CONDITII CLIMATICE DE CALCUL

1 CLIMATUL INTERIOR AL CLADIRILOR

Factorii principali care concura la definirea confortului interior in constructiile de locuit si sociale sunt temperatura interioara si temperatura medie a suprafetelor interioare ale elementelor de constructie care delimiteaza incaperile, umiditatea si viteza de miscare a aerului. Conditiile confortului interior se realizeaza pentru anumite rapoarte intre acesti parametri.

Din punct de vedere fiziologic confortul termic se realizeaza la temperatura aerului interior intre 21 -22C, la o umiditate relativa cuprinsa intre 30 si 70% si la o viteza de miscare a aerului sub 0,10-0,15 m/s Pentru a indeplini conditiile confortului termic diferenta ∆T_r intre temperatura aerului interior T_i si cea radianta T_r nu trebuie sa depaseasca o valoare admisibila ∆T_radm, stabilita pe baza unor date statistice de igienisti, in functie de ocupatia, sexul, varsta, rasa si obiceiurile persoanelor analizate.

In acest sens, marimile care manifesta o influenta hotaratoare asupra temperaturii medii de radiatie sunt suprafetele ferestrelor si ale corpurilor de incalzire, care au valori extreme. Pentru realizarea confortului, temperaturile suprafetelor radiante mari trebuie sa fie putin diferite de temperatura aerului incaperii. Astfel, in cazul aerului stationar confortul se poate considera ideal atunci cand temperatura aerului si temperatura medie de radiatie a suprafetelor care limiteaza incaperea este de + 18,5C. Daca temperatura medie a suprafetelor interioare ale elementelor de constructie exterioare T_si difera de aceasta valoare, biologii recomanda sa se ridice temperatura aerului interior T_i - pentru compensare - cu 2/3 de grad pentru fiecare grad de diferenta de temperatura T_i - T_si, dar numai in intervalul de temperaturi interioare cuprinse intre + 15 si + 25C. In aceste limite, pentru temperatura aerului interior, se admit tolerante cuprinse intre +1,5. -2,0C.

In afara de temperatura peretilor trebuie sa se tina seama si de temperaturile pardoselii si tavanului. Temperaturile prea scazute ale pardoselii produc o racire inadmisibil de mare a picioarelor. Pardoselile prea calde trebuie, de asemenea, evitate. Cercetarile    au aratat ca temperatura optima a pardoselilor este cuprinsa intre +17 si +25C. Temperatura tavanului intr-o incapere are, in general, o importanta mai mica din punct de vedere al senzatiei de confort, datorita distantei dintre corpul oamenilor si tavan.

Temperatura interioara si viteza aerului din incapere Aerul rece in miscare produce senzatia de curent, care este extrem de neplacuta, in aceasta privinta este foarte importanta relatia dintre viteza si temperatura aerului. Daca la o temperatura de +20C deplasarea aerului cu o viteza de 1 m/s produce o senzatie accentuata de frig, aceeasi deplasare a aerului la o temperatura de +22 . +23C produce o senzatie placuta. La temperatura de +20C, viteza aerului pana la maximum 20-25 cm/s produce o senzatie placuta.

Temperatura si umiditatea aerului din incapere Cantitatea maxima de vapori de apa continuta in aer, la saturatie, variaza in functie de temperatura. Influenta umiditatii aerului asupra senzatiei de confort nu este atat de importanta in comparatie cu a celorlalti factori. In general, la temperatura obisnuita din incaperile incalzite (+20C), o umiditate relativa pana la 75% produce o senzatie placuta, dar umiditati mai mari produc senzatia de zapuseala. La temperaturi mai mari, senzatia de zapuseala se resimte chiar si la o umiditate mai mica.

Pentru a se obtine o aceeasi senzatie, la o crestere a temperaturii cu un grad trebuie sa se reduca umiditatea relativa φ_i cu 3% si invers, la o crestere a umiditatii relative cu 10%, trebuie sa se reduca temperatura aerului cu trei grade.

1.1 Confortul termic

1.1.1 Influenta proprietatilor termice ale elementelor de constructie exterioare si interioare asupra climatului incaperii

Pentru a se realiza un climat interior confortabil este necesar in primul rand sa se pastreze o temperatura convenabila a suprafetei interioare a elementelor de constructie exterioare. Astfel, iarna se observa senzatia de frig chiar la temperaturi interioare de +20C, daca peretii exteriori au suprafata interioara rece sau daca suprafata geamurilor este prea mare. Senzatia de rece, datorita radiatiei, se amplifica si prin curentii de aer, iar daca se mai formeaza si condens pe pereti, atunci se creeaza un climat nesanatos care poate provoca imbolnavirea organismului.

In timpul verii, peretii supraincalziti datorita radiatiei solare din timpul zilei, pot pastra in timpul noptii o temperatura ridicata, chiar la temperatura normala a aerului din incapere, dand o senzatie de zapuseala.

In cazul in care instalatia de incalzire functioneaza in regim intermitent, modul de alcatuire a elementului de constructie are o importanta deosebita, intrucat temperatura suprafetei interioare, care conditioneaza senzatia de confort, poate avea variatii foarte mari, mai ales la elemente cu inertie termica mica. In acest caz, pe baza analizei modului de utilizare a incaperilor, se recomanda ca la construirea cladirilor sa se ia urmatoarele masuri:

a)     daca a fost prevazuta o durata redusa de utilizare a incaperilor, elemente de constructie exterioare adoptate vor avea la partea interioara materiale izolante cu inertie termica mica, astfel incat sa permita cresterea rapida a temperaturii suprafetei interioare si deci asigurarea imediata a conditiilor de confort;

b)     daca a fost prevazuta o durata mare de utilizare a incaperilor, elementele de constructie exterioare adoptate vor avea la partea interioara materiale izolante cu inertie termica mare, care sa acumuleze caldura in timpul functionarii instalatiei de incalzire si sa o redea in incapere in timpul perioadei de intrerupere a incalzirii.

Aceste masuri contribuie la pastrarea unei temperaturi a suprafetei interioare suficient de ridicate si deci la asigurarea unor conditii de confort minimale.

1.1.2 Influenta incalzirii asupra climatului incaperii

Aparatele de incalzit transmit de obicei caldura prin radiatie si prin convectie, transmiterea prin conductivitate termica fiind neinsemnata. Transmiterea caldurii prin convectie depinde, in primul rand, de temperatura pe care o au suprafetele aparatelor de incalzit; transmiterea prin convectie creste mai putin decat transmiterea prin radiatie atunci cand temperatura suprafetelor de incalzit creste; in cazul instalatiei de incalzire cu aer cald, diferenta dintre temperatura aerului din apropierea tavanului si temperatura aerului din apropierea pardoselii este foarte mare.

La instalatiile de incalzire cu radiatoare cu apa calda aceasta diferenta este mult mai redusa. Sobele transmit prin radiatie o parte relativ mare a caldurii (60-70%) care este absorbita de pardoseala si face ca temperatura acesteia sa fie mai mare decat temperatura aerului din vecinatate. Din acest punct de vedere, repartitia cea mai uniforma a temperaturii se constata la instalatiile de incalzire prin panouri radiante montate in tavan sau in pardoseala.

1.2 Caracteristicile recomandate pentru climatul interior

Temperatura aerului interior si a suprafetelor interioare ale elementelor de constructie, care dau un minimum de confort incaperilor de locuit si incaperilor cladirilor publice cu conditii tehnico-sanitar-igienice speciale, cum ar fi de exemplu spitale, gradinite, crese etc., unde umiditatea relativa este de maximum 50%, a fost normata dupa cum urmeaza:

a) temperatura aerului interior, T_i= + 18. 20C;

b)  temperatura suprafetei interioare a peretilor exteriori sa nu scada cu mai mult de

6 ⁰C fata de temperatura    aerului interior;

c)   temperatura tavanului sa nu scada cu mai mult de 4,5 ⁰C fata de temperatura aerului interior;

d) temperatura pardoselii sa nu scada cu mai mult de 2,5 ⁰C fata de temperatura aerului interior.

Pentru incaperile cladirilor publice cu regim normal de climat interior, de exemplu teatre, cinematografe, scoli, cluburi, gari, cladiri social-sanitare etc., in care umiditatea relativa este de maximum 50-60%, conditiile de temperatura sunt urmatoarele:

a)    temperatura aerului interior, T_i= +16 . 18C;

b)    temperatura suprafetei interioare a peretilor exteriori poate fi cu cel mult 7 ⁰C mai scazuta decat temperatura aerului interior;

c)    temperatura tavanului poate fi cu cel mult 5,5 ⁰C mai scazuta decat temperatura aerului interior;

d)    temperatura suprafetei pardoselii poate fi cu cel mult 2,5 ⁰C mai scazuta decat temperatura aerului interior.

2 CLIMATUL EXTERIOR

Starea atmosferei intr-un punct si pentru o perioada scurta de timp poate fi exprimata cu ajutorul catorva marimi fizice: temperatura si umiditatea aerului, cantitatea de precipitatii, viteza vantului si presiunea atmosferica, denumite elementele meteorologice principale ale climei, la care se mai adauga starea de electrizare a atmosferei, radio activitatea, compozitia chimica, continutul de bacterii, suspensiile, etc. Elementele meteorologice variaza in timp sub influenta factorilor climatici: radiatia solara, natura terenului, relieful, vegetatia, circulatia generala a aerului, altitudinea, apropierea marii.

Temperatura aerului prezinta variatii periodice (diurne si anuale) si neperiodice (accidentale).

Variatia diurna este rezultatul schimbului de caldura intre suprafata terestra si atmosfera. Ziua scoarta se incalzeste datorita fluxului de energie adusa de radiatia solara, iar noaptea se raceste din cauza pierderilor cauzate de radiatia nocturna. Daca nu se produc curenti de aer rece sau cald adus de vant, vremea se mentine neschimbata, iar temperatura aerului in interval de 24 ore prezinta o variatie sinusoidala. In aceste conditii (vremea neschimbata) amplitudinea variatiei diurne a temperaturii aerului este mai mare vara (10.15 ^oC), decat iarna (3.5^oC).

- Variatia anuala depinde de o serie de factori intre care insolatie, radiatia scoartei terestre, latitudinea geografica, natura suprafetei terestre, nebulozitatea, regimul precipitatiilor,etc. Amplitudinea variatiilor anuale este mai mare in interiorul continentului si mai mica in apropierea marii.

- Variatiile neperiodice sunt cauzate de patrunderea unor mase de aer polar sau tropical, precipitatii, vant, nebulozitate etc. Durata obisnuita a unor astfel de variatii este de una pana la patru zile, adica timpul necesar pentru modificarea campului baric continental.

In cadrul higrotermicii constructiilor, conditiile climatice locale se considera prin intermediul parametrilor climatici exteriori. Elementele exterioare de constructie (fatade, acoperisuri) se afla sub Influenta directa a conditiilor climatice care depind, in primul rand de amplasament. Pentru evaluarea performantelor higrotermice ale acestor elemente, se utilizeaza valori conventionale ale parametrilor climatici privind :

temperatura conventionala pentru perioada de iarna;

temperatura conventionala pentru perioada de vara;

intensitatea radiatiei;

temperatura echivalenta tinand seama de schimbul de caldura prin radiatie intre constructie si mediul inconjurator.

Separat de aceasta la calculul energiei necesare pentru satisfacerea conditiilor de igiena si confort pe o durata lunga (consumul de energie calculat), se foloseste numarul de grade-zile sau grade-ore, stabilit de asemenea in functie de amplasament, dar tinand seama si de temperatura interioara din cladire.

2.1. Zonarea climatica a teritoriului in perioada de iarna

Temperatura conventionala de calcul pentru perioada de iarna (T_e) are la baza studii statistice si reprezinta un nivel de temperatura care nu este depasit in sens negativ un timp mai indelungat decat un numar de zile stabilit prin conventie. Temperatura conventionala (T_e) este o valoare reprezentativa, utila pentru stabilirea:

puterii necesare a instalatiei de incalzire;

majoritatii performantelor higrotermice ale elementelor de constructie apartinand anvelopei exterioare (distributii de temperatura etc.).

Teritoriul tarii a fost impartit in patru zone unde se disting urmatoarele temperaturi conventionale : -12 ^o C, -15 ^oC,     -18C si -21C.

Trebuie observat ca temperaturi mai coborate apar destul de frecvent iarna si ca termometrul coboara, foarte rar chiar pana sub -40 C. Pentru perioade, relativ scurte, se admite o reducere a gradului de confort, prelungirea de functionare a surselor intermitente de incalzire, aplicarea unor masuri temporare de protectie la geamuri si usi etc.).

Zonarea climatica a teritoriului in perioada de vara

Pentru verificarea higrotemica a constructiilor, in perioada de vara sa considera doua marimi:

temperatura aerului exterior (T _e) la umbra la ora 14 si in luna cea mai calduroasa;

temperatura conventionala de calcul pentru perioada, de vara (T _e,conv) prin care se tine seama si de efectul radiatiei solare asupra elementului de constructie.

Teritoriul Romaniei este impartit in trei zone climatice cu temperaturi conventionale de calcul de vara T _e intre 22C.28C. Aceasta este considerata temperatura Ia umbra.

Fig. 1 Zonarea teritoriului pentru perioada de iarna

Fig.2 Zonarea teritoriului pentru perioada de vara

Grade-zlle

Numarul de grade-ore sau grade-zile N pentru incalzire s-a determinat pe baza unui tip de curbe denumite ierni medii conventionale, delimitate de durata medie a temperaturilor aerului exterior, clasate dupa marime, frecventa si durata, pe o perioada de 20-25 ani.

Numarul de grade-ore sau grade-zile, specific unei localitati este dat de suprafata cuprinsa intre curba iernii medii conventionale, temperatura exterioara si temperatura interioara de 20C, pentru durata medie anuala a temperaturii corespunzatoare temperaturii exterioare de 10C.

Numarul de grade-zile (N) reprezinta suprafata expusa intre curba de variatie a temperaturii medii exterioare (T_e) si temperatura interioara medie (T _i) a incaperii (cladirii) incalzite, reprezentata de o dreapta (fig. ),

Fig.3 Schema de calcul a numarului de grade-zile, T_eo - temperatura exterioara la care inceteaza distribuirea caldurii

Numarul de grade-ore se obtine prin inmultire cu 24. Detalii cu privire la calculul numarului de grade-zile se prezinta in STAS 4389, avand ca punct de plecare o temperatura interioara de 18C. Numarul de grade-ore, considerand numai 3 zone climatice, conform STAS 83 si temperatura interioara de 20C, are urmatoarele valori:

- zona l 66580 grade-ore

zona II 81360 grade-ore

zona III 95330 grade-ore

Numarul de grade - zile, corespunzator temperaturii interioare T_i = 18C.

Numarul de grade-ore sau de grade-zile N este folosit la calculul consumului de combustibil in perioada de incalzire a constructiilor.

2.4 Alte conditii climatice

Pentru calculul higrotermic al constructiilor mai sunt necesare date referitoare la umiditatea aerului exterior, cantitatea de precipitatii si viteza vantului.

2.4.1 Umiditatea relativa de calcul a aerului exterior

Umiditatea de calcul a aerului exterior in timpul iernii este de 85% iar cea de vara este de 70%, indiferent de zona climatica privind temperatura aerului exterior. Umiditatea relativa a aerului exterior serveste de asemenea la calculul la difuziunea vaporilor a elementelor exterioare de constructie.

2.4.2 Viteza de calcul a aerului exterior

Viteza de calcul a aerului exterior pe perioada de iarna se considera egala cu viteza medie a vantului pe directia dominanta in luna ianuarie, a carui frecventa reprezinta cel putin 16%. Viteza de calcul a vantului se stabileste pentru fiecare localitate din tara si pentru cladiri cu inaltimea maxima de 15,00 m. Pentru cladiri cu inaltimea de 15,00-30,00 m aceasta valoare se majoreaza cu 15%, iar pentru cladiri cu inaltimea de 31 00-50,00 m respectiv cu 40%.

Viteza de calcul a aerului exterior serveste la calculul permeabilitatii la aer a elementelor exterioare de constructii si a elementelor exterioare ventilate.

Fig. 4 Directii dominante ale vantului pe teritoriul Romaniei