Cladiri inteligente

UNIVERSITATEA TEHNICA “GHEORGHE ASACHI” Facultatea “Constructii de Masini si Management Industrial” Catedra de Termodinamica

CLADIRI INTELIGENTE

Realizatori Ursache Laura – grupa 4206 Corneschi Bogdan – grupa 4203 Giurgiu Tiberiu – grupa 4206

IASI 2009

Cuprins

Cap.1. CONCEPTUL DE CLADIRE INTELIGENTA 1.1.

Prezentare generala

1.2.

Avantajele economice ale cladirilor inteligente

Cap.2. EFICIENTA ENERGETICA IN CONSTRUCTII 2.1. Notiuni despre confort 2.2. Strategii şi mijloace de realizare a mediului interior sănătos şi confortabil cu consumuri reduse de energie 2.3. Punti termice – pierderi de caldura 2.4. Ferestrele

Cap.3. ENERGII ALTERNATIVE PENTRU ALIMENTAREA CLADIRILOR INTELIGENTE 3.1. Utilizarea energiei solare 3.1.1. Factori climatici si efectele lor asupra relatiei cladireinsorire 3.1.2. Utilizarea pasiva a energiei solare 3.2. Utilizarea energiei eoliene 3.3. Utilizarea energiei geotermale 3.4. Utilizarea energiei micro-hidrocentralelor 3.5. Utilizarea pompelor de caldura

Cap.4. CONCLUZII BIBLIOGRAFIE

Cap.1. CONCEPTUL DE CLADIRE INTELIGENTA 1.1. Prezentare generala Conceptul de cladire inteligenta a aparut ca rezultat al unei viziuni unitare care tinde sa inglobeze realizari de varf din domenii pe care le implica proiectarea si constructia unei cladiri, domenii considerate de regula in mod separat. Printre cele mai importante dintre aceste domenii se pot enumera: arhitectura exterioara si interioara, tehnologiile de constructie in general, impreuna cu cele de iluminare, incalzire, ventilatie, de comunicare, informatica, transport interior, securitate, factori ergonomici, etc. Abordarea globala prin prisma acestui concept de cladire inteligenta este in mod evident subordonata unor criterii economice exprimate mai mult sau mai putin riguros sub forma unor termeni precum: cresterea productivitatii muncii celor care lucreaza in asemenea cladiri, imbunatatirea administrativa, reducerea costurilor privind informatizarea si telecomunicatiile, asigurarea activitatilor desfasurate, obtinerea unor facilitati sporite de intercooperare, imbunatatirea cerintelor de natura ergonomica si de alta natura relativ la activitatile umane - cultura, amuzament, sport, etc. In scopul precizarii si detalierii conceptului de cladire inteligenta este necesara o definitie prealabila a termenului de cladire in sensul in care el va fi utilizat in cele ce urmeaza. Astfel, prin cladire se va intelege o singura structura sau un ansamblu de structuri construite in vederea folosirii ca birouri, locuinte sau pentru desfasurarea unor activitati diverse, altele decat cele de productie industriala, precum: • blocuri de apartamente sau pentru birouri; • campusuri universitare, clinici, spitale, laboratoare; • centre guvernamentale, administrative, financiar-bancare; • centre culturale, sportive, expozitionale; • constructii complexe cuprinzand ansambluri de blocuri sau cladiri distribuite pe anumite zone (ale unui oras, cartier). Caracterul de cladire inteligenta, pentru oricare dintre categoriile de mai sus, consta in asigurarea unui set de facilitati atat pentru administratorii (proprietarii) cladirii cat si pentru ocupantii acesteia. Principalele facilitati pentru administratori se refera la integrarea procedeelor destinate unei administrari eficiente, la controlul si supravegherea serviciilor de intretinere, la comunicatiile interne care sa permita monitorizarea factorilor ambientali, securitatea, alarmarea interna si externa, etc.,

in conditiile unor costuri acceptabile. Pentru ocupantii care lucreaza in spatiile respective, obiectivele principale au in vedere conditii de mediu si ergonomice care sa asigure cresterea productivitatii muncii si care sa incurajeze activitatea; in hoteluri si apartamente predomina confortul, mentinerea unei atmosfere umanizante, serviciile de telecomunicatii si de informatica. Pentru ambele parti facilitatile de comunicare si de acces informatic care sa ofere automatizarea avansata a lucrarilor de birou, conexiunile interne si externe sunt la fel de importante. Este de observat ca toate aceste aspecte isi extind implicatiile de la nivel macro, deci pentru intregul ansamblu al cladirii cu spatiile sale interne si externe, pana la nivelul micro, adica pana la organizarea spatiilor de lucru, mobila, echipamentele si accesoriile din locuinta. O cladire inteligenta poate fi privita ca un sistem cuprinzand mai multe subsisteme si componente distincte, dar care interactioneaza intre ele. Dintre acestea, din punctul de vedere al acestui studiu cele mai importante sunt: • subsistemul de tehnica informationala si telecomunicatii; • subsistemul de asigurare a securitatii si alarmare; • subsistemul de reglare automata si supraveghere a distributiei diverselor tipuri de energie; • infrastructura (cablajele) pentru energia electrica si pentru telecomunicatii; • centrul de comanda si supraveghere (dispecer); • subsistemul surselor de alimentare cu energie electrica (fara intreruperi); • subsisteme pentru utilitati (alimentare cu apa, drenaje, etc.). Abordarea sistematica presupune posibilitatea definirii unor functii, scop pe care sa le realizeze cladirile inteligente sub aspect calitativ, aceste functii exprimandu-se prin: maximizarea confortului specific pentru diversele activitati ale ocupantilor, a creativitatii, a securitatii in conditiile minimizarii costurilor privind resursele necesare, favorizarii administrarii generale a cladirii si obtinerii de catre proprietari a unor profituri sporite, in principal din oferta de facilitati care nu se regasesc in cladirile traditionale-de ex.: serviciile de informatizare si telecomunicatii. Exprimarea cantitativa sub forma de modele matematice a functiilor scop si a comportarii diverselor subsisteme reprezinta stadiul ideal pentru abordarea general-sistemica a unei cladiri inteligente cu implicatii benefice precise sub toate aspectele: proiectare, evaluare-marketing, utilizare. Crearea unei cladiri inteligente ridica asfel probleme cu caracter profund multidisciplinar care presupune convergenta unor cercetari si aprofundari din domenii variate:

• arhitectura; • design interior; • design de mobila si echipamente; • tehnologii de incalzire, ventilare, aer conditionat; • tehnologii de cablare interioara / exterioara; • retele locale de calculatoare si sisteme de comunicatii; • automatizari de servicii si utilitati in birouri, locuinte si alte spatii; • stimularea factorilor umani si ergonomie; • studii de ecologie si mediu. In perspectiva apare deci necesitatea unor ample activitati de cercetare in domeniile enumerate subordonate relevarii acelor factori si mecanisme care sa defineasca modelele matematice si functiile scop pe baza carora sa rezulte posibilitatea unor abordari sistemice globale a conceptului de cladire inteligenta, de o maniera care sa permita implementarea practica a acestui concept sub toate aspectele: proiectare, constuctie, dotari, administratie, utilizare. Abordarea autentic sistematica a proiectarii cladirilor inteligente apare intrun viitor dificil de precizat, dar probabilitatile in acest sens sunt sustinute de progresele in aplicarea unei astfel de abordari pentru anumite subsisteme, dintre care cel informatic si de comunicatie sunt cele mai reprezentative. In stadiul actual, pentru realizarea unei cladiri inteligente, fie si numai partial in raport cu conceptul ideal, se poate distinge politica formularii si modalitatile de aplicare, impreuna cu definirea strategiei tehnologice, ambele pentru prezent si viitor formeaza pietrele fundamentale pe care trebuie sa se construiasca o cladire inteligenta avand ca scop obtinerea beneficiului maxim. 1.2. Avantajele economice ale cladirilor inteligente Proiectantii de dezvoltare, utilizare si telecomunicatii trebuie sa fie cooptati in activitatea de proiectare a cladirii inca din prima etapa in procesul de planificare. Acestia cer timp mare pentru a planifica, a prospecta furnizorii precum si pentru a-i selecta pe cei corespunzatori. O retea de cladiri inteligente asigura flexibilitate si versatilitate proiectului daca sunt adoptate solutii bine fundamentate tehnicoeconomic pentru oricare tip de serviciu la cladiri inteligente. Experienta in acest domeniu arata ca un avantaj major si notabil asupra cladirii rezulta prin prevederea unei retele unice de cabluri pentru toate sistemele (reduceri substantiale de 15-20% a costului instalatiei initiale).

Cheltuielile pentru tehnologiile care ofera inteligenta, costurile pentru telecomunicatii reprezinta pana la 20% din intreaga constructie (aceasta parte s-a triplat de-a lungul ultimilor 15 ani). Costurile sub forma de capital investit, la care se adauga costurile de functionare a instalatiilor tehnologice specifice cladirilor inteligente, pot fi de pana la 15% din totalul investitiei pentru cazurile tipice, cum ar fi bancile, institutiile financiar-contabile, comunicatii sau corporatii. Tipurile de tehnologii manageriale in birourile cladirilor moderne de astazi sunt foarte importante pentru cresterea eficientei economice. Cladirile inteligente au o perioada de amortizare calculata in functie de procentajul de cerinte de modificari ale sistemelor terminale conectate. De exemplu, o rata de conversii in sistem (voce din date) de 10% conduce la amortizarea in 3 ani, a costurilor initiale ale sistemului. Firme de management vor avea un marketing favorabil asupra clientilor lor utilizand caracteristicile dinamice ale cladirilor inteligente si vor pastra aceasta trasatura competitiva pentru un intreg ciclu de viata al cladirii. Beneficiile unui sistem de retea inteligenta constau in costurile scazute de instalare a sistemului de control al cladirii, reducerea costurilor operationale de modificare, disponibilitatea investitiei cu privire la dispozitive de interfatare viitoare, precum si reducerea costurilor energetice necesare in functionarea cladirii. In ciclul de viata al cladirii, structura sa are cea mai lunga viata - peste 40 ani. Hardul si softul corespunzator au o durata de viata de 5-7 ani, in timp ce birotica are un ciclu de viata de 2-3 ani. Servicii ale cladirii cu 15-20 ani de viata pot fi interconectate prin reteaua unica de cabluri. Sistemele de securitate, energia manageriala si sistemele de control si protectie contra incendiilor sunt cuplate impreuna intr-o solutie de viata lunga avand la baza infrastructura intregii cladiri. Acesta este conceptul prin care o cladire trebuie sa fie proiectata pentru a fi considerata o “cladire inteligenta”. Componentele cu durata mai redusa de viata vor exercita influente mai mici asupra celorlalte instalatii si echipamente. Cu o arhitectura de sisteme deschise se poate asigura reinoirea tehnologiilor initiale cu cele disponibile ulterior si care permit introducerea unor procedee moderne in functionarea intregului sistem al cladirii inteligente. Luand in considerare aspectele tehnico-economice relevate anterior se poate deduce ca, intr-o prima etapa, categoriile de cladiri care par sa candideze cu cele mai mari sanse pentru implementarea conceptului de cladire inteligenta (fie si numai partial) sunt:

• cladiri cu destinatie de birouri pentru un ocupant unic (firma, institutie), de regula proprietatea unei corporatii; • laboratoare universitare sau departamentale avand, de asemenea, un singur locatar; • cladiri cu destinatie de birouri cu mai multi ocupanti (firme, institutii diverse); • laboratoare cu profiluri multiple; • hoteluri si blocuri cu mai multi locatari; • campusuri universitare si spitale; • centre comerciale. Un interes special, atat pentru proprietari cat si pentru constructorii de cladiri inteligente il reprezinta cazul unor locatari multiplii (mai multe firme, institutii) care sa foloseasca in comun anumite servicii, acesta fiind aspectul principal care poate aduce profituri importante proprietarilor. In acelasi timp, ele reprezinta o tentatie pentru potentialii locatari care nu si-ar permite in mod individual asemenea servicii.

Cap.2. EFICIENTA ENERGETICA IN CONSTRUCTII 2.1. Notiuni despre confort În concordanţă cu tipul principalelor informaţii primite din mediul ambiant, confortul în general presupune confort, termic, vizual şi acustic. Percepţia nivelului de confort implică un anumit grad de subiectivism, dar în acelaşi timp este rezultatul acţiunii simultane a unor factori obiectivi, cuantificabili, de ordin arhitectural, constructiv sau de exploatare. Dacă asigurarea confortului acustic nu este direct legată de factorul energetic, asigurarea confortului termic şi vizual pe întreaga durată a anului necesită un anumit consum energetic pentru încălzire, climatizare, iluminat. Confortul termic se realizează prin: • asigurarea unei temperaturi operative medii, ca rezultantă a temperaturii aerului, a suprafeţelor delimitatoare, a umidităţii şi vitezei de mişcare a aerului, în concordanţă cu natura activităţii şi îmbrăcămintea ocupanţilor; •

limitarea asimetriei temperaturilor radiante şi a gradienţilor de temperatură la valori acceptabile;

• evitarea situaţiilor în care ocupanţii vin în contact cu suprafeţe prea reci sau prea calde; • evitarea curenţilor de aer (limitarea vitezei de mişcare a aerului); Aceste exigenţe se cer a fi îndeplinite de-a lungul intregului an, atât în condiţii de iarnă, cât şi în cele de vară. Confortul vizual este obţinut prin asigurarea unui iluminat adaptat activităţii în câmpul vizual, evitând contrastele foarte pronunţate, mai ales orbirea. Iluminatul natural este confortabil în măsura în care intensitatea sa poate fi controlată. Confortul acustic poate fi asigurat prin evitarea zgomotelor jenante, prin reducerea intensităţii acestora la sursă sau prin izolare acustică la zgomote aeriene sau de impact. Nivelul de zgomot normat admisibil are valori corelate cu natura activităţii care se desfăşoară într-un anumit spaţiu ( activitate intelectuală, odihnă, îngrijirea sănătăţii etc.)

2.2. Strategii şi mijloace de realizare a mediului interior sănătos şi confortabil cu consumuri reduse de energie Reducerea consumurilor energetice necesare unui mediu interior sănătos şi confortabil poate fi obţinută prin aplicarea unor măsuri pasive, asociate unor consumuri energetice minime, integrate în concepţia arhitecturală şi constructivă a clădirii. De exemplu, instalaţiile de ventilare mecanică sau de climatizare, care corect concepute şi exploatate ar putea contribui la asigurarea unui mediu sănătos şi confortabil, se încadrează în categoria măsurilor active, pe când protecţia termică sau ventilarea controlată sunt măsuri pasive. În general, măsurile de asigurare a confortului termic cu consumuri reduse, cu anumite excepţii, contribuie la (sau nu afectează) calitatea aerului. Una din măsurile care intervine în satisfacerea ambelor categorii de exigenţe, în anumite situaţii în mod contradictoriu, este ventilarea, care redusă sub un anumit nivel în scopul economisirii energiei, devine insuficientă din punct de vedere a calităţii aerului sau a riscului de condens. Izolarea termică a anvelopei cladirii Presupune utilizarea raţională în alcătuirea anvelopei unei clădiri, a unor materiale care împiedică transmiterea căldurii interior-exterior (iarna) si exteriorinterior (vara).

Materialele folosite în mod curent pentru izolare termică au conductivitatea termică şi densitatea reduse, sunt de natură organică sau anorganică şi se prezintă sub formă de plăci, blocuri, saltele etc. Proprietăţile lor şi domeniile de aplicabilitate sunt în general bine cunoscute, ca şi soluţiile constructive în a căror alcătuire sunt incluse: structuri omogene uşoare, structuri stratificate compacte, structuri ventilate, acoperişuri verzi, pereţi cu izolaţie transparentă etc.: Eficienţa izolaţiei termice presupune continuitatea sa pe întreaga suprafaţă a anvelopei. Orice discontinuitate fizică sau geometrică generează o punte termică caracterizată prin pierderi de căldură suplimentare şi risc de condens şi inconfort. Aceste punţi termice trebuie evitate pe cât posibil sau tratate de o manieră corespunzătoare atunci când nu pot fi evitate. Forma şi orientarea clădirii Suprafaţa de contact între clădire şi mediul exterior influenţează atât pierderile cât şi aporturile de căldură. O suprafaţă exterioară cât mai mică sporeşte eficienţa termoizolării, indicele de compactitate fiind unul din parametrii importanţi în stabilirea indicatorilor energetici. Suprafeţele vitrate corect dimensionate şi orientate contribuie la reducerea pierderilor de căldură şi valorificarea aporturilor solare Orientarea judicioasă în raport cu vânturile dominante şi punctele cardinale este importantă pentru controlul infiltraţiilor de aer şi pentru asigurarea unui traseu convenabil de circulaţie a aerului pe timpul verii în scopul climatizării spaţiilor. Inerţia şi masa termică Inerţia termică reprezintă capacitatea clădirii de a menţine o temperatură interioară cât mai apropiată de valoarea medie exterioară în absenţa unei surse de încălzire sau răcire. Aceasta reflectă capacitatea anvelopei şi a elementelor de compartimentare de a amortiza şi defaza în timp oscilaţiile temperaturii exterioare şi ale fluxurilor generate de radiaţia solară şi aporturile din utilizare. Ventilarea Rolul ventilării este complex, constând atât în reîmprospătarea aerului, prin evacuarea aerului interior viciat şi înlocuirea cu aer proaspăt, cât şi în asigurarea confortului, în special în condiţii de vară. Cerinţele de economisire a energiei, precum şi neajunsurile de alt ordin legate de ventilarea mecanică şi mai ales de condiţionarea aerului, au determinat o reorientare spre ventilarea naturală controlată, nu numai în cazul locuinţelor cat şi in cel al clădirilor publice, multietajate.

Avantajele climatice ale solului Masa termică importantă a solului determină o atenuare progresivă a variaţiilor diurne şi anuale ale temperaturii aerului exterior cu adâncimea, însoţită de o defazare în timp. Acestea pot fi valorificate la realizarea construcţiilor subterane sau parţial îngropate, la concepţia şi realizarea sistemelor de stocare sezonieră a energiei solare precum şi a unor sisteme de preîncălzire/prerăcire a aerului proaspăt introdus în clădiri prin procesul de ventilare. Valorificarea energiei solare Sistemele pasive de valorificare a energiei solare constând în spaţii de tip seră, pereţi cu efect de seră, faţade solare de diverse tipuri etc., au pătruns în vocabularul de bază al arhitecturii contemporane. Funcţionarea lor se bazează pe efectul de seră, inerţia termică, circulaţia aerului prin convecţie termică naturală. Valorificarea acestor principii a avut ca rezultat elaborarea unor soluţii şi sisteme complexe bazate pe cumularea mai multor efecte şi integrarea lor în concepţia arhitecturală generală. Sistemele pasive de valorificare a energiei solare asociate cu sisteme de preluare a căldurii din aerul viciat,sistemele de condiţionare a aerului prin folosirea unor schimbătoare de căldură sol – aer, sau sisteme evaporative de răcire pentru condiţii de vară conduc la importante economii de energie în cadrul unor clădiri ecologice, cu reale calităţi de adaptare la fluctuaţiile parametrilor mediului exterior. Progresele tehnologice în domeniul materialelor şi produselor de construcţii oferă proiectanţilor soluţii tehnice complexe, cu eficienţă ridicată cum sunt: termoizolaţiile transparente, geamuri termoizolante cu proprietăţi optic selective, faţade active implicate în ventilarea spaţiilor etc. Reducerea energiei pentru iluminat Reducerea cantităţii de energie pentru iluminat implică prelungirea duratei de utilizare a luminii de zi, ceea ce se obţine în special prin măsuri de ordin arhitectural: adoptarea formei şi dimensiunilor optime pentru ferestre, evitarea obstrucţionării ferestrelor de către copaci, instalaţii sau clădiri, colorarea suprafeţelor opuse ferestrelor în nuanţe deschise, reflectorizante, evazarea golului de fereastră spre exterior pentru a mări suprafaţa de cer vizibil. In acest fel se obţine o uniformizare a iluminatului şi o scurtare a duratei de utilizare a luminii artificiale.

2.3. Punti termice – pierderi de caldura In cele ce urmeaza, ne vom referi mai indeaproape la notiunea de punte termica. Puntea termica este acea suprafata, unde intra in contact doua materiale ale caror capacitati de retinere a caldurii sunt diferite, avand loc o pierdere de caldura. Stiind ca posibilitatile de retinere a caldurii sunt date si de grosimea materialului, puntea termica poate sa apara la elementele de inchidere alcatuite din acelasi material care are variatii de grosime. De regula, atunci cand construim suntem nevoiti sa utilizam materiale diferite avand rezistente termice diferite, unele fiind mai bune izolatoare, altele mai putin. Puntile termice se formeaza si in acele locuri unde este intrerupta termoizolatia, permitand pierderea de caldura prin acele locuri. Aceste punti termice cu pierderi de caldura semnificativa se formeaza la elementele care compun peretele exterior al casei, de exemplu: contactul dintre tocul ferestrei si buiandrugul de beton, la buiandrugii de beton care nu sunt protejati termic( in aceasta situatie este posibila si aparitia fenomenului de condens). Puntile termice favorizeaza variatii de temperatura, variatii care afecteaza in mod negativ comportarea in timp a materialelor ce compun elementul de inchidere. Prin aceste punti termice se recomanda reducerea pe cat posibil a suprafetelor neprotejate termic, care sunt in contact direct cu exteriorul. Puntile termice sunt direct influentate de raportul dintre latimea puntii termice si grosimea elementului de separare. Cu cat latimea puntii este mai mare, cu atat si pierderea de caldura este mai mare. Pentru evitarea formarii puntilor termice, se recomanda reducerea pe cat posibil a latimii elementului care favorizeaza formarea acestora si dispunerea spre interior a stratului principal cu masa mare. Reducerea aparitiei puntilor termice se mai poate face prin prevederea de materiale termoizolante la intersectia dintre doua elemente care au rezistente termice diferite, evitandu-se astfel si formarea elementului de condens.

2.4. Ferestrele Ferestrele au un aport esential la eficienta energetica a unei case – pana la 30% din caldura pierduta dintr-o casa este pierduta datorita ferestrelor. Asadar, ferestrele si alte suprafete vitrate au un impact major asupra eficientei anvelopei cladirii. Daca nu sunt corect proiectate si realizate, permit un nedorit transfer termic catre exterior, in caz contrar contribuind la asigurarea confortului anual al locuintei. Ferestrele asigura iluminatul natural, ventilarea, controlul zgomotului, securitatea si, nu in ultimul rand, privelistea. Acumularea si pierderea de caldura intr-o casa bine izolata se manifesta predominant prin suprafetele vitrate. Intr-o camera medie cu expunere sudica, acumularea de caldura din timpul verii echivaleaza cu energia calorica radiata de un calorifer obisnuit. In timpul iernii, prin aceeasi fereastra se pierde de peste 10 ori mai multa caldura decat prin suprafata echivalenta a unuia din peretii exteriori izolati. Cu ferestre bine proiectate pasiv se poate acumula caldura in timpul iernii si respinge in timpul verii. Ele admit curentii naturali de racire si se opun vanturilor puternice care sufla iarna. Alegerea unor ferestre eficiente energetic, pozitionarea lor adecvata si umbrirea pasiva reprezinta o investitie eficienta care va mentine casa confortabila, linistita si economica tot timpul anului. Aceasta investitie suplimentara este rapid amortizata de economiile realizate ca urmare a reducerii consumurilor energetice. O alegere proasta si o proiectare neglijenta va condamna, pana la prima renovare, la cheltuieli suplimentare. Geamurile Oferta de geamuri este foarte mare. Alegerea sticlei adecvate este un factor major care determina nu numai eficienta energetica a ferestrei, ci si alte aspecte ca permeabilitatea la lumina si la zgomot, respectiv, securitatea. Sticla pentru geamuri este, in general, clasificata ca absorbanta si reflexiva. Radiatia solara care nu este reflectata sau absorbita, este transmisa prin fereastra.

Sticla inchisa la culoare este cel mai comun tip de sticla absorbanta. Ea actioneaza dupa principiul ochelarilor de soare: reduce radiatia solara care intra in casa, ajutand la mentinerea unei temperaturi confortabile vara. Sticla reflexiva este tratata cu acoperiri care, in functie de rezistenta, se aplica la interiorul sau exteriorul ferestrei. Sticla reflexiva spectral este de regula folosita la fatadele vestice, acolo unde sunt prioritare controlul solar si al luminii naturale. Sticla cu emisie redusa (low-e) are o acoperire care reduce cantitatea de energie cu lungime de unda mare (infrarosii) ce paraseste casa prin ferestre. Polimerii pot substitui, din ce in ce mai bine sticla, deocamdata in anumite aplicatii ca ferestre translucide sau iluminatoare de acoperis. Mai pot fi inclusi in materiale composite. Geamul dublu asigura o izolatie termica mai mare. El consta in doua fete de sticla etansate pe contur. Spatiul dintre ele poate fi umplut cu aer sau, si mai bine, cu un gaz inert cu proprietati termice mai bune ca ale aerului si sticlei (argon). Performantele termice pentru spatiul umplut cu aer ating un maxim atunci cand acesta masoara cca. 12 mm. Atunci cand se doreste ca geamul astfel conceput sa controleze si nivelul zgomotgolui este necesar un spatiu mai mare, dar in detrimentul aptitudinilor termice. Pentru a obtine cele mai bune performante , sticla pentru controlul solar trebuie amplasata la exteriorul ferestrei, iar cea pentru emisia redusa la interior. Sticla ce controleaza soarele previne patrunderea radiatiei solare nedorite, iar sticla low-e reduce pierderea de caldura din interior. Sticla low-e blocheaza si caldura radiata de sticla exterioara cand aceasta se incalzeste excesiv. Alternativa ieftina a unui geam conventional dublu este utilizarea unei membrane subtiri, flexibile si cu transparenta buna de polietilena in locul sticlei interioare . Membrana se aplica printr-un procedeu special, dar nu foarte complicat, utilizand o banda de fixare pe cadrul ferestrei care se aplica umezita si se usuca cu un uscator de par, de exemplu. Acest sistem inlocuieste cel mai

performant sistem sticla-dubla mentionat pana aici, dar cu un pret mai mic. Intre altele, acest sistem se utilizeaza si la colectoarele solare tip panou (flat). Tamplaria Tamplaria ferestrei ocupa locul secund in ceea ce priveste impactul energetic al suprafetelor vitrate asupra cladirii. Tamplaria din aluminiu este usoara, rigida, durabila si facil de imbinat in forme complexe, dar materialul este un bun conducator de caldura si atunci poate reduce performantele ferestrei cu pana la 30%. Pe de alta parte aluminiul este un material foarte costisitor, deoarece pentru producerea lui se consuma foarte multa energie (incorporeaza multa energie). Din acest motiv el ar trebui folost in alte aplicatii, unde efectiv nu are inlocuitori pe masura. Nefiind biodegradabila, tamplaria de aluminiu trebuie reciclata dupa consumarea duratei de viata normala in scopul reducerii impactului de mediu. Pentru reducerea conductivitatii termice se utilizeaza, in cazul tamplariei de aluminiu, barierele termice. Bariera termica separa tamplaria in doua piese, interioara si exterioara, prin intermediul unui material cu conductivitate redusa. Tamplaria de lemn izoleaza mai bine termic, dar presupune mai multa intretinere in comparatie cu cea din aluminiu. Tamplaria de lemn se dilata si se contracta, urmarind variatiile de temperatura. In plus tolerantele sale sunt mai mari decat cele realizate de aluminiu. Tamplaria din PVC are proprietati termice similare celei de lemn si intretinere similara celei de aluminiu. Solicitati numai tamplarie PVC de calitate superioara pentru a evita deformarea ei in timp. Recent a fost introdusa tamplaria din poliester armat cu fibre care, din punct de vedere termic, este cel mai eficient material. Tamplaria din material compozit este, de asemenea, disponibila. Este alcatuita din doua piese, aluminiu la exterior si lemn/PVC la interior. Evident, performantele ei termice se alfa undeva intre aluminiu si lemn/PVC. In principiu, avand in vedere conditiile climatice din tara noastra, ferestrele trebuie proiectate sa retina caldura in interior. Selectarea ferestrelor este un principiu important de proiectare pasiva. Sticla este un foarte bun conducator de caldura, permitand fluxului de caldura sa o strabata cu usurinta. Aceasta proprietate trebuie tratata foarte atent in cadrul unei proiectari ingrijite. Performanta termica a ferestrei este caracterizata de coeficientul de transfer termic U.

Cu cat valoarea U este mai mica, cu atat fereastra este mai performanta termic. Dublarea geamurilor si tratarea sticlei reduc valoarea U (geam termopan) . Este important sa folosim ferestre cu o valoare U cat mai mica, pentru a retine caldura in interior. Suprafetele formate din geamuri simple, neprotejate, formate dintr-un singur strat de sticla pierd de aproape 20 de ori mai multa caldura decat aceeasi suprafata formata dintr-un perete termoizolat. Sticla simpla, neprotejata, creeaza trei probleme majore in timpul iernii: pierderea de caldura, disconfortul si condensul. O protectie potrivita poate reduce pierderea de caldura la aproape 50%, ajutand astfel la economisirea energiei. Prin asigurarea unui strat de aer “statator” intre fereastra si camera incalzita, efectele pierderii de caldura, disconfort si condens pot fi considerabil reduse. Izolarea la interior a ferestrelor poate reduce semnificativ pierderea de caldura iarna. Cele mai bune sunt draperiile din tesatura bine inchise si galeriile lipite de peretele exterior. Draperiile sunt bune si vara, deoarece protejeaza impotriva supraincalzirii, mai ales daca au o acoperire reflectorizanta. Draperiile trebuie bine fixate atat sus cat si jos pentru a preveni patrunderea aerului cald din incapere in spatele acesteia, racirea si patrunderea din nou in interior prin partea de jos. Exista alte multe cai, in principiu, asemanatoare pentru a reduce pierderea de caldura din zona ferestrelor. Folosirea draperiilor reprezinta o metoda efectiva de a “izola” ferestrele si de a impiedica pierderea de caldura in timpul noptii. Draperiile pot asigura o protectie suplimentara si pe timpul verii, mai ales atunci cand sunt facute dintr-un material reflectorizant, si, de ce nu, pot asigura intimitatea. Folosirea jaluzelelor interioare de tipul roman sau olandez, montate la dimensiunile potrivite, executate din materiale avand la baza lana texturata pot

reduce transferal termic in timpul noptii. La fel ca si draperiile, asigura o protectie suplimentara in timpul zilelor calde de vara atunci cand sunt coborate. Obloanele izolate pot fi folosite atat la interior cat si la exterior si trebuie sa fie montate corespunzator pe cadrul ferestrei, formand o perna de aer etansat. Obloanele, in special cele exterioare, pot asigura umbra si astfel reduc cresterea caldurii in camera. In timpul verii , o buna umbrire pasiva poate reduce temperatura din vecinatatea ferestrei si fluxul termic care o strabate. Principalul rol al dispozitivelor de umbrire este de a preveni trecerea prin fereastra a radiatiilor solare directe sau indirecte. Coeficientul de acumulare termica sau umbrire este o masura a controlului termic al ferestrei. In climatul tarii noastre sau pentru orientari vestice sunt recomandate ferestre cu un coeficient redus de acumulare termica. Coeficientul de acumulare termica poate ajuta la incalzirea casei iarna, dar vara este de dorit ca el sa micsoreze caldura absorbita. Castigul termic solar poate fi controlat prin orientare si umbrire si/sau gemuri adecvate. Transmiterea luminii O proiectare ingrijita si o amplasare buna maximizeaza iluminarea naturala. O lumina naturala stralucitoare intretine starea de sanatate si buna dispozitie, reducand si iluminatul electric. Lumina naturala asigura o buna perceptie a culorilor si texturilor materialelor, fiind preferata de aproape toate plantele de interior. Transmitanta unei ferestre este o masura a cantitatii de lumina transmisa prin sticla. O valoare mare a transmitantei este de dorit pentru a maximiza iluminatul si privelistea, dar contravine necesitatii de control al radiatiei solare. Iluminatul natural difuz este in general cel mai indicat pentru asigurarea uniformitatii iluminarii unei camere si evitarea stralucirii. Luminatoarele de acoperis sunt foarte eficiente, mai ales daca se foloseste sticla avansata tehnologic. Asigurarea ventilatiei este o functie importanta a ferestrelor. Ea depinde de amplasamentul ferestrei, marimea deschiderii si forma cadrului tamplariei. Ventilatia transversala este de aproximativ 5 ori mai eficienta decat ventilatia pe o singura parte si favorizeaza miscarea convectiva a aerului in interiorul casei. Pentru reducerea zgomotului exterior cu frecvente mari sunt necesare ferestre duble cu sticla groasa, cu un spatiu de aproximativ 100 mm, dar aceasta

valoare reduce performantele termice. Sticla laminata groasa este, de asemenea, buna pentru controlul zgomotului, dar are performante termice modeste. Condensarea Amebele fete de sticla ale unei ferestre eficiente energetic au temperaturi apropiate de cele adiacente reducand astfel fenomenul de condens impreuna cu celelalte efecte nedorite ale sale. In contrast, ferestrele lipsite de eficienta termica creaza diferente mari de temperatura intre temperatura din camera si sticla interioara, facilitand formarea condensului. Ferestrele eficiente sunt etanse si contin un compus sicativ in bandajul inferior perforat pentru a elimina condensarea. Ferestrele reprezinta elemente de constructie cu un pret ridicat. Costurile ferestrelor si incalzirii/racirii casei sunt strans legate. O investitie in ferestre eficiente energetic poate reduce drastic consumul de energie pentru incalzire/racire. Ferestrele eficiente energetic pot reduce, de asemenea, varfurile de incalzire/racire si pot reduce capacitatea sistemelor de incalzire/racire, conducand si la reducerea investitiei totale.

Cap.3. ENERGII ALTERNATIVE PENTRU ALIMENTAREA CLADIRILOR INTELIGENTE 3.1. Utilizarea energiei solare 3.1.1. Factori climatici si efectele lor asupra relatiei cladire-insorire Cladirea e expusa determinarilor date de : -macroclima - legata de situarea ei intr-o anumita zona climatica ; -mesoclima - legata de situarea ei regionala : influenta topografiei , rezervelor de apa din zona amplasamentului ; -microclima - legata de avantajele si dezavantajele date de vecinatate : limita edificabilului si suprafetele calde invecinate . Datele climatice influenteaza in mod indirect conformarea cladirii , randamentul instalatiilor de utilizare a energiei solare fiind influentat de : -umbrire ; -inclinatia si marimea colectorilor ; -temperatura exterioara (incluzand si mijloace de protectie la inghet ) ; -miscarea maselor de aer .

Randamentul de utilizare a energiei solare e influentat negativ de pierderi ale luminii solare prin difuzie , reflexie absorbtie , in cazul precipitatiilor , vantului , temperaturii . Puterea iradierii difera in functie de unitatea temporala-spatiala in care e luata in considerare energia radianta Factori ce influenteaza radiatia globala : -starea de innorare si tulburenta atmosferica - ea e diferita in functie de amplasament ( tara , oras , zona industriala) -momentul de timp din an sau din zi -localizarea geografica ( latitudine ). La latitudinea la care ne gasim 1/2 din iradierea solara se datoreaza radiatiei indirecte . Instalatiile colectoare cu unghi variabil sunt costisitoare in valorificarea componentei difuze . -suprafetele colectoare ( orientarea acestora : unghiul de inclinare ) . Lumina solara se compune din raze paralele . Unghiul sub care acestea ating suprafata fatadei e determinant pentru gradul de acumulare potentiala de energie a acestora. Este de evitat amplasarea de pereti cortina pe fatada de vest a cladirilor . Paradoxal iradierea pe timp de vara a fatadei sudice e redusa in comparatie cu iradierea acesteia . 3.1.2. Utilizarea pasiva a energiei solare Din punct de vedere al pozitiei pe care conceptul de proiectare al unei cladiri il poate avea in raport cu utilizarea energiei solara distingem doua tipuri majore: 1.Cladiri cu pierderi minime . In aceasta categorie se incadreaza cladirile bine izolate termic . Nevoia de energie calorica de incalzire e redusa prin izolarea buna termica , dar aceasta actioneaza

ca o bariera dubla , impiedicand si utilizarea energiei solare . Exactitatea calculelor e diminuata insa de prezenta puntilor termice , neluarea in considerare a schimbului de aer prin ventilatie naturala , influenta erorilor de executie . Influenta utilizatorului asupra comportamentului termic al cladirii e ridicata , nu poate fi vorba de o evaluare absoluta ci doar de o evaluare a variantelor . Necesitatea cunoasterii comportamentului termic al cladirilor - cunoasterea efectelor conformarii si orientarii cladirii asupra stabilirii nevoii de energie calorica - stabilirea generatorilor de caldura si elementelor de racire , a suprafetelor calde si reci - evaluarea adecvarii diferitelor sisteme termice - aprecierea sensibilitatii cladirii la influenta utilizatorilor 2.Cladiri cu castig maxim . In acest caz standardul izolarii termice nu e atat de inalt urmarind o maxima utilizare a energiei solare .Suprafetele acumulante necesita o orientare optima . Volumul compact al cladirii contribuie prin obtinerea raportului optim suprafata exterioara/volum la diminuarea pierderilor . Fatadele bine orientate trebuie sa aiba un apert maxim in aceasta suprafata exterioara in detrimentul celorlalte . Influenta modului de utilizare se materializeaza in acest caz in special prin reflectarea in zonificarea cladirii . Zonificarea are o anume influenta asupra nevoii de caldura . Din punct de vedere termic cladirea se compune din straturi concentrice, cu zona mai calda in mijloc . Spatiile inconjuratoare joaca rol de tampon activ sau pasiv la nord si activ (acumulator de energie) in rest . Cu cat elementele centrale au o masa mai mare ele pot inmagazina mai multa energie . Materiale : -finisajul sa fie in strat cat mai subtire -Constructiile cu structura masiva favorizeaza schimbul de radiatie (elementele de

structura fiind elemente de inmagazinare ) -Elementele de acumulare de culoare intunecata absorb mai multa energie luminoasa . - constructiile etajate sunt mai putin favorabile acumularii . Conformarea ferestrelor e importanta prin aspectul ca o importanta pondere in suprafata acestora o au elementele de cadru (montanti si traverse) . Evitarea formarii puntilor termice in aceste puncte e vitala pentru functionarea sistemului . Elementele de umbrire impiedica si cedarea caldurii inmagazinate in exterior , constituindu-se astfel ca un baraj dubludirectionat . Principalele sisteme de izolare termica transparenta a. Sistemul e alcatuit din succesiunea perete/spatiu de aer/element absorbant/termoizolatie capilara inchisa la partea posterioara cu folie pentru a evita convectia/element de umbrire/foaie de sticla . Sistemul mai e numit si sistemul element-cadru . E caracterizat printr-o buna izolare , lipsa ventilatiei posterioare . b. Este sistemul legat de termoizolatie transparenta . E caracterizat de finisajul exterior al termoizolatiei cu sferisoare de sticla . Impune conditia nivelarii suprafetei peretelui de zidarie . c. E numit sistemul cuplat-convectiv . Elementul de izolare termica e conceput ca absorbant , cu partea absorbanta din metal aplicat . Se incalzeste prin iradiere calorica , radiatie pe care o transmite peretelui (element de inmagazinare secundar prin convectie) . Clapele de ventilatie sunt deschise vara pentru a permite circulatia aerului . d. Este sistemul convectiv de castig direct . Caracteristica e utilizarea directa a aerului incalzit care petrunde in spatiul locuibil prin orificii ce pot fi inchise cu clape de ventilatie .Peretelui de zidarie i se ataseaza izolatia iar termoizolatiei elementul absorbant ca si in cazul anterior . Principii generale - Elementul absorbant e in general negru iar coeficientul de absorbtie corespunzator deschiderii culorilor respecta o succesiune similara celei a spectrului luminii solare . - Protectia contra murdaririi in general si a prafului in special e esentiala pentru pastrarea calitatilor absorbtive . - In cazul in care structura de fixare a elementelor termoizolatiei este in cadre este de urmarit atat izolarea termica a ultimelor cat si mentinerea minima a latimii acestora . - Suprafata de privire trebuie redusa in avantajul suprafetelor absorbante . - Termoizolatia transparenta e de realizat din materiale rezistente la intemperii . - Dilatarea termica trebuie luata in considerare in cazul spatiilor interioare umede si calde corespunzatoare .

- Protectia contra incendiilor : Peretii termoizolati transparent trebuie mentinuti la distanta de caile de evacuare (sunt usor inflamabili datorita materialului plastic continut) si protejati antiinflamator . - Termoizolatia transparenta are caracteristica de a absorbi si receda apa . In cazul sistemului legat finisajul termoizolatiei transparente trebuie sa fie permeabil . Umiditatea poate fi absorbita si prin cadre prin metode de uscare . Termoizolatia transparenta pe baza de fibre de sticla nu recedeaza apa . - Spatiul posterior ventilat trebuie divizat pe verticala pentru evitarea efectului de tub . - Vitrajul e de dorit din sticla saraca in oxizi de fier (care actioneaza ca absorbanti nepermitand transmisia) . Masurile de umbrire trebuie sa urmareasca obtinerea unor reflexii difuze prin suprafata reflectanta a rulourilor . Valoarea K scade cand ruloul e integrat . In acest caz aplicarea unui strat suplimentar e avantajoasa .

3.2. Utilizarea energiei eoliene

O casă de vacanţă izolată poate să creeze mari bătăi de cap proprietarilor, mai ales dacă aceasta se află într-o zonă neelectrificată. Omul poate alege fie să extindă reţeaua de transport a statului, pentru ca acesta să o exploateze mai departe după bunul plac, fie să investească în surse alternative de generare a energiei electrice care pot costa şi de două ori mai puţin. În funcţie de locaţie, o soluţie poate să fie dată şi de turbinele eoliene. Caracteristicile generale ale unei turbine eoliene: - constructia unitara si tehnologia avansata permit o performanta foarte buna pentru viteze medii-mari ale vantului - configuratii variabile pentru furnizare directa a electricitatii, incarcare de acumulatori sau generare de electricitate in sistemele clasice de furnizare a curentului electric - designul flexibil si pivotant al stalpului de sustinere permite o instalare rapida in diferite conditii de teren; catargul conic este optional - zero emisii poluante Turbinele eoliene sunt acţionate de puterea vântului care pune în mişcare palele ce se află pe un ax ce acţionează un generator electric. Curentul electric obţinut este, fie transmis spre înmagazinare în baterii şi folosit apoi cu ajutorul

unui invertor DC-AC, în cazul turbinelor de mică capacitate, fie livrat direct reţelei de curent alternativ (AC) spre distribuitori. Pe măsură ce creşte consumul şi investiţia este mai costisitoare, deoarece o singură sursă alternativă nu mai este suficientă, aceasta trebuie să fie suplinită cu panouri fotovoltaice sau turbine acţionate cu ajutorul apei. Investiţia este mare, ceea ce împiedică persoanele fizice să injecteze energie electrică în sistem. În momentul în care acest lucru va fi posibil, producătorul de energie verde nu va mai fi nevoit să stocheze surplusul de electricitate în acumulatori, ci direct în sistemul naţional. Renunţând la componenta de acumulare, valoarea investiţiei poate scădea la jumătate. Bateriile de acumulare a energiei electrice sunt costisitoare din mai multe motive. Pe de o parte, pentru că durata de viaţă este cuprinsă între 10 şi 16 ani; pe de altă parte, deoarece sunt pe bază de plumb. Această tehnologie le permite să suporte numeroase descărcări complete, spre deosebire de acumulatorii auto care trebuie să aibă în permanenţă un grad de încărcare de minimum 20%. Rolul lor este totuşi evident în situaţia în care sistemele nu sunt funcţionale, fie pentru că nu bate vântul, fie pentru că intensitatea luminoasă este scăzută, dar se doreşte totuşi să se dispună de energie electrică.

3.3. Utilizarea energiei geotermale Lipsa gazului metan din multe dintre zonele ţării poate fi suplinită de energia geotermală, considerată de specialişti una dintre cele mai ieftine modalităţi de încălzire a locuinţei. Centrala geotermală „transportă” căldura pământului din adâncuri direct în casă. Potrivit importatorilor şi distribuitorilor de astfel de instalaţii, aceste sisteme permit economii de 90% în procesul de răcire al clădirilor, iar costurile de operare faţă de sistemele de climatizare electrice şi centralele pe bază de combustibili fosili sunt mai mici cu 70%. Potenţialul geotermal al solului poate fi fructificat atât termic, cât şi electric. O centrală electrică geotermală presupune în mod obligatoriu existenţa unor foraje de mare adâncime, ceea ce duce la o creştere semnificativă a investiţiei. Sistemul de “extragere a căldurii din pământ” începe cu pompele termice geotermale formate din trei părţi: unitatea de schimb de căldură cu solul, pompa termică propriu-zisă şi sistemul de alimentare cu aer. Colectoarele sistemelor pentru extragerea energiei geotermale sunt formate din ţevi PE (polietilenă), aranjate în spirală, ce pot fi dispuse atât pe orizontală, în situaţia în care se optează pentru îngroparea lor la o adâncime de aproximativ 1,2-1,5 metri, cât şi pe verticală, dacă sunt introduse în puţuri de mare adâncime. Proprietăţile polietilenei permit acestor sisteme să reziste la temperaturi cuprinse între -55 şi + 600°C. Prin

colectoare circulă, în sistem închis, un amestec de apă şi antigel ce preia căldura din sol şi o transferă pompei de căldură. Aceasta din urmă concentrează căldura preluată din sol pe care apoi o introduce în circuitul caloriferelor din locuinţă. În funcţie de climat, suprafaţa disponibilă şi de puterea sistemului, circuitul geotermal poate fi configurat în mai multe feluri, iar odată instalat acest circuit nu necesită întreţinere. Temperatura înregistrată în primii patru metri ai scoarţei terestre este cuprinsă între 10°-16°C. Acest nivel e puţin mai ridicat decât temperatura aerului din timpul iernii şi mai scăzut decât cea a aerului vara. Iarna, pompa transmite căldura acumulată de fluid în cadrul sistemului de alimentare cu aer. Vara, procesul este inversat, iar căldura eliminată din interiorul clădirii poate fi folosită la încălzirea apei, constituind o sursă gratuită de apă caldă. Preţul de pornire al acestor instalaţii începe de la câteva mii de euro şi poate depăşi cu uşurinţă 40.000 de euro. Diferenţa este făcută de suprafaţa ce trebuie încălzită şi de adâncimea la care este îngropat sistemul de colectare. Dacă acesta din urmă se află la doi-trei metri adâncime, apa din ţevi nu se încălzeşte mai mult de 10˚C, situaţie în care sistemul va trebui să consume energie electrică sau gaz pentru a creşte temperatura apei înainte să fie pompată în calorifere. Apa scoasă la suprafaţă dintr-un puţ aflat la 2.500 metri adâncime are 70 de grade, temperatură apropiată de cea din calorifere pe timp de iarnă. În medie, investiţia ce trebuie făcută pentru acoperirea necesarului termic din timpul anotimpului rece, dar şi pentru asigurarea răcorii de peste vară se cifrează în jurul valorii de 15.000 de euro pentru o casă de 250 metri pătraţi, suprafaţă egală cu cea a trei apartamente cu trei camere. Chiar dacă pare mare, amortizarea investiţiei se poate realiza şi în mai puţin de cinci ani. Potenţialul termic anual al României din surse geotermale a fost evaluat la 7 PJ (petajoules), de opt ori mai puţin decât se poate obţine cu ajutorul energiei solare. Cu toate acestea, echivalentul termic al celor 7 PJ (7 x1015 Joules) este de 1,67 milioane gigacalorii, de trei ori mai mult decât se livrează prin reţeaua municipiului Cluj-Napoca într-o iarnă nu prea geroasă. Altfel spus, oricât de aspre ar fi lunile de iarnă, energia geotermală ce s-ar putea obţine ar fi suficientă pentru încălzirea a cel puţin 300.000 de locuinţe. Zonele cu cel mai mare potenţial geotermal sunt Câmpia de Sud şi cea de Vest. Paradoxal sau nu, judeţele din aceste două regiuni sunt cel mai slab dezvoltate în ceea priveşte acoperirea cu reţele de gaze naturale.

3.4. Utilizarea energiei micro-hidrocentralelor

Microhidro turbinele electrice sunt cele mai eficiente si ieftine generatoare de energie electrica. Daca aveti un mic parau sau un rau, in apropiere cabanei sau casei, care poate furniza cel putin 5 litri/sec de la o diferenta de nivel de cel putin 3 m, sau 0,5 litri/sec de la o diferenta de nivel de cel putin 10 m, nu ezitati sa folositi un generator hidro electric. Veti avea energie ecologica, gratuita si nelimitata. Puterea apei e cea mai importanta sursa energetica care nu are in compozitia sa dioxid de carbon, dioxid de sulf, protoxizi de azot sau orice alt tip de emisie poluanta si nu produce nici un fel de reziduuri solide sau lichide. Centrala hidroelectrica se foloseste de o cadere naturala sau artificiala a unui rau si inglobeaza principalele avantaje in comparatie cu alte surse de energie, economisind la capitolul consum de carbune, combustibil sau lemn de foc, fiind de sine statatoare. In contextul actual, pot fi subliniate urmatoarele avantaje principale ale micro-hidrocentralelor: • Sunt potrivite pentru cerinte mici de putere, descentralizate (industria usoara, ferme private si intreprinderi, comunitati rurale) si pentru operatii externe retelei principale; • Necesita retele de distributie de joasa tensiune si, eventual, micro-retele subregionale; • Pot fi utilizate in proprietate privata, in coproprietate sau proprietate comuna, cu un necesar de forta de munca semi-calificat si cu o administrare in coproprietate, sau individuala; • Perioada scurta de constructie cu materiale locale si utilizarea abilitatilor populatiei din zona, pot avea un impact considerabil asupra calitatii vietii rurale; • Flexibilitatea lor, in special in ceea ce priveste adaptarea la incarcari variabile in functie de debitul afluent, le face un component privilegiat in orice sistem energetic integrat; • Centralele pot rezista o perioada indelungata. Unele au peste 70 de ani si sunt inca in stare de functionare. Centralele pregatite de a intra in functiune in viitorul apropiat pot prezenta o durata de viata chiar mai lunga si pot servi consumatori timp de mai multe generatii fara a polua atmosfera; • Investitiile in hidrocentralele mici s-au dovedit a fi sigure si de nadejde de mai multe zeci de ani. Productia de energie electrica utilizand ca resursa primara apa, este un proces de

conversie energetic in care apa este un mijloc eficient de transmitere si transformare a potentialului gravitational al curgerii in energie mecanica si electrica. Principalele componente ale unei hidrocentrale de mica putere sunt urmatoarele: • Acumularea: constituie o forma de stocare a energiei potentiale disponibile; • Sistemul de transfer, care include dispozitivul de captare (priza de apa echipata cu gratar) si circuitul de transfer (canalul, vana, stavilarul, galeriile, canalul de fuga sau evacuarea) unde o parte din energia disponibila este convertita in energie cinetica; • Turbina hidraulica: este o parte a centralei unde energia apei este convertita in energie mecanica; • Generatorul: energia mecanica transmisa la turbina mentine viteza rotorului generatorului producand energie electrica in concordanta cu legile electromagnetice; • Statia de transformare si linia de transport: energia electrica este condusa si transformata pentru a putea fi conectata la retea pentru a putea furniza energie electrica consumatorilor. Pentru a functiona pe cursul unui rau, o parte din apa raului este deviata prin intermediul unui canal, conducta, etc, si livrata unei turbine sau roti cu zbaturi. Miscarea astfel obtinuta poate fi folosita in procese mecanice, cum ar fi poparea apei, sau pate fi folosita ca sursa de energie pentru un generator sau alternator electric. Prin intermediul unui invertor este livrata consumatorilor la tensiunea de utilizare standard de 220 V, 50 Hz, sau stocata intr-o baterie de acumulatori prin intermediul unui regulator de incarcare. In fuctie de puterea instalata ea poate fi livrata direct beneficiarilor.

3.5. Utilizarea pompelor de caldura

In principiu pompa de caldura functioneaza in acelasi fel ca si un frigider, numai ca se utilizeaza invers. Frigiderul absoarbe caldura de la alimentele din interiorul sau. aceasta caldura pe urma, prin grilajul de pe spatele frigiderului, va fi predata incaperii in care se afla. In consecinta cu cat racim mai multe alimente, cu atat frigiderul incalzeste mai mult incaperea in care se afla.

Si pompa de caldura absoarbe caldura din mediu, dupa care o pompeaza la un nivel de temperatura adecvat pentru a incalzi o locuinta. Pompele de caldura fiind utilaje de un nivel tehnic foarte ridicat, ele pot asigura constant acest proces de incalzire iarna sau vara, ziua sau noaptea,chiar si atunci cind afara este ger, putand absorbii din pamant, din apa din panza freatica sau din aer, caldura necesara incalzirii. Pompele electrice moderne de căldură, oferă posibilităţi tehnice efective pentru economisirea de energie şi reducerea emisiilor de CO2. În cazul reducerii necesarului de căldură prin izolaţie termică îmbunătăţită, pompa electrică de căldură (mai ales în clădirile noi) reprezintă o bună alternativă. Adaptarea corectă a sursei de căldură şi a sistemului de distribuţie de căldură la regimul de funcţionare al pompelor de căldură, conduce la funcţionarea sigură şi economică a instalaţiilor de încălzire cu pompe de căldură. Pompa de căldură oferă premisele tehnice necesare pentru încălzire şi preparare de apă caldă menajeră. Pompa de căldură obţine aproximativ trei sferturi din energia necesară pentru încălzire din mediul înconjurător, iar pentru restul, pompa de căldură utilizează ca energie de acţionare curent electric. Căldura ecologică – energia solară acumulată în sol, apă şi aer – stă la dispoziţie în cantităţi nelimitate. Pompa de căldură oferă posibilitatea pentru încălzire economică şi ecologică prin utilizarea căldurii ecologice.

In principiu pompele de caldura nu sunt centrale termice revolutionare, dar sunt agregate foarte moderne de transferare a energiei termice dintr-un loc in altul. De exemplu transferarea energiei termice din mediul inconjurator in casa, pentru cresterea confortului locatarilor intr-un mod cit mai eficient, economic si totodata fara emisii de dioxid de carbon. La frecare puternica si rapida a palmelor, numarind intre timp la cate frecari rapide se poate rezista, se descopera ca la a cinzecia frecare , palmile o sa-va fie atit de fierbinti incat caldura produsa nu mai poate fi suportata de corp. Si moleculele sunt cam in aceasi situatie. Cu cat sunt mai multe molecule in acelasi loc, cu atat mai usor se vor lovi unele de altele, si ca urmare vor fi din ce in ce mai calde. Daca apasam pe butonul de pe un spray si eliberam continutul, flaconul se va racii instantaneu si chiar se va produce si bruma pe el. Daca o pompa de bicicleta va fi actionata de mai multe ori consecutiv si cu o viteza mare, comprimind aerul, acesta se va incalzii in asa masura incat nu mai putem s-o atingem. Adica daca vom comprima un gaz, temperatura lui va creste (pompa de bicicleta), iar daca acest gaz va fi decomprimat, adica va trece printr- un proces de de expansiune, se va raci (spray).

Moleculele reci (care se afla la distanta unele de altele), care abia reusesc sa se frece intre ele, le introducem intr-un recipient. Dupa ce am dus recipientul in camera, vom comprima acesta (obligind moleculele sa fie intr-un spatiu mai restrins). Moleculele de gaz se vor ciocni intre ele (sunt mai aproape unele de altele, frecindu-si mai des palmile) incep sa se incalzeasca, prin asta incalzind camera, sau acel spatiu in care se afla in acel moment (piscina, sau vor prepara apa). Energeticienii din lume, an de an descopera solutii din ce in ce mai viabile. Dupa expansiunea preturilor pe piata combustibililor fosili (petrol, gaz), utilizarea acestor metode a devenit mult mai rentabila decit cele clasice (incalzirea cu centrale pe gaz, sau motorina etc).

A Căldura ecologică B Compresor C Turul circuitului de încălzire D Returul circuitului de încălzire E Condensator F Ventil de destindere G Vaporizator

Preluarea căldurii din mediul înconjurător duce la creşterea temperaturii în compresor , producand transferul de căldură la instalaţia de încălzire. În vaporizator se află agent de lucru lichid la presiune redusă. Nivelul de temperatură al căldurii ecologice din vaporizator este mai ridicat decât domeniul de temperaturi de fierbere corespunzător presiunii agentului de lucru. Această diferenţă de temperatură conduce la o transmitere a căldurii ecologice asupra agentului de lucru, iar agentul de lucru fierbe şi vaporizează. Căldura necesară se preia de la sursa de căldură. Vaporii rezultaţi din agentul de lucru se aspiră continuu din vaporizator de către compresor şi se comprimă. În timpul comprimării cresc presiunea şi temperatura vaporilor. Vaporii agentului de lucru ajung din compresor în condensatorul care este înconjuratde agent termic.

Temperatura agentului termic este mai redusă decât temperatura de condensare a agentului de lucru, astfel încât vaporii se răcesc şi se lichefiază (condensează) din nou. Energia (căldura) preluată în vaporizator şi suplimentar, energia electrică transferată prin comprimare, se eliberează în condensator prin condensare şi se transferă agentului termic. În continuare se recirculă agentul de lucru prin intermediul unui ventil de destindere în vaporizator. Agentul de lucru trece de la presiunea ridicată a condensatorului la presiunea redusă a vaporizatorului. La intrarea în vaporizator se ating din nou presiunea şi temperatura iniţială. Circuitul este închis. Pentru o utilizare indicată a căldurii mediului ambiant sunt disponibile sursele de căldură sol, apă şi aer. Toate reprezintă un cumulator de energie solară, astfel încât cu aceste surse de energie se utilizează indirect energie solară. Pentru utilizarea practică a acestor surse de energie trebuie respectate următoarele criterii: - disponibilitate suficientă; - capacitate cât mai mare de acumulare; - nivel cât mai ridicat de temperatură; - regenerare suficientă; - captare economică; - timp redus de aşteptare.

Pentru determinarea efectelor tehnico-economice ale producerii căldurii în instalaţii cu pompe de căldură este necesară definirea unor indicatori energetici şi economici pe baza cărora să se poată analiza soluţia ce utilizează pompă de căldură în raport cu soluţiile clasice. Performabilitatea sistemului de producere a căldurii cu astfel de aparate faţă de alte sisteme de încălzire se pune în evidenţă cu ajutorul indicatorului energetic adimensional εPC, denumit eficienţa sau coeficientul de performanţă al pompei de căldură, definit în continuare. Coeficientul de performanţă al pompei de căldură εPC:

WQuPC=ε in care Qu este caldura utila furnizată de pompa de căldură, iar W energia consumata de instalatia ce pune in miscare compresorul (mecanica, electrica, cinetica sau termochimica).

Determinarea eficientei unei pompe de caldura cu comprimare mecanica actionata electric:

in care: - Tc si Tr sunt temperaturile absolute (K) ale sursei calde si reci; - Δtc si Δtr (K) – diferentele de temperatura dintre temperatura de condensare si temperatura sursei calde, respectiv, dintre temperatura sursei reci si temperatura de vaporizare; - ηreal – randamentul ciclului frigorific real fata de un ciclu Carnot diferential; - ηi, ηm – randamentul intern si randamentul mecanic al compresorului;

- ηe – randamentul global al motorului electric; - QPC – puterea termic a a pompei de caldura (kW); - consumul specific de energie electrica al pompei de caldura. wPC in kW/GJ:

Daca analizam preturile de energie in ziua de azi, ajungem sa constatam lucruri surprinzatoare. De la an la an pretul surselor de energie (combustibili fosili) creste, exceptie fiind pretul energiei electrice, pretul careia a crescut in mai mica masura fata de rata inflatiei. In tarile din cadrul UE, in anii de dupa introducerea liberalizarii pietei energiei electrice, pretul - in valoare reala - a energiei electrice a scazut cu 20-30%.

Cap.4. CONCLUZII

Pentru o dezvoltare durabila, energia reprezinta prioritate nationala si globala. Se prevede eficientizarea utilizarii energiei prin adoptarea de tehnologii noi aplicate de producatori si de consumatori, prin care cu cantitati mai reduse de energie sa se obtina aceleasi servicii, insa mult mai ieftin. Pentru economisirea energiei electrice si termice se actioneaza in doua moduri: prin dotarea cladirilor cu tehnicile IT, cu care se planifica iluminatul, aerisirea, incalzirea interiorului si a apei menajere, asigurandu-se securitatea impotriva incendiilor si a infractorilor, si prin izolari cat mai bune realizate cu ajutorul unor produse ale industriei chimice. Cladirea viitorului, fie ea locuinta sau spatiul in care petrecem timpul pe perioada programului de lucru, reprezinta obiect de analize si cercetari minutioase pentru foarte multe domenii de activitate. Este o certitudine concluzia care arata ca

mai toti ne petrecem majoritatea timpului in interior si deci viitorul ne impune ca o necesitate, nicidecum ca un lux, "cladirea inteligenta". O alta certitudine este aceea ca abordarea unei "cladiri inteligente" a ajuns la nivelul de abordare sistemica, integrare si interoperabilitate. Se integreaza conceptul de optimizare a consumurilor energetice cu siguranta, securitatea, confortul si comunicatiile. Evolutia din industria aparaturii utilizate in controlul proceselor este in plina maturitate si are la baza principiul interoperabilitatii. Cele mai mari firme producatoare sustin actuala revolutie conceptuala. Sistemele de cladiri inteligente pot fi considerate infrastructura care sa implementeze cresterea productivitatii oamenilor. De aceea, in dezvoltarea unei cladiri inteligente, de o importanta maxima este schimbul de informatii intre arhitecti, inginerii electricieni, telecomunicatii, energetica, mediu si managementul serviciilor. Iar daca in perspectiva vom vedea viitorul cladirilor cu eficienta mult crescuta pentru furnizorii de servicii (energie electrica, termica, gaze, salubrizare etc.), ar fi cu adevarat un pas inainte. Sa ne imaginam furnizorul de energie electrica (care deja ofera si in Romania site-uri interactive) comunicand on-line cu utilizatorul, citind din sediul propriu consumul sau fiind anuntat prin sistemul de management al cladirii de eventualele avarii. Care ar fi pretul energiei, care ar fi timpul de remediere a defectului? si, mai ales, care ar fi sentimentul administratorului, salvat de problemele de comunicare pe care le are in prezent. Concluzia este: cladirea inteligenta ofera confort (mai ales psihic), siguranta, economie de timp si bani, securitatea utilizatorului si integrarea in ultimul val de tehnologie a comunicatiei si interoperabilitatii.

BIBLIOGRAFIE * J.R.Goulding et al. Energy in Architecture - The European Passive Solar Handbook * FhG-ISE(Hrsg) Thermische Solarenergienutzung an Gebauden * M.Treberspurg Neues Bauen mit der Sonne

* F.Sick et al. Photovoltaics in buildings * M.Klingele Architecture und Energie * R.Hastings Solar Low Energy Houses of IEA Task 13 * A.Kovach Die Auswirkung von Teilabschattung auf die Leistung von gebaudeintegrierten PV-Generatoren * W.Stahl et al. Das energieautarke Solarhaus * SIA(CH) Handbuch der passiven Sonnenenergienutzung * Revista Sonnenenergie , Augustenstr. 79 , 80333 Munchen * http://cartiere.ro/119949-utilizarea-energie-solare-pentru-cladiri * http://www.pompedecaldura2005.ro/ * http://www.tehnicainstalatiilor.ro/articole/nr_47/nr47_art.asp?artnr=19 * http://pompedecaldura.uv.ro/