145.60 kWh/an
QLs vitr = 21145.60 kWh / Sînc = 26.27 kWh/ m2 an
QL per. = 627.52 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 48146.92 kWh/an
QLs per = 48146.92 / Sînc = 59.81 kWh/ m2 an
QL pl. subs. = 263.99 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 20254.82 kWh/an
QLs pl. subs = 20254.82 / Sînc = 25.16 kWh/ m2 an
QL pl. ter = 203.01 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 15576.08 kWh/an
QLs pl. ter= 15576.08 / Sînc = 19.35 kWh/ m2 an
QL vent = 436.48 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 33489.24 kWh/an
QLs vent = 33513.79 / Sînc = 41.60 kWh/ m2 an
Tabelul 4.14 Caracteristici termice și energetice ale clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Pentru a evalua eficiența măsurilor de reabilitare termică, a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde.
Consumul anual efectiv de energie pentru încălzire și apă caldă în stadiul 0 este prezentat în Tab. 4.15 și a fost evaluat considerând valorile care rezultă din facturi pe anul 2009:
Tabelul 4.15 Consum anual efectiv de energie termică Qînc+acc(2009)
Rezultă:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2009:
Qînc+acc(2009) = 281.65 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc,ef= Qînc+acc(2009) / S înc = 281650 /804.88 = 349.92 kWh/m2an
Consumul specific efectiv de energie este mai mare cu 6.37% față de cel calculat (conf. , Fig.4.2):
qînc+acc, ef.=349.92 kWh/m2an > qînc+acc, calcul = 327.60 kWh/m2an
Reabilitarea în etapa 1
Clădirea a fost reabilitată termic în perioada 2012 – 2013 aplicând soluțiile propuse în raportul de audit [54], cu excepția instalațiilor de încălzire și sanitare care nu au fost reabilitate (practică curentă).
● Intervenții asupra elementelor anvelopei:
Placarea pereților exteriori cu polistiren de fațadă cu grosimea de 15 cm având conductivitatea termică λ = 0.040 W/(m.K);
Înlocuirea tâmplăriei din lemn cu tâmplărie PVC, cu geam dublu termoizolant, cu R’ = 0.50 m2k/W ;
Izolarea planșeului de pod cu plăci rigide din vată minerală AP 140, de 20 cm grosime și conductivitatea termică λ = 0.044 W/(m.K);
Izolarea termică a planșeului peste subsol cu plăci din polistiren celular (plăci izolatoare pentru subsol) de 12 cm grosime montate la intrados, cu λ = 0.040 W/(m.K);
Izolarea soclului la exterior cu plăci din polistiren extrudat de grosime, rezistent la umiditate.
Din expertiza termică și energetică a clădirii reabilitate în etapa 1 rezultă valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei, precum și cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), prezentate în Tab. 4.16.
Se calculează valorile pierderilor de căldură:
Lvitr = UC vitr x Afer = 1.968 x 108.89 = 214.29 W/K
Lper = UC per x Aper = 0.293 x 539.11 = 157.95 W/K
Lpl. subs = UC pl. subs x Apl. subs = 0.327 x 198.64= 64.95 W/K
Lpl. ter= UC pl. ter x Apl. ter = 0.249 x 198.64= 49.46 W/K
H = HV + HT; HT = L;
Rezultă:
QLvitr = 214.29 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 16441.55 kWh/an
QLs vitr = 16441.55 kWh / Sînc = 20.42 kWh/ m2 an
QL per = 157.95 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 12118.82 kWh/an
QLs per. = 12118.82 / Sînc = 15.05 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 64.95 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 4983.33 kWh/an
QLs pl. subs = 4983.33 / Sînc = 6.19 kWh/ m2 an
QL pl. ter = 49.46 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 3794.85 kWh/an
QLs pl. ter= 3794.85 / Sînc = 4.71 kWh/ m2 an
QL vent = 436.48 (19.855 – 3.95) 4824/1000 = 33489.24 kWh/an
QLs vent = 33513.79 / Sînc = 41.60 kWh/ m2 an
Tabelul 4.16 Caracteristici termice și energetice ale clădirii reabilitate în etapa 1
După reabilitarea termică din anul 2013 (Fig.4.14), noul CPE emis încadrează clădirea în clasa B, cu nota energetică 95.40 (Fig. 4.15).
Valorile consumului efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde determinate pe baza facturilor emise de furnizorul de energie termică pe perioada unui an (2013/ 2014) sunt prezentate în Tabelul 4.17.
Tabelul 4.17 Consum efectiv de energie termică Qînc+acc(2013)
Rezultă:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde de consum în anul 2013:
Qînc+acc(2013) = 127.23 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc, ef. = Qînc+acc(2013) / S înc = 127230/804.88=158.07 kWh/m2an
Compararea rezultatelor arată că valoarea consumului efectiv de energie termică este mai mica cu 0.83 % decât valoarea de calcul:
qînc+acc,ef. = 158.07kWh/m2.an < q înc+acc,calcul= 159.90 kWh/m2an
Fig. 4.14 Clădirea după reabilitarea în etapa 1 [54]
Fig. 4.15 Certificatul de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 1
C. Reabilitarea în etapa 2
Acoperișul în pantă, cu două ape înclinate simetric la 28-30 grade față de orizontală, are șarpanta din elemente prefabricate din beton armat (Fig.4.16), un cadru central longitudinal și căpriori așezați la distanțe de 1.00 m .
În cazul acestei clădiri, după reabilitarea în etapa 1 descrisă la pct.B, soluția propusă pentru pentru creșterea eficienței energetice a constat în exploatarea unei tehnologii care folosește energie regenerabilă (energia solară), cu scopul de a reduce valoarea consumului de energie convențională.
S-a prevăzut instalarea a 13 panouri solare cu tuburi vidate tip WTB 58 (Fig.4.6) montate pe versantul sudic al acoperișului în pantă a cărui structură de rezistență este corespunzătoare pentru preluarea încărcărilor suplimentare.
Fig.4.16 Șarpanta din elemente prefabricate de beton armat [54]
Volumul necesar al rezervorului s-a calculat cu rel.4.2.1 (§4.2.1 pct.C) [128]:
Vnec,rez = f x n x Czn (tacm – tar)/(tb – tar) (4.2.1)
Rezultă:
Vnec,rez = 1.5 x 39 x 45 (45-10)/(65-10) = 1675 l
Pentru stocarea apei încălzite cu ajutorul panourilor solare a fost prevăzută montarea în subsolul tehnic al clădirii a unui rezervor de acumulare de 2000 litri.
Pentru determinarea numărului necesar de panouri solare a fost monitorizat consumul efectiv de energie al clădirii pentru prepararea apei calde după reabilitarea în etapa 1 (ca parte din consumul total de energie termică), cu valorile prezentate în Tabelul 4.18:
Tabelul 4.18 Consum efectiv de energie pentru prepararea a.c.c – Qacc(2013)
– Consumul total efectiv de energie pentru prepararea apei calde:
Qacc(2013) = 47.23 MWh/an
– Consumul anual efectiv specific de energie corespunzător:
qacc(2013) = Qacc(2013) / S înc. = 58.67 kWh/m2an
Aportul lunar de energie solară (Tab. 4.19) a fost determinat pe baza datelor din harta intensității radiației solare în România [127].
Tabelul 4.19 – Calculul energiei produse de panourile solare WTB 58
Aportul anual de energie din surse regenerabile:
Epan. sol = 30410.3 [kWh/an]
Aportul anual specific de energie din surse regenerabile:
ES = Epan. sol/ Sînc = 30410.3 kWh /804.88 m2 = 37.7 [kWh/m2an]
Fig. 4.17 Variația lunară a aportului de energie din surse regenerabile
Din diagrama prezentată în Fig. 4.17 rezultă că necesarul de energie pentru prepararea a.c.c. în lunile mai, iunie, iulie, când consumul este maxim, este acoperit în proporție de aprox. 85% de cantitatea de energie produsă de panourile solare.
Considerând soluțiile propuse, a fost emis certificatul de performanță energetică pentru clădirea reabilitată în etapa 2 (Fig. 4.18).
Clădirea se încadrează în clasa B de performanță energetică, cu nota energetică 99.2, ca urmare a anvelopării și a utilizării panourilor solare pentru prepararea apei calde.
Fig. 4.18 Certificat de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 2
D. Rezultate și observații
Tabelul 4.20 Sinteza măsurilor de reabilitare termică în etapele 1 și 2.
● O analiză comparativă a valorilor caracteristicilor termotehnice ale elementelor anvelopei clădirii nereabilitate (stadiul 0) și respectiv ale clădirii reabilitate în etapa 1, poate fi făcută pe baza datelor prezentate în Tab. 4.21 și 4.22.
Tabelul 4.21 Valori comparative ale R’ corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Pierderile totale de căldură prin elementele anvelopei înainte și după reabilitarea în 2 etapa 1, au fost sintetizate în Tab. 4.22.
Tabelul 4.22 Pierderi de căldură QLs corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Din datele obținute se desprind următoarele concluzii:
Soluțiile tehnice alese pentru reabilitarea clădirii în etapa 1, au ca efect o reducere globală a pierderilor de căldură cu cca. 49%.
Considerând impactul pe care îl are fiecare tip de element al anvelopei, se constată că:
a. Valoarea maximă a reducerii pierderilor de căldură prin izolarea termică (etapa 1) față de situația inițială (stadiul 0) se înregistrează la planșeul de pod (75.65%), urmat de de planșeul peste subsol (75.39%) și pereții exteriori (74.83%).
b. Înlocuirea tâmplăriei vechi cu tâmplărie nouă, termoizolantă, are un impact mai redus asupra pierderilor de căldură, comparativ cu celelalte elemente reabilitate, care scad cu 22.26%.
Rezultatele teoretice obținute pentru consumul de energie corespunzător celor trei situații descrise la pct. A, B si C, sunt reprezentate sintetic în Fig.4.19.
Se constată că energia consumată pentru încălzire și prepararea apei calde a scăzut cu 51.19% ca urmare a reabilitării din anul 2013 (etapa 1: reabilitarea elementelor opace și vitrate ale anvelopei).
Diferența dintre consumul de energie în etapele de reabilitare 1 și 2 este de 11.50% și reprezintă aportul de energie regenerabilă produsă de panourile solare.
Rezultatele teoretice obținute pe baza analizei termice și energetice a clădirii reabilitate în etapa 2, arată o scădere a consumului de energie cu 62.69% comparativ cu cel al clădirii nereabilitate.
Valorile consumului efectiv de energie, determinate pe baza facturilor achitate în anul 2009 și respectiv în 2013 (Tab.4.15 și 4.17), sunt reprezentate în diagrama din Fig.4.20. Economia reală de energie obținută după reabilitarea în etapa 1 este de 54.83%, iar qefectiv este cu aprox. 3% mai mare față de valoarea calculată.
Diferența dintre valoarea efectivă și cea calculată poate să rezulte dintr-un complex de cauze: nivelul diferit de precizie al programelor de calcul, legat de posibilitatea introducerii datelor care să reflecte cât mai fidel situația reală, pe de o parte, iar pe de altă parte poate fi vorba despre acuratețea citirilor la contoare.
De asemenea consumul efectiv de energie este determinat de numărul locatarilor, variabil în decursul timpului, precum și de exigențele diferite ale acestora privind nivelul de confort termic din locuințe.
Cantitatea de energie necesară încălzirii variază și în funcție de temperatura exterioară medie pe durata sezonului de încălzire care poate diferi substanțial de la un an la altul (în aceeași zonă climatică).
4.2.3 Bloc de locuințe P+3E, Florești, Cluj (Fig. 4.21)
Fig.4.21 Amplasamentul clădirii [114]
Blocul de locuințe P+3E este o construcție finalizată în anul 2009 (Fig. 4.22), prevăzută din faza de proiectare cu o bună termoizolare a elementelor anvelopei, ca urmare în acest caz nu se face o reabilitare în etapa 1, iar stadiul 0 este cel al clădirii așa cum a fost executată („as built”), fără degradări.
Descrierea clădirii în stadiul 0
Clădirea ale cărei date generale sunt prezentate în Tab.4.23 și 4.24, are două case de scară, totalizând 24 de apartamente cu 1, 2 și 3 camere (Fig. 4.22).
Tabelul 4.23 Caracteristici geometrice
Tabelul 4.24 Elemente de construcții și instalații
Tâmplăria exterioară exterioară este din PVC, cu geam dublu termoizolant.
Clădirea se încadrează în clasa de performanță energetică A, cu nota energetică 100 (Fig. 4.23).
Valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei și respectiv cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), rezultă din expertiza termică și energetică și sunt prezentate în Tab. 4.25.
Se calculează pierderile de căldură după cum urmează:
θi =19.855 [oC]
θe = 3.85 [oC]
t= 218 x 24 = 5232 h/an
= 592.54 [W/k]
Fig.4.23 Certificatul de performanță energetică al clădirii în etapa 0/1
În cazul de față, HT=L [W/K], adică:
Lvitr = UC vitr x Afer = 1.93 x 139.58 = 269.38 W/K
Lper = UC per x Aper = 0.327x 803.5 = 262.74 W/K
Lpl. pe sol = UC pl. sol x Apl. sol = 0.354 x 214 = 75.75 W/K
Lpl. pod= UC pl. pod x Apl. pod = 0.284 x 214 = 60.77 W/K
Rezultă:
QLvitr = 269.38 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 22557.38 kWh/an
QLs vitr = 22557.38 kWh / Sînc = 20.88 kWh/ m2 an
QL per = 262.74 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 22001.36 kWh/an
QLs per = 22001.36 / Sînc = 20.37 kWh/ m2 an
QL pl. sol = 75.75 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 6343.16 kWh/an
QLs pl.sol = 6343.16 / Sînc = 5.87 kWh/ m2 an
QL pl. pod = 60.77 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 5088.76 kWh/an
QLs pl. pod= 5088.76 / Sînc = 4.71 kWh/ m2 an
QL vent = 592.54 (19.855 – 3.85) 5232/1000 =49618.20 kWh/an
QLs vent = 49618.20 / Sînc = 45.94 kWh/ m2 an
Tabelul 4. 25 Caracteristici termice și energetice ale clădirii “as built”
Consumul anual efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde (Tab. 4.26) a fost evaluat considerând valorile care rezultă din facturile emise de furnizorul de energie termică pe perioada anului 2013.
Tabelul 4.26 Consumul anual efectiv de energie termică Qînc+acc(2013)
Rezultă valorile consumurilor efective, astfel:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2013:
Qînc+acc(2013) = 129.72 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc|+acc,ef= Qînc+acc(2013) / S înc= 129720 / 1080 =120.11 kWh/ m2an
Consumul specific efectiv de energie este cu 4.92% mai mare față de cel calculat (v. , Fig.4.2):
qînc+acc, efectiv=120.11 kWh/m2an > qînc+acc, calcul = 114.20 kWh/m2an
Măsuri de creștere a performanței energetice în tendința spre nZEB
În acest caz s-a propus instalarea a 10 panouri solare cu tuburi vidate (Fig.4.6) montate pe versantul sudic al acoperișului în pantă, a cărui structură de rezistență permite preluarea acestor încărcări suplimentare.
Acoperișul în pantă, cu două ape înclinate simetric, are șarpanta din lemn pe scaune cu căpriorii așezați la distanțe de 80 cm (Fig.4.24).
Pentru stocarea apei încălzite cu ajutorul panourilor solare a fost prevăzut un rezervor de acumulare de 1000 litri, montat în spațiul tehnic al clădirii.
Vnec,rez = f x n x Czn (tacm – tar)/(tb – tar) (4.2.1)
Rezultă:
Vnec,rez = 1.5 x 20 x 45 (45-10)/(65-10) = 859.09 l
Fig.4.24 Șarpanta din lemn și termoizolarea planșeului de pod
Având în vedere că în această fază nu s-au adus îmbunătățiri elementelor anvelopei, rezistențele termice corectate (R’) și pierderile de căldură (QL, QLs) aferente clădirii dotate cu noua tehnologie rămân neschimbate.
Pentru determinarea numărului necesar de panouri solare a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru prepararea apei calde (ca parte din consumul total de energie termică), ale cărui valori sunt prezentate în Tab. 4.27.
Tabelul 4. 27 Consumul efectiv de energie pentru prepararea a.c.c – Qacc(2013)
– Consumul total efectiv de energie pentru prepararea apei calde:
Qacc(2013) = 40.69 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie corespunzător:
qacc(2013) = Qacc(2013) / S înc = 40690 / 1080= 37.67 kWh/m2an
Aportul lunar de energie solară (Tab. 4.28) a fost determinat pe baza datelor din harta intensității radiației solare în România [127].
Tabelul 4.28 Calculul energiei produse de panourile solare
Aportul anual de energie din surse regenerabile:
Epanouri solare = 23392.6 [kWh/an]
Aportul anual specific de energie din surse regenerabile:
ES = Epanouri solare/ Sînc = 23392.6/1080 = 21.65 [kWh/m2an]
Fig. 4.25 Variația lunară a aportului de energie din surse regenerabile
Diagrama din Fig. 4.25 arată că necesarul de energie pentru prepararea a.c.c. în lunile mai, iunie, iulie, august când consumul este maxim, este acoperit în proporție de aprox. 85% de cantitatea de energie produsă de panourile solare.
Considerând soluțiile propuse, a fost emis certificatul de performanță energetică pentru clădirea dotată cu panouri solare (Fig.4.26).
Clădirea se încadrează în clasa A de performanță energetică, cu un consum anual specific de energie de 102.60 kWh/m2an, ca urmare a utilizării panourilor solare pentru prepararea apei calde.
Fig. 4.26 Certificat de performanță energetică al clădirii cu panourile solare în exploatare
Rezultate și observații
Tabelul 4.29 Sinteza soluțiilor de renovare în cele două etape
Rezultatele teoretice obținute pentru consumul de energie corespunzător celor două situații descrise la pct. A și B, sunt reprezentate sintetic în Fig.4.27.
Fig. 4.27 Clasa energetică și consumul anual de energie pentru încălzire și prepararea a.c.c – valori de calcul
Prin utilizarea tehnologiei bazate pe surse de energie regenerabilă propusă în etapa 2 de reabilitare se obține o reducere a consumului efectiv de energie al clădirii cu 18.90%.
Măsurile de izolare a elementelor anvelopei, concepute în faza de proiectare, răspund exigențelor standardelor în vigoare (rezistențele minime la transfer termic impuse prin C107 [61]), totuși consumul efectiv de energie inițial, de 124.20 kWh/m2 al clădirii ”as built”, deși mult mai redus decât al clădirilor vechi, prezintă în continuare un decalaj considerabil față de standardul nZEB care va trebui impus în viitorul apropiat.
Bloc de locuințe S+P+4E, str. Lunii, Cluj-Napoca (Fig. 4.28)
Fig. 4.28 Amplasamentul clădirii [114]
Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0)
Datele generale ale clădirii sunt prezentate în Tab.4.30 și 4.31. Clădirea (Fig.4.29) construită în anul 1985 are regimul de înălțime S+P+4E și este formată din două tronsoane cu câte o casă de scară, totalizând 28 de apartamente cu 2 și 3 camere.
Fig. 4.29 Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0)
Tabelul 4.30 Caracteristici geometrice
Tabelul 4.31 Elemente de construcții și instalații
La examinarea clădirii s-au constatat degradări de diferite tipuri (Fig. 4.29):
exfolieri ale tencuielii la pereții exteriori;
tâmplăria uzată, neetanșă;
degradări provocate de mucegai la casa scării;
mucegai la interior provenit din condensul pe suprafața buiandrugilor și la colțuri;
Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate o încadrează în clasa D, cu un consum total anual specific de energie qtot=342.80 kWh/m2 an și nota energetică 79.5 (Fig. 4.30).
Valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei și respectiv cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), prezentate în Tab. 4.32.
Calculul pierderilor de căldură QL și respectiv QLs:
θi =19.855 [oC]
θe = 3.85 [oC]
t= 5232 h/an
= 717.22 W/K
În cazul de față, HT=L [W/K], adică:
Lvitr = UC vitr x Afer = 2.531 x 202.88= 513.62 W/K
Lper = UC per x Aper = 1.490 x 1432.88= 2135.44 W/K
Lpl. subs = UC pl. subs x Apl. subs = 1.068 x 298.58= 318.99 W/K
Lpl. ter= UC pl. ter x Apl. ter = 0.868 x 298.58= 259.18 W/K
Rezultă:
QLvitr = 513.62 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 43009.59 kWh/an
QLsfer. = 43009.59 kWh / Sînc = 33.17 kWh/ m2 an
QL per. = 2135.44 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 178817.81kWh/an
QLs per. = 178817.81/ Sînc = 137.93 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 318.99 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 26711.63 kWh/an
QLs pl. subs = 26711.63/ Sînc = 20.60 kWh/ m2 an
QL pl. ter = 259.18 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 21703.25 kWh/an
QLs pl. ter= 21703.25 / Sînc = 16.74 kWh/ m2 an
QL vent = 717.22 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 60058.68 kWh/an
QLs vent = 60058.68 / Sînc = 46.32 kWh/ m2 an
Tabelul 4.32 Caracteristici termice și energetice ale clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Fig. 4.30 Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Pentru evaluarea eficienței măsurilor de reabilitare termică, a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în acest stadiu.
Astfel, consumul anual efectiv de energie pentru încălzire și apă caldă a fost evaluat considerând valorile care rezultă din facturile pe anul 2007 și este prezentat în Tabelul 4.33.
Tabelul 4.33 Consumul anual efectiv de energie termică Qînc+acc(2007)
Rezultă:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2007:
Qînc+acc(2007) = 447.30 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc,ef = Qînc+acc(2007) / S înc = 447300 / 1296.4 =345.03 kWh/ m2an
Compararea rezultatelor arată că valoarea consumului specific efectiv de energie pentru înc. și a.c.c este mai mare cu 3.54% față de cea calculată (conf., Fig.4.30):
qînc+acc,ef = 345.03 kWh/m2an > qînc+acc, calcul = 332.80 kWh/m2an
Reabilitarea în etapa 1
Odată cu reabilitarea termică a clădirii din anul 2008 s-a executat și mansardarea sa, nivelul suplimentar fiind construit cu pereți cu structură din lemn termoizolați cu vată minerală grosime 20 cm și acoperiș de tip șarpantă din lemn cu termoizolație din vată minerală grosime 20 cm montată deasupra căpriorilor. Caracteristicile geometrice ale clădirii după mansardare sunt prezentate în Tabelul 4.34
Tabelul 4.34 Caracteristici geometrice ale clădirii mansardate
● Intervenții asupra elementelor anvelopei:
Placarea pereților exteriori cu plăci de polistiren expandat pentru fațadă cu grosime de 10 cm (Baumit, λ =0.040 W/mK );
Înlocuirea tâmplăriei din lemn cu tâmplărie PVC, cu geam dublu termoizolant (R’ = 0.52 m2K/W);
Izolarea termică a planșeului peste subsol cu plăci de polistiren expandat (Baumit) cu grosimea de 10 cm, montate la intradosul plăcii;
Izolarea la exterior a soclului cu plăci din polistiren extrudat de 6 cm grosime (Isover λ=0.039 W/mK );
Izolarea acoperișului cu saltele din vată minerală bazaltică 20 cm (Knauf FDK, λ=0.038 W/mK).
Valorile rezistențelor termice corectate ale elementelor anvelopei (Rc) și cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs) pentru clădirea reabilitată în etapa 1 sunt prezentate în Tab.4.35:
Se calculează pierderile totale de căldură, QL:
= 897.31[W/K]
În cazul de față, HT=L [W/K], adică:
Lvitr = UCvitr x Afer = 2 x 228.80= 457.60 W/K
Lper= UCper x Aper = 0.45 x 1756.08= 791.02 W/K
Lpl. subs = UCpl. subs x Apl. subs = 0.317 x 298.58= 94.90 W/K
Lacop.mans= UC ac.mans x Aac.mans = 0.250 x 340.67= 85.16 W/K
Rezultă:
QLvitr = 457.60 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 38318.58 kWh/an
QLs vitr = 38318.58 kWh / Sînc = 26.07 kWh/ m2 an
QL per = 791.02 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 66238.55 kWh/an
QLs per = 66238.55 / Sînc = 45.07 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 94.90 (19.855 – 3.85) 5232/1000 =7946.75 kWh/an
QLs pl. subs = 7946.75 / Sînc = 5.40 kWh/ m2 an
QL ac.mans = 85.16 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 7131.14 kWh/an
QLs ac.mans= 7131.14 / Sînc = 4.85 kWh/ m2 an
QL vent = 897.31 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 75139.088 kWh/an
QLs vent = 75139.088 / Sînc = 51.13 kWh/ m2 an
Tabelul 4.35 Caracteristici termice și energetice ale clădirii reabilitate în etapa 1
Cu ocazia renovării termice și energetice au fost rezolvate și problemele legate de reabilitarea structurală și de estetica fațadelor clădirii (Fig. 4.31)
Fig.4.31 Clădirea după reabilitare (etapa 1)
După reabilitarea termică din anul 2008, certificatul emis încadrează clădirea în clasa C de performanță energetică, cu nota 91.60 (Fig. 4.32).
Fig. 4.32 Certificatul de performanță energetică după de reabilitarea în etapa 1
Consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde al clădirii reabilitate în etapa 1 s-a determinat pe baza facturilor emise de furnizorul de energie termică în anul 2010 (Tab. 4.36).
Tabelul 4.36 Consumul anual efectiv de energie termică Qînc+acc(2010)
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2010:
Qînc+acc(2010) = 275.77 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc,ef = Qînc+acc(2010) / S înc = 275770 / 1469.50 = 187.66 kWh/m2an
Compararea rezultatelor arată că valoarea consumului efectiv de energie termică este cu aprox. 5.17% mai redusă față de valoarea de calcul:
qînc+acc, efectiv=187.66 kWh/m2an < qînc+acc, calcul = 197.90 kWh/m2an
Reabilitarea în etapa 2
După reabilitarea în etapa 1 descrisă la pct.B, se propune creșterea eficienței energetice prin măsuri suplimentare privind reabilitarea instalațiilor sanitare și de încălzire, precum și prin exploatarea unei tehnologii care folosește energie regenerabilă (energia solară), cu scopul de a reduce valoarea consumului de energie convențională cât mai aproape de zero.
Intervenții asupra instalațiilor clădirii
Înlocuirea componentelor degradate ale conductelor instalațiilor sanitare și de încălzire;
Înlocuirea radiatoarelor vechi din fontă cu radiatoare noi, din oțel, dotate cu robinete de reglaj termostatic;
Izolarea conductelor de distribuție în spațiile neîncălzite cu cochilii din vată
minerală bazaltică de 50 mm grosime, cașerate cu folie de aluminiu;
Utilizarea panourilor solare
S-a propus instalarea a 17 panouri solare cu tuburi vidate tip WTB 58 montate pe versantul sudic al acoperișului în pantă a cărui structură de rezistență este capabilă să preia încărcările suplimentare.
Pentru stocarea apei încălzite prin intermediul panourilor solare a fost prevăzut un rezervor de acumulare de 3000 litri, montat în subsolul tehnic al clădirii.
Vnec,rez = f x n x Czn (tacm – tar)/(tb – tar) (4.2.1)
Rezultă:
Vnec,rez = 1.5 x 70 x 45 (45-10)/(65-10) = 3006.8 l
Pentru determinarea numărului necesar de panouri solare, s-a monitorizat consumul efectiv de energie prin prelucrarea datelor din facturile pe anul 2010, pentru a determina consumul de energie necesar pentru prepararea apei calde (ca parte din consumul total de energie termică (Tab. 4.37).
Tabelul 4.37 Consumul efectiv de energie pentru preparare a.c.c Qacc(2010)
– Consumul total efectiv de energie pentru prepararea apei calde de consum:
Qacc(2010) = 64.08 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie corespunzător:
qacc(2010) = Qacc(2010) / Sînc = 43.61 kWh/m2an
Aportul lunar de energie solară (Tab. 4.38) a fost determinat pe baza datelor din harta intensității radiației solare în România [127].
Tabelul 4.38 Calculul energiei produse de panourile solare WTB 58
Aportul anual de energie din surse regenerabile:
Epan. sol = 39767.4 [kWh/an]
Aportul anual specific de energie din surse regenerabile:
ES = Epan. sol/ S înc = 39767.4 /1469.50= 27.06 [kWh/m2an]
Din Fig.4.33 rezultă că necesarul de energie pentru prepararea a.c.c. în lunile mai, iunie, iulie, august, când consumul este maxim, este acoperit în proporție de peste 85% de cantitatea de energie produsă de panourile solare.
Considerând soluțiile propuse, a fost emis certificatul de performanță energetică pentru clădirea reabilitată în etapa 2 (Fig.4.34).
Fig. 4.33 Variația lunară a aportului de energie din surse regenerabile
Fig. 4.34 Certificat de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 2
Reabilitarea în etapa 1 fără mansardare (variantă teoretică)
A fost analizată și această variantă pentru a pune în evidență diferența dintre performanța energetică a clădirii reabilitate tradițional, fără mansardare, cu izolarea terasei și cea a clădirii reabilitate și mansardate.
Astfel, a fost emis un certificat de performanță energetică și pentru varianta în care anvelopa este considerată a fi reabilitată cu soluțiile prezentate la pct.B, și cu planșeul terasă care în acest caz este termoizolat cu un strat de vată minerală de 20 cm grosime și λ = 0.040 W/(m.K) (Fig. 4.35).
Fig. 4.35 Certificatul de performanță energetică al clădirii reabilitate (etapa1), fără mansardare
Compararea rezultatelor obținute pentru clădirea reabilitată în acest caz și clădirea reabilitată și mansardată, arată că valoarea calculată a consumului de energie în cazul mansardării este cu 4.37% mai mare, pentru o creștere a suprafeței încălzite/locuibile cu 12 %.
qtot, calcul terasa =198.80 kWh/m2an < qtot, calcul mansardă = 207.90 kWh/m2an
Rezultate și observații
Tabelul 4.39 Sinteza măsurilor de reabilitare termică în etapele 1 și 2.
● O analiză comparativă a valorilor caracteristicilor termotehnice ale elementelor anvelopei clădirii nereabilitate (stadiul 0) și respectiv ale clădirii reabilitate în etapa 1, poate fi făcută pe baza datelor prezentate în Tab. 4.40 și 4.41.
Tabelul 4.40 Valori comparative ale R’ corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Pierderile totale de căldură prin elementele anvelopei înainte și după reabilitarea în etapa 1 au fost sintetizate în tabelul 4.41.
Tabelul 4.41 Pierderi totale de căldură corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
* Creșterea QLs este produsă de modificarea parametrilor de calcul după mansardare
Se pot formula următoarele concluzii:
Soluțiile tehnice alese pentru reabilitarea în etapa 1, au ca efect o reducere globală a pierderilor de căldură cu cca. 48 %.
Considerând impactul elementelor anvelopei separat, se constată următoarele:
a. Valoarea maximă a reducerii pierderilor de căldură prin izolarea termică suplimentară (etapa 1) față de situația inițială (stadiul 0) se înregistrează la planșeul peste subsol (73.78%), urmată de de acoperiș (71.02%) și de pereții exteriori (67.32%).
b. Înlocuirea tâmplăriei vechi cu tâmplărie nouă, termoizolantă, reduce pierderile de căldură cu 22%.
În etapa 1 de reabilitate, prin mansardare crește volumul încălzit al clădirii și implicit cresc pierderile de căldură prin ventilare. Utilizarea unor sisteme de ventilare cu recuperare de căldură ar diminua considerabil pierderile de căldură și în acest caz.
După mansardare, se constată o creștere a consumului de energie cu aprox. 5%, suprafața locuibilă crescând cu 12% și respectiv cea a anvelopei cu 14.90%; astfel, se poate afirma că mansardarea are un impact pozitiv și poate fi considerată o soluție rezonabilă sub acest aspect, atunci când se urmărește creșterea suprafeței locative.
În continuare se vor prezenta numai rezultatele care se referă la situația reală, adică: clădirea nereabilitată (pct. A), clădirea reabilitată, cu mansardare, în etapa 1 (pct. B) și propunerea de reabilitare suplimentară în etapa 2 pentru clădirea mansardată (pct.C).
● Rezultatele obținute pentru consumul de energie corespunzător celor trei situații descrise la punctele A, B și C, sunt reprezentate sintetic în Fig.4.36.
Între clădirea în stadiul 0 și clădirea reabilitată în etapa 1 (anvelopare+mansardare) se înregistrează o reducere cu 40.53 % a valorii consumului de energie calculată pentru încălzire și a.c.c.
Scăderea relativă a consumului de energie în etapa 2 de reabilitare față de etapa 1 este de 9.59% și se datorează în principal:
înlocuirii componentelor degradate ale instalațiilor de încălzire și a.c.c. și
aportului de energie regenerabilă produsă de panourile solare.
Scăderea totală a consumului de energie calculat pentru încălzire și a.c.c a clădirii reabilitate în etapa 2 comparativ cu clădirea nereabilitată este de 50.12%.
Economia reală (efectivă) de energie obținută prin reabilitarea în etapa 1 este de 45.61% (Fig.4.37).
În ultimii ani, ca urmare a crizei de spațiu locativ din orașe în România, unele firme de construcții oferă asociațiilor de locatari varianta ca în schimbul izolării termice și reparațiilor făcute la blocurile vechi, să accepte construirea pe terasa blocului a unei mansarde locuibile, al cărei proprietare devin.
Din cauză că firmele încercă să maximizeze profitul, calitatea materialelor folosite pentru anveloparea clădirilor nu este cea mai bună iar soluțiile tehnice prevăzute în proiectul de reabilitare nu sunt întotdeauna respectate – o deficiență cu caracter general de altfel în lucrările de construcții.
Pentru evitarea acestor neajunsuri ar fi utile o serie de măsuri ca:
reglementarea legislației în construcții prin impunerea controlului regulat, riguros și penalizarea firmelor de execuție pentru nerespectarea prevederilor din proiect,
reglementări privind utilizarea anumitor materiale termoizolatoare,
o mai bună coordonare din punct de vedere arhitectural/urbanistic a proiectării mansardelor.
Țări ca Germania, Franța, Finlanda, au o legislație foarte strictă cu privire la condițiile de anvelopare și de mansardare a clădirilor, ținând seama pe lângă aspectele tehnice și de cele privind armonizarea din punct de vedere arhitectural a soluțiilor proiectate. Acesta este însă un alt aspect foarte adeseori neglijat pe plan național.
4.2.5 Locuință unifamilială D+P+1E, Năsăud, jud.Bistrița-Năsăud (Fig. 4.38)
Fig. 4.38 Amplasarea clădirii [114]
Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0)
Clădirea cu regim de înălțime S+P+1E (Fig.4.39), ale cărei date generale sunt prezentate în Tab.4.42 și 4.43, a fost construită în anul 1966 și renovată în anul 1986
Starea inițială a clădirii era caracterizată de degradări produse de igrasie și exfolieri ale tencuielii pereților (Fig. 4.39).
Tabelul 4.42 Caracteristici geometrice
Tabelul 4.43 Elemente de construcții și instalații
Clădirea nereabilitată se încadrează în clasa de performanță energetică D, cu nota energetică 82.7 (Fig. 4.40).
Fig. 4.40 Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Din expertiza termică și energetică rezultă valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei și respectiv cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), prezentate în Tab. 4.44.
Calculul pierderilor de căldură QL s-a făcut după cum urmează:
= 198.02 [W/k]
HT = L;
Lvitr = UC vitr x Afer = 2.816 x 35.5= 99.968 W/K
Lper = UC per x Aper = 1.360 x 225 = 306 W/K
Lpl. subsl = UC pl. subs x Apl. subs = 0.603 x 70.5 = 42.51 W/K
Lpl. pod = UC pl. pod x Apl.pod = 0.735 x 120.5 = 88.56 W/K
Rezultă:
Unde: θi = 19.855 [ oC]
θe = 3.95 [ oC]
t= 218 x 24 =5376 h/an
QLvitr = 99.968 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 8547.79 kWh/an
QLs fer = 8547.79 kWh / Sînc = 28.25 kWh/ m2 an
QL per = 306 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 26164.61 kWh/an
QLs per = 26164.61 / Sînc = 86.49 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 42.51 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 3634.82 kWh/an
QLs pl. subs. = 3634.82 / Sînc = 12.01 kWh/ m2 an
QL pl. pod = 88.56 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 7572.34kWh/an
QLs pl. pod= 7572.34/ Sînc = 25.03 kWh/ m2 an
QL vent = 198.02 (19.855 – 3.95) 5376/1000 =16931.75 kWh/an
QLs vent = 16931.75 / Sînc = 55.97 kWh/ m2 an
Tabelul 4.44 Caracteristici termice și energetice ale clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Pentru a evalua eficiența măsurilor de reabilitare termică a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în stadiul 0 – conform datelor furnizate de utilizatori privind consumul de masă lemnoasă pe perioada unui an.
Astfel, în anul 2010 s-au consumat aproximativ 71.5 metri steri (1 metru ster = 0.68 mc).
71.5 * 0.68 = 48.72 mc lemn
Greutatea specifică a lemnului uscat: 430 kg/mc
Puterea energetică a lemnului uscat: 4.3 kWh/kg
Masa totală consumată: 48.72 mc * 430 kg/mc = 20951 kg
Cantitatea de energie produsă prin arderea masei lemnoase:
Qînc+acc (2010) = 20951 kg * 4.3 KWh/kg = 90089 kWh/an
Rezultă:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2010:
Qînc+acc(2010) = 90.09 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc, ef (2010)= Qînc+acc(2010) / Sînc. =90090 /302.5= 297.82 kWh/m2an
Consumul specific efectiv de energie este mai mare cu aprox. 3.57% față de cel calculat (Fig.4.40):
qînc+acc,ef = 297.82 kWh/m2an > qînc+acc, calcul = 287.20 kWh/m2an
Reabilitarea în etapa 1
Clădirea a fost reabilitată termic în anul 2011, când a beneficiat de facilitățile oferite de Programul ”Casa verde” pentru utilizarea surselor de energie regenerabile. Măsurile aplicate au fost următoarele:
● Intervenții asupra elementelor anvelopei
– placarea pereților exteriori cu polistiren de fațadă cu grosimea de 10 cm, λ=0.040 W/(mK);
tâmplăria din lemn a fost înlocuită, cu tâmplărie din lemn stratificat cu geam
dublu termoizolator cu R’ = 0.59 m2K/W ;
izolarea planșeului peste ultimul nivel, cu saltele din vată minerală de 10 cm
și λ = 0.041 W/(mK);
izolarea planșeului peste subsol, cu polistiren extrudat de 5 cm, λ = 0.041 W/(mK).
● Intervenții asupra instalațiilor de încălzire și preparare a apei calde
– înlocuirea parțială a radiatoarelor vechi cu radiatoare noi din aluminiu;
– izolarea cu cochilii polietilenă a conductelor de distribuție a agentului termic în spațiile neîncălzite;
– înlocuirea centralei termice vechi cu o centrală nouă BUDERUS 45 KW cu combustibil solid (biomasă/lemn).
● Introducerea panourilor solare
– montarea pe acoperișul clădirii, pe un suport din tablă, a 2 panouri solare „Tesy” tip Solo-SS200 având o suprafață de 2.1 mp/panou, pentru prepararea apei calde menajere.
În Fig. 4.41 se prezintă schema de funcționare a acestor panouri.
Fig. 4.41 Schema de funcționare a panourilor solare „Tesy” tip Solo-SS200 pentru prepararea apei calde [100]
Valorile rezistențelor termice corectate (R’) ale elementelor anvelopei, precum și cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), în situația clădirii reabilitate în etapa 1 sunt prezentate în Tab. 4.45.
S-a efectuat calculul pierderilor totale de căldură QL:
Hv= 198.02 [W/k]
Lvitr = UC vitr. x Afer = 1.694x 35.5= 60.137 W/K
Lper = UC per x Aper = 0.363 x 225 = 81.67 W/K
Lpl. subs = UC pl. subs x Apl. subs = 0.395 x 70.5 = 27.84 W/K
Lpl. pod = UC pl. pod x Apl.pod = 0.317 x 120.5 = 38.19 W/K
H = HV + HT; HT = L;
Rezultă:
QLvitr = 60.137 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 5142.03 kWh/an
QLs vitr = 5142.03 kWh / Sînc = 16.99 kWh/ m2 an
QL per = 81.67 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 6983.21 kWh/an
QLs per = 6983.21 / Sînc = 23.08 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 27.84 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 2380.46 kWh/an
QLs pl. subs = 2380.46 / Sînc =7.86 kWh/ m2 an
QL pl. pod = 38.19 (19.855 – 3.95) 5376/1000 = 3265.44 kWh/an
QLs pl. pod= 3265.44 / Sînc = 10.79 kWh/ m2 an
QL vent = 198.02 (19.855 – 3.95) 5376/1000 =16931.75 kWh/an
QLs vent = 16931.75 / Sînc = 55.97 kWh/ m2 an
Tabelul 4.45 Caracteristici termice și energetice ale clădirii reabilitate în etapa 1
Pentru stocarea apei încălzite prin intermediul panourilor solare a fost prevăzut un rezervor de acumulare de 230 litri montat în subsolul tehnic al clădirii.
A fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru prepararea apei calde (ca parte din consumul total de energie termică), ale cărui valori sunt prezentate în Tabelul 4.46.
Tabelul 4.46 Consumul efectiv de energie pentru preparare a.c.c – Qacc(2010)
– Consumul total efectiv de energie pentru prepararea apei calde:
Qacc(2010) = 4.599 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie corespunzător:
qacc(2010) = Q(2010) / S înc = 4599 /302.5= 15.20 kWh/m2an
Conform datelor furnizate de utilizatori, panourile solare, produc aproximativ 60% din energia necesară pentru prepararea apei calde, restul de 40% fiind furnizată de centrala termică.
Aportul anual de energie din surse regenerabile (energie solară):
Epan. sol = 4599 * 60% = 2759.4 [kWh/an]
Aportul anual specific de energie din surse regenerabile (energie solară):
ES= Epan. sol/ S înc = 2759.4/302.5= 9.12 [kWh/m2an]
După reabilitarea termică din anul 2011, noul încadrează clădirea în clasa B, cu nota energetică 97.2 (Fig. 4.42). In acest caz nu s-a considerat aportul de energie din surse regenerabile.
Fig. 4.42 Certificatul de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 1
Energia din surse regenerabile în acest caz este produsă de panourile solare pentru prepararea apei calde, iar pentru încălzire – de centrala care funcționează cu combustibil lemnos (biomasă).
Consumul de lemn pentru încălzire și prepararea apei calde a fost de aproximativ 30 metri steri.
30*0.68 = 20.4 mc
Greutatea specifică a lemnului uscat: 430 kg/mc
Puterea energetică a lemnului uscat: 4.3 kWh/kg
Masa totală consumată: 20.4 mc * 430 kg/mc = 8772 kg
Cantitatea de energie produsă de 20.4 mc lemn este:
Qînc+acc (lemn)2012 = 8772 kg * 4.3 KWh/kg = 37719.6 kWh/an
Rezultă valoarea consumurilor efective:
– Consumul total de energie pentru încălzire și apă caldă de consum (anul 2012):
Qînc+acc(2012) = Qînc+acc cazan (2012 cazan) + Epan. sol = 37719.6+ 2759.4 = 40479 [kWh/an]
– Consumul anual specific de energie:
qînc+acc, ef = Qînc+acc(2012) / S înc =40479kWh /302.5 m2 = 133.81 kWh/m2an
Prin reabilitarea termică au fost rezolvate și problemele legate de consolidarea structurală și de estetica fațadelor clădirii (Fig. 4.43).
Fig.4.43 Clădirea după reabilitare (etapa 1)
Reabilitarea în etapa 2
În această etapă se propune ca soluție pentru creșterea eficienței energetice, exploatarea unei tehnologii care utilizează surse de energie regenerabile pentru producerea energiei electrice pentru iluminat și consum casnic în tendința de a aduce consumul de energie convențională aproape de zero.
Utilizarea panourilor fotovoltaice
S-a prevăzut montarea unui sistem fotovoltaic ON GRID (cu conexiune la rețea) ECO-PV300, format din 12 panouri tip PVET – Solar 240W Poly având suprafața totală de 8.64 mp. Energia medie anuală furnizată de panouri este de 6739 kW (Fig. 4.44).
Panourile fotovoltaice produc curent continuu, care este transformat în curent alternativ de un invertor ON GRID alimentând astfel consumatorii conectați.
Pentru a valorifica surplusul de energie produsă de panourile solare, a fost prevăzut și un contor electric cu dublu sens (bidirecțional) care măsoară atât energia consumată cât și cea injectată în rețea.
Fig.4.44 Schema de funcționare a unui panou fotovoltaic ON GRID pentru producerea energiei electrice [124, 96]
Determinarea numărului necesar de panouri fotovoltaice s-a făcut pe baza consumului efectiv de energie electrică, ale cărui valori sunt prezentate în Tab. 4.47.
Tabelul 4.47 Consumul anual efectiv de energie electrică Qel (2012)
– Consumul total efectiv de energie electrică în anul 2012:
Qel (2012) = 3.03 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie electrică:
qel (2012) = Qel (2012) / Sutil = 9.30 kWh/m2an
Aportul lunar de energie solară (Tab. 4.48) a fost determinat pe baza datelor din harta intensității radiației solare în România [127].
Tabelul 4.48 Calculul energiei electrice produse de panourile fotovoltaice PVET-Solar 240W Ploy
Aportul anual de energie electrică al panourilor PV este:
EPV= 4234 kWh/an
Aportul anual specific de energie electrică al panourilor fotovoltaice este:
Es,PV = EPV/ Sutilă = 4234 /325.5 = 13.00 kWh/m2an
Energia produsă de panourile PV depășește cu aprox. 40% necesarul de energie electrică al clădirii pe un an calendaristic (Fig.4.45).
În cazul acestei clădiri, termoizolarea elementelor anvelopei și producerea combinată a energiei din surse regenerabile (biomasa pentru încălzire, energie solară pentru prepararea apei calde și producerea energiei electrice), o transformă într-o clădire quasi-autonomă, întrucât rămâne conectată la rețeaua zonală de distribuție a gazului natural necesar pentru gătit (poate fi înlocuit cu aparatură electrică pentru gătit).
O clădire autonomă din punct de vedere energetic nu consumă energie din rețea, toată energia necesară funcționării ei provine din surse regenerabile și este produsă (și respectiv stocată, după caz) in-situ sau în apropiere.
Fig. 4.45 Variația lunară a aportului de energie electrică produsă de panourile fotovoltaice
Rezultate și observații
Tabelul 4.49 Sinteza măsurilor de reabilitare termică în etapele 1 și 2.
● Tabelul 4.50 prezintă comparativ valorile R’ ale elementelor anvelopei clădirii nereabilitate (stadiul 0) și respectiv ale clădirii reabilitate în etapa 1.
Tabelul 4.50 Creșterea R’ dupa reabilitarea anvelopei (etapa 1)
Pierderile de căldură prin elementele anvelopei, înainte și după reabilitarea în etapa 1, au fost sintetizate în Tab. 4.51.
Tabelul 4.51 Pierderile de căldură QLs corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Din rezultatele de mai sus se desprind următoarele concluzii:
– Soluțiile tehnice alese pentru reabilitarea în etapa 1 au ca efect o reducere globală a pierderilor de căldură cu 44.79%.
Analizând impactul elementelor anvelopei considerate individual, rezultă că:
a. Valoarea maximă a reducerii pierderilor de căldură prin anvelopare (etapa 1) față de situația inițială (stadiul 0) se înregistrează la pereții exteriori (73.31%), urmată de planșeul sub pod (56.90%) și de înlocuirea tâmplăriei vechi cu tâmplărie nouă termoizolantă (39.85%).
b. Termoizolarea planșeului peste subsol contribuie la o reducere a pierderilor de căldură cu 34.55%.
– Pierderile de căldură cele mai mari se produc prin ventilare, reconfirmând oportunitatea folosirii unor sisteme de ventilare cu recuperare de căldură.
Valorile consumului specific efectiv de energie, determinat pe baza masei lemnoase consumate în anul 2010 și respectiv a energiei furnizate de panourile solare în anul 2012 (Tab.4.4 si 4.5), sunt prezentate în diagrama din Fig.4.46.
Economia reală de energie obținută prin reabilitarea în etapa 1 este de 55.07%.
Utilizarea combinată a mai multor surse de energie regenerabilă poate fi soluția, în cazul clădirilor vechi deja reabilitate, pentru a aduce consumul de energie convențională cât mai aproape de 0, conform cerințelor EPBD.
După etapa 1 de reabilitare, la consumul efectiv de energie pentru încălzire și a.c.c se adaugă și consumul de energie pentru iluminat, totalizând 143.31 kWh/m2an. Cota de energie consumată pentru încălzire este cea mai mare (aprox.87% din total, Fig.4.47). În această etapă, energia necesară pentru încălzire și apă caldă este asigurată din surse regenerabile.
Pentru a aduce valoarea consumului de energie aproape de 0, în etapa 2 de reabilitare a fost propusă introducerea panourilor fotovoltaice, care conform calculelor efectuate (Tab. 4.49) produc 13 kWh/m2/an, acoperind și chiar depășind necesarul de energie pentru iluminat.
Fig. 4.47 Consumul de energie efectiv al clădirii reabilitate în etapa 1
Astfel, valoarea consumului de energie convențională este aproape de 0, dar necesarul de energie pentru funcționarea clădirii este comparabil ca valoare cu cel al unei clădiri reabilitate termic.
4.2.6 Bloc de locuințe S+P+4E, str. Gheorghe Dima, Cluj-Napoca
Fig.4.48 Amplasamentul clădirii [114]
Clădirea înainte de reabilitare (stadiul 0)
Clădirea (Fig. 4.48), ale cărei date generale sunt prezentate în Tab.4.52 și 4.53, a fost construită în anul 1985 și are trei case de scară, totalizând 30 de apartamente cu 2, 3 și 4 camere.
Tabelul 4.52 Caracteristici geometrice
Tabelul 4.53 Elemente de construcții și instalații
Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate o încadrează în clasa de performanță energetică D și nota energetică 78.2 (Fig. 4.49).
Valorile rezistențelor termice corectate Rc ale elementelor anvelopei și respectiv cele ale pierderilor totale de căldură QL calculate în cadrul expertizei termice și energetice (așa cum se arată mai jos), sunt prezentate în Tab. 4.54.
θi= 19.855 [oC]
θe= 3.85 [oC]
t = 5232 [h]
= 1090.18 [W/K]
Lvitr = UC vitr x Avitr = 2.824 x 280.47= 792.04 W/K
Lper = UC per x Aper = 1.490 x 1637.50= 2439.87 W/K
Lpl. subs = UC pl. subs x Apl. subs = 1.050 x 432.42 = 454.04 W/K
Lpl. ter= UC pl. ter x Apl. ter = 0.75 x 432.42 = 324.31 W/K
H = HV + HT; HT = L;
Rezultă:
QLvitr = 792.04 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 66324.58 kWh/an
QLs vitr = 66324.58 kWh / Sînc = 30.67 kWh/ m2 an
QL per = 1791.87 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 204310.60 kWh/an
QLs per = 204310.60 / Sînc = 94.49 kWh/ m2 an
QL pl. subs = 454.04 (19.855 – 3.85) 5232/1000 =38020.47 kWh/an
QLs pl. subs = 38020.47/ Sînc = 17.58 kWh/ m2 an
QL pl. ter = 324.31 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 27154.12 kWh/an
QLs pl. ter = 27154.12 / Sînc = 12.56 kWh/ m2 an
QL vent = 1090.18 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 91289.67 kWh/an
QLs vent= 91289.67 / Sînc = 42.22 kWh/ m2 an
Fig. 4.49 Certificatul de performanță energetică al clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Tabelul 4.54 Caracteristici termice și energetice ale clădirii nereabilitate (stadiul 0)
Pentru a evalua eficiența măsurilor de reabilitare termică, a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde pe perioada unui an (2010), calculat pe baza valorilor care rezultă din facturi (Tab. 4.55).
Tabelul 4.55 Consumul anual efectiv de energie Qînc+acc(2010)
Rezultă:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și prepararea apei calde în anul 2010:
Qînc+acc(2010) = 755.25 MWh
– Consumul anual specific efectiv de energie este:
qînc+acc, ef = Qînc+acc(2010) / Sînc = 755250 /2162.10 = 349.31 kWh/m2an
Consumul specific efectiv de energie este cu 0.20% mai mare față de cel calculat (conf. , Fig.4.47):
qînc+acc,ef = 349.31 kWh/m2an > qînc+acc, calcul = 348.60 kWh/m2an
Reabilitarea în etapa 1
Lucrările de reabilitare din anul 2011 au fost executate la cca. 60% din numărul total de apartamente de către proprietari, în regie proprie, cu materiale termoizolatoare de calitate diferită. Nu a fost reabilitată suprafața anvelopei aferentă părților comune ale clădirii (casa scării, planșeu peste subsol, acoperiș – terasă) și nici instalațiile de încălzire.
Termoizolarea pereților exteriori s-a făcut cu plăci din polistiren expandat de 10 cm grosime, achiziționat de la diferiți producători, coeficientul de conductivitate termică fiind în general în jurul valorii de 0.040 W/(mK).
La apartamentele reabilitate tâmplăria din lemn a fost înlocuită cu tâmplărie PVC cu geam dublu termoizolant.
După reabilitarea termică, noul CPE încadrează clădirea în clasa C (Fig. 4.50).
Din expertiza termică și energetică a clădirii reabilitate în etapa 1 rezultă valorile rezistențelor termice corectate R’ ale elementelor anvelopei, precum și cele ale pierderilor totale de căldură (QL, QLs), prezentate în Tab. 4.56.
Coeficienții de cuplaj termic:
HV = 1138.74 [W/K]
Lvitr = UC vitr x Avitr = 2.22 x 280.47= 622.64 [W/K]
Lper = UCper x Aper = 0.65 x 1637.50= 1064.37 [W/K]
H = HV + HT; HT = L;
Pierderile totale de căldură:
QLvitr = 622.64 (19.855 – 3.85)5232 /1000 = 52139.01 kWh/an
QLs vitr = 52139.01 kWh / Sînc = 24.11 kWh/ m2 an
QL per = 1064.37 (19.855 – 3.85) 5232/1000 = 89128.80 kWh/an
QLs per = 89128.80 / Sînc = 41.22 kWh/ m2 an
Fig. 4.50 Certificatul de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 1
Tabelul 4.56 Caracteristici termice și energetice ale clădirii reabilitate în etapa 1
Consumul efectiv energie pentru încălzire și prepararea apei calde s-a determinat și în acest caz pe baza facturilor emise de furnizorul de energie termică pe perioada unui an (2012), cu valorile prezentate în Tabelul 4.57.
Tabelul 4.57 Consumul efectiv de energie termică Qînc+acc(2012)
Rezultă valoarea consumului de energie efectiv:
– Consumul total efectiv de energie pentru încălzire și a.c.c. în anul 2012 este:
Qînc+acc(2012) = 618.3 MWh
– Consumul anual specific efectiv de energie:
qînc+acc,ef = Qînc+acc(2012) / S înc =618300 /2162.10 = 285.91 kWh/m2an
Compararea rezultatelor arată că valoarea consumului efectiv de energie termică este mai mare cu 7.94% decât valoarea de calcul:
qînc+acc,ef = 285.91 kWh/m2.an > q înc+acc,calcul= 263.20 kWh/m2an
Din cauza izolării termice incomplete a anvelopei clădirii au apărut degradări însemnate (ex: mucegai în casa scării, la subsol și în alte zone) (Fig. 4.51).
Reabilitarea incompletă din etapa 1, executată cu materiale termoizolatoare achiziționate din surse diferite (alese pe criterii de economie), a condus la persistența unor pierderi de căldură însemnate.
Fig. 4.51 Reabilitarea incompletă și degradări ale clădirii
Reabilitarea în etapa 2
Se propune creșterea eficienței energetice a clădirii prin finalizarea anvelopării, complementată cu exploatarea unei tehnologii care folosește energie regenerabilă (energia solară), cu scopul de a aduce valoarea consumului de energie convențională cât mai aproape de zero.
● Intervenții asupra elementelor anvelopei
Termoizolarea pereților exteriori care nu au fost izolați în etapa 1, cu plăci din polistiren expandat (λ = 0.039 W/mK) de 10 cm grosime, montate la exterior;
Înlocuirea tâmplăriei din lemn cu tâmplărie PVC, cu geam dublu termoizolant;
Izolarea termică a planșeului peste subsol, cu plăci din polistiren expandat (λ = 0.039 W/mK) de 10 cm grosime montate la intrados;
Izolarea soclului cu plăci de polistiren extrudat de 6 cm grosime (λ = 0.038 W/mK) rezistent la umiditate;
Îndepărtarea straturilor terasei până la nivelul stratului termoizolator din zgură expandată de 25 cm grosime, suplimentarea cu un strat de vată minerală bazaltică de 20 cm grosime (λ=0.035 W/mK), protejat cu o șapă armată din mortar de ciment M100 de 5 cm grosime și refacerea izolației hidrofuge;
● Nu s-a reabilitat instalația de încălzire
● Utilizarea panourilor solare
Montarea a 32 panouri solare tip “Heat-pipe” cu tuburi vidate (20) WT – B58
(cu suprafața de 3.48 mp/panou) pe acoperișul terasă al clădirii, pentru prepararea a.c.c.
Pentru stocarea apei încălzite prin intermediul panourilor solare a fost prevăzut un rezervor de acumulare de 2700 litri, montat în subsolul tehnic al clădirii.
Vnec,rez = f x n x Czn (tacm – tar)/(tb – tar) (4.2.1)
Vnec,rez = 1.5 x 63 x 45 (45-10)/(65-10) = 2706.1 l
Pentru determinarea numărului necesar de panouri solare a fost monitorizat consumul efectiv de energie pentru prepararea apei calde (ca parte din consumul total de energie termică), ale cărui valori sunt prezentate în Tabelul 4.58.
Tabelul 4.58 Consum efectiv de energie pentru prepararea a.c.c: Qacc(2012)
– Consumul total efectiv de energie pentru prepararea apei calde este:
Qacc(2012) = 115.67 MWh/an
– Consumul anual specific efectiv de energie corespunzător:
qacc(2012) = Qacc(2009) / S înc = 53.49 kWh/m2an
Aportul lunar de energie solară (Tab. 4.59) a fost determinat folosind datele din harta intensității radiației solare în România [127].
Tabelul 4.59 Calculul energiei produse de panourile solare WTB 58
Aportul anual de energie din surse regenerabile:
Epan. sol. = 70177.7 [kWh/an]
Aportul anual specific de energie din surse regenerabile:
Es,pan.sol = Epan. sol/ S înc. = 70177.4 /2162.1 = 32.45 [kWh/m2an]
Fig. 4.52 Variația lunară a aportului de energie din surse regenerabile
Diagrama din Fig. 4.52 arată că necesarul de energie pentru prepararea a.c.c. în lunile mai, iunie, iulie, august când consumul este maxim, este acoperit în proporție de cca. 90% de energia produsă de panourile solare.
Considerând soluțiile propuse, a fost emis un nou certificat de performanță energetică pentru clădirea reabilitată în etapa 2 (Fig.4.53).
Procesul de reabilitare în această etapă (completarea până la 100% a anvelopării clădirii + panouri solare pentru prepararea a.c.c.), încadrează clădirea în clasa B de performanță energetică, cu un consum anual specific de energie de 168.60 kWh/m2an.
Fig. 4.53 Certificat de performanță energetică al clădirii reabilitate în etapa 2
In acest caz s-a studiat și varianta în care clădirea este reabilitată integral, fără aportul surselor regenerabile de energie.
Din CPE elaborat în această etapă, rezultă un consum anual specific de energie de 201.00 kWh/m2an, (Fig. 4.54), cu 16% mai mare față de cazul reabilitării în etapa 2.
Fig. 4.54 Certificat de performanță energetică al clădirii reabilitate fără aportul panourilor solare
D. Rezultate și observații
Tabelul 4.60 Sinteza măsurilor de reabilitare termică în etapele 1 și 2.
● O prezentare comparativă a valorilor caracteristicilor termotehnice ale elementelor anvelopei clădirii nereabilitate (stadiul 0) și respectiv ale clădirii reabilitate în etapa 1, este prezentată în Tab. 4.61 și 4.62.
Tabelul 4.61 Valori comparative ale R’ corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Pierderile totale de căldură prin elementele anvelopei înainte și după reabilitarea în etapa 1, au fost sintetizate în Tab. 4.62.
Tabelul 4.62 Pierderile de căldură QLs corespunzătoare stadiului 0 și etapei 1
Din datele de mai sus rezultă că soluțiile tehnice alese pentru reabilitarea clădirii în etapa 1, au ca efect o reducere globală a pierderilor de căldură cu cca. 30%. În acest stadiu, pierderile de căldură prin elementele anvelopei sunt încă foarte mari, din cauza reabilitării incomplete a clădirii (sub toate aspectele ei).
Asemănător cu celelalte studii de caz cele mai mari pierderi de căldură se produc prin ventilare, fiind necesară introducerea unui sistem de ventilare cu recuperare de căldură.
● Valorile consumului de energie corespunzător situațiilor descrise la pct. A, B și C, sunt reprezentate sintetic în Fig.4.55.
Rezultatele teoretice obținute după etapa 1 de reabilitare (pct.B) arată o scădere a consumului de energie pentru încălzire și a.c.c cu 24.49% din cauza reabilitării incomplete a elementelor anvelopei.
Diferența dintre valorile consumului de energie calculat în etapele 0 și 2 de reabilitare este de 54.50% și se datorează:
reabilitării integrale a elementelor anvelopei și
aportului de energie regenerabilă produsă de panourile solare.
Valorile consumului efectiv de energie apar în diagrama din Fig.4.56, arătând că economia reală de energie obținută prin reabilitarea în etapa 1 este de 18.15%.
Studiul comparativ al unor soluții de reabilitare selectivă
În România există un număr mare de clădiri reabilitate necorespunzător din punctul de vedere al naturii și calității materialelor folosite, respectiv din cauza soluțiilor tehnice alese de proprietari, care nu respectă standardele în vigoare sau proiectele elaborate de specialiștii în domeniu.
Din motive de economie, de cele mai multe ori nu au fost reabilitate planșeele peste subsol, aproape niciodată planșeele pe sol și destul de frecvent nici planșeele peste ultimul nivel sau pereții casei scării, având ca rezultat o eficiență termică și energetică a renovării considerabil mai scăzută.
Pentru o evaluare mai clară a impactului pe care îl are omiterea termoizolării anumitor părți comune (casa scării, planșeul peste subsol și peste ultimul nivel) în cazul clădirii analizate la pct. 4.2.6, a fost elaborat câte un CPE pentru fiecare situație în care, din ansamblul anvelopei s-a considerat că au rămas nereabilitate, alternativ:
Acoperișul terasă: ST = 495.90 mp
Pereții din zona casei scării: Sc.sc = 105.90 mp
Planșeul peste subsolul neîncălzit: Spl.sb= 495.90 mp
Toate elementele de la pct.a, b, c. Sa,b,c= 1097.7 mp
Tabelul 4.63 Sinteza măsurilor de reabilitare termică în cazurile 1, 2 și 3
Certificatele de performanță energetică elaborate pentru cele 4 cazuri sunt prezentate în Tab.4.64 iar compararea valorilor qînc cu performanța clădirii reabilitate integral, se face în Fig.4.57.
Fig.4.57 Prezentarea comparativă a rezultatelor pentru qînc
Impactul reabilitării selective a unor elemente componente ale anvelopei descrise în cele 4 variante este reprezentat în Fig. 4.57 după cum urmează:
nereabilitarea acoperișului terasă are ca rezultat o creștere a consumului de energie pentru încălzire cu 7.65%;
nereabilitarea pereților casei de scară duce la o creștere a consumului de energie pentru încălzire cu 19.93%;
nereabilitarea planșeului peste subsol duce la o creștere a consumului de energie pentru încălzire cu 2.02%
dacă nu se reabilitează nici unul dintre elementele a, b, c, consumul de energie pentru încălzire crește cu 28.95%.
Datele se regăsesc și în Tab.4.65 care cuprinde sinteza rezultatelor obținute în acest capitol.
Tab.4.64 Certificatele de performanță energetică aferente cazurilor a, b, c, d
4.3 CONCLUZII
Analiza rezultatelor obținute în cadrul celor 6 studii de caz, sintetizate în Tab.4.65, a permis formularea câtorva concluzii care pot fi considerate relevante în privința eficienței lucrărilor de reabilitare termică a clădirilor rezidențiale desfășurate începând din anul 2007. Astfel:
Valorile rezistențelor termice medii corectate R’ ale elementelor opace ale anvelopei după etapa 1 de renovare (anvelopare), prezentate în Tab.4.65, arată că atunci când se respectă soluțiile proiectate și grosimea termoizolației adiționale este suficientă, creșterile sunt cuprinse între 58% și 68%, cu excepția cazului 6 unde renovarea a fost făcută incomplet. Cu toate acestea, în aproape 50% dintre cazuri noile valori nu ating valorile R’min necesare, stabilite pe criterii de economie de energie [69] deși renovările în cazurile studiate s-au făcut, cu o singură excepție (clădirea 4), după anul 2010 (Tab.4.65). Aceasta devoalează o practică devenită curentă, anume nerespectarea cu rigurozitate și la timp a modificărilor survenite la normele de proiectare în domeniu. Maximum de eficiență se constată în cazurile 1 și 2, unde proiectul de reabilitare a urmat recomandările din raportul de audit și execuția a fost corectă și minimum în cazul 6 al reabilitării incomplete.
În Tab.4.66 se prezintă și sinteza valorilor R´M pe ansamblul anvelopei înainte și după reabilitarea din etapa 1 în cele 6 cazuri, din care rezultă o ierarhizare similară.
Tabelul 4.66 Valori comparative ale (R’M) corespunzătoare stadiului 0 etapei 1
Proporția în care are loc reducerea pierderilor de căldură QLs ca urmare a renovării în etapa 1 este pusă în evidență în Tab.4.67 în cazul fiecărui element al anvelopei. Aceasta depinde de corectitudinea și eficiența măsurilor de reabilitare aplicate. Astfel, în cazul clădirii 5 izolarea termică a planșeului de pod și a planșeului peste subsol s-a făcut cu grosimi mai reduse, de 10 cm vată minerală și respectiv 5 cm XPS, iar la clădirea 6, renovarea elementelor componente ale anvelopei a fost făcută parțial (pereți) sau deloc (părțile comune).
Eficiența maximă a renovării în cazul clădirilor 1 și 2 se explică prin faptul că pereții au fost termoizolați cu un strat de EPS de 15 cm, terasa cu 20 cm vată minerală iar planșeul peste subsol cu 10 și respectiv 12 cm EPS.
Spre deosebire de acestea, valoarea considerabil mai scăzută a reducerii înregistrate la clădirea 4 se explică prin mansardare, în urma căreia crește suprafața anvelopei.
Tab. 4.67 Reducerea pierderilor de căldură QLs prin elementele anvelope
Se observă că prin renovarea anvelopei reducerile majore ale pierderilor de căldură se înregistrează la pereți și planșee, cu valori diferite în funcție de soluțiile aplicate. Reducerile sunt mult mai scăzute la suprafețele vitrate a căror creștere în ceea ce privește eficiența termică după renovare nu poate fi comparată cu aceea a elementelor opace.
Pierderile totale de căldură prin elementele anvelopei și prin ventilare în cazul celor 6 clădiri analizate, înainte și după reabilitarea în etapa 1 (Tab.4.67), se încadrează în valori cuprinse între 43 și 49%, cu excepția clădirii 6 incomplet reabilitate.
Tabelul 4.67 Pierderile totale de căldură QT,Ls prin anvelopă și ventilare
*Clădire construită în 2009, nu se reabilitează în etapa 1 (QLs = constant)
Clădirea 3, a cărei anvelopă n-a mai fost supusă reabilitării termice fiind construită în anul 2009 cu grosimi corecte ale termoizolației, are pierderile de căldură cele mai reduse în stadiul 0 (as built).
Pierderile de căldură cele mai însemnate se produc prin ventilare, rezultând în mod evident oportunitatea introducerii unor sisteme de ventilare cu recuperare de căldură.
Reducerea consumului de energie pentru încălzire după etapa 1 de reabilitare prezintă valori cuprinse între cca.60% în cazul clădirilor 1 și 2, cu ceva mai scăzute (în jur de 50%) în cazul clădirilor 4 și 5 și doar 28.84% la clădirea 6 (Tab.4.65), rezultate fiind explicabile în același mod ca mai sus.
Ținând seama de prevederile OUG nr.18/2009 [71] privind scăderea consumului de energie pentru incălzire sub 100 kWh/m2 an după renovare, se constată că această condiție nu este îndeplinită în cazul a patru dintre cele 6 clădiri. Se poate afirma că acest rezultat reflectă, cu puține excepții, o situație generală în ceea ce privește eficiența termică și energetică a blocurilor de locuințe renovate până în prezent.
Reducerea consumului de energie pentru prepararea a.c.c prin introducerea panourilor solare (Tab.4.65) este o soluție costisitoare care încă nu este aplicată pe scară largă în România. În cazurile studiate cantitatea de energie produsă de panourile solare acoperă în cea mai mare parte (cca.60%) necesarul de energie pentru producerea a.c.c.
Introducerea panourilor PV în cazul clădirii 5, pentru furnizarea în proporție de 100% a energiei electrice necesare pentru iluminat, o aduce la nivelul standardului de clădire autonomă.
Consumurile anuale efective de energie pentru încălzire și prepararea a.c.c calculate pe baza facturilor achitate de utilizatori, sunt apropiate ca valoare de cele calculate în cadrul analizelor termice și energetice efectuate pentru fiecare clădire, cu abateri între 1 și 7% (Tab.4.65).
Studiul comparativ efectuat în cazul 7, în care s-au considerat 4 variante în care au rămas nereabilitate, succesiv, anumite părți ale anvelopei (§4.2.7, Fig.4.57, Tab.4.65), pentru care valorile qînc s-au comparat cu consumul qînc al clădirii reabilitate integral, a pus în evidență următoarele:
– dintre părțile comune, impactul cel mai mare privind creșterea consumului specific de energie pentru încălzire îl are cazul în care pereții casei scărilor nu s-au termoizolat (qînc crește cu 19.93%);
– creșterea cea mai redusă a consumului de energie pentru încălzire se înregistrează în cazul în care planșeul peste subsol rămâne nereabilitat (2.02%);
– cu 7.65% crește qînc în cazul în care nu se reabilitează planșeul de terasă;
– nereabilitarea părților comune ale clădirii 6 atrage o creștere a qînc cu 28.95%.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: STUDIUL PERFORMANȚELOR TERMICE ȘI ENERGETICE CLĂDIRILOR DE LOCUIT REABILITATE TERMIC ÎN ROMÂNIA [306470] (ID: 306470)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.