TRANSFERUL DE CALDURA IN CONSTRUCTII

Fizica constructiilor are ca obiect studiul proceselor fizice care au loc intre mediul exterior si cel interior, delimitat de constructie, in scopul adoptarii unor masuri care sa conduca la asigurarea conditiilor corespunzatoare desfasurarii vietii si activitatii omului, respectiv a conditiilor de confort. Functie de categoria de confort la care se refera, fizica constructiilor se imparte in: higrotermica; acustica; ventilare; iluminat.

Higrotermica este partea din fizica constructiilor care studiaza procesele de transfer de masa si caldura din constructii, respectiv transmisia vaporilor de apa (higro) si a caldurii (termo) prin elementele de constructie de inchidere sau de separatie intre medii cu caracteristici diferite, precum si efectele pe care le au asupra conditiilor de microclimat interior, a conditiilor de igiena si confort, a durabilitatii si a caracteristicilor fizice ale elementelor de constructie.

Factorii principali care determina conditiile de confort din incaperi sunt: temperatura aerului, temperatura suprafetelor elementelor limitatoare, umiditatea aerului, viteza de miscare a aerului. Intervin, de asemenea, ca factori secundari si nivelul de zgomot, puritatea aerului, luminozitatea incaperii, culoarea peretilor si a tavanului, proportiile elementelor etc.

Componenta de baza a confortului general o constituie confortul termic. Confortul termic trebuie sa asigure mentinerea unei temperaturi constante a corpului omenesc, pe baza echilibrului dintre productia de caldura a organismului si degajarile fata de mediul inconjurator, care se realizeaza fizic prin convectie, radiatie si conductie, iar fiziologic prin transpiratie si respiratie. Factorul hotarator pentru senzatia de confort il constituie temperatura aerului. Datorita diferentelor dintre senzatiile oamenilor (functie de varsta, sex, obisnuinta etc), temperatura de confort rezulta variabila; totusi, daca ceilalti parametri prezinta valori corespunzatoare, pot fi admise urmatoarele temperaturi de confort: 18 C pentru munca usoara, 1920 C pentru munca statica; 10 C pentru munca fizica grea.

Importanta pentru senzatia de confort este, de asemenea, temperatura medie a suprafetelor limitatoare ale incaperii care intra in schimb de caldura prin radiatie cu ocupantii incaperilor. Temperatura medie a suprafetelor elementelor trebuie corelata ca temperatura aerului interior: cresterea temperaturii medii a suprafetelor limitatoare trebuie sa fie insotita de scaderea temperaturii aerului interior si invers, intrucat organismul, uman sesizeaza influenta combinata a celor doua temperaturi. Din motive de igiena si de confort este de dorit ca temperatura aerului si temperatura suprafetelor sa fie constante in timp pentru a se asigura un schimb de caldura cat mai uniform al organismului cu mediul ambiant.

Peretii exteriori, unii pereti interiori, unele plansee si acoperisul constituie pentru o cladire mijloacele de separatie intre medii cu temperatura, umiditate si presiune atmosferica diferite si trebuie astfel concepute si dimensionate incat, pe langa conditia de rezistenta si stabilitate la actiuni mecanice, sa protejeze interiorul cladirilor impotriva variatiilor de temperatura si de umiditate din exterior.

Deoarece prin intermediul elementelor de inchidere ale unei cladiri nu este posibila practic eliminarea totala a influentelor nefavorabile ale mediului exterior, in anumite perioade este necesar aportul unor instalatii pentru mentinerea parametrilor microclimatului la valori optime. Instalatia de incalzire trebuie sa asigure in perioadele reci un aport de caldura pe masura pierderilor care au loc spre exterior, prin elementele de constructie si prin ventilatie, astfel ea prin echilibrul care se stabileste intre sursele de caldura din interior si caile de evacuare (pierdere) spre exterior sa se obtina temperaturi interioare corespunzatoare cerintelor de confort.

Pentru economisirea energiei furnizate este insa rational sa se urmareasca micsorarea pierderilor de caldura spre exterior prin adoptarea unor elemente de inchidere cu capacitate de izolare termica cat mai ridicata (pereti din materiale eficiente termic sau cu izolatie termica, geamuri cu calitati termice sporite, acoperisuri izolate termic etc), precum si prin limitarea schimbului de aer dintre incaperi si exterior la valori corespunzatoare cerintelor minime de igiena.

8.1 Notiuni in termotehnica constructiilor

Rezolvarea problemelor termice specifice constructiilor se bazeaza pe cunoasterea legilor fizicii referitoare la schimbul de caldura stabilite de teoria propagarii caldurii. Principalele notiuni cu care se opereaza in acest domeniu sunt:

8.1.1 Temperatura - un parametru scalar de stare care caracterizeaza gradul de incalzire al corpurilor. Temperatura poate varia in timp si de la un punct la altul. Temperatura se masoara in grade, care difera functie de sistemul de masura folosit grade Celsius (C); grade Fahrenheit (F) grade Reaumur (C) grade Kelvin (K). In sistemul international (SI) unitatea de masura a temperaturii este gradul Kelvin (K). Valoric 1 K = 1 C.

8.1.2 Camp termic reprezinta totalitatea valorilor temperaturilor ce caracterizeaza un anumit spatiu la un moment dat. Campul termic poate fi stationar sau variabil, dupa cum valorile temperaturilor din fiecare punct sunt constante sau variabila in timp.

8.1.3 Suprafata izoterma este locul geometric al tuturor punctelor cu aceeasi temperatura dintr-un camp termic. Suprafata izoterma poate fi plana sau curba.

8.1.4 Linia izoterma este locul geometric al punctelor de egala temperatura dintr-un plan.

8.1.5 Gradient de temperatura este limita raportului intre diferenta de temperatura ΔT si distanta Δx dintre doua puncte, cand Δx →o. Gradientul termic are sensul contrar sensului de propagare a caldurii;

grad T = lim ΔT/ Δx

8.1.6 Cantitatea de caldura (Q) reprezinta o cantitate de energie si se masoara in joule (J) in SI, sau in unitati traditionale specifice calorii (cal) sau kilocalorii (kcal). Intre aceste unitati exista relatiile: 1 Kcal = 4180 J; 1J =0,24 cal.

Kilocaloria este cantitatea de caldura necesara pentru a ridica temperatura unui kg de apa cu 1⁰C (de la 14,5 la 15,5 ⁰C) la presiunea de 101,3 Ka.

8.1.7 Fluxul termic sau debitul de caldura (Q) este cantitatea de caldura care strabate o suprafata in unitatea de timp:

Q = dQ/dt

Debitul de caldura se masoara in watt (W) in SI, sau in kcal/h (1 Kcal/h = 1,161 W; 1W = 0,86 kcal/h).

8.1.8 Densitatea fluxului termic sau debitul specific de caldura (q) reprezinta numeric cantitatea de caldura care strabate unitatea de suprafata in unitatea de timp, iar fizic este un vector dirijat dupa normala la izoterma.

q = n₀ dT/dA

in care: n₀ este versorul normalei la izoterma. Unitatile de masura sunt: W/m² in SI si Kcal/m²h (1Kcal/m²h = 1,161 W/m²).

8.2 Trasmisia caldurii in constructii

Formele fundamentale de transmisie a caldurii (conductia, convectia, radiatia) se regasesc si in constructii cu unele particularitati:

- materialele au o structura capilar-poroasa astfel ca exceptand pe cele compacte, (metale, sticla), transmisia interna are un caracter complex;

- formele geometrice ale elementelor de protectie sunt variate si neomogene fiind alcatuite din mai multe materiale;

- la contactul aer-elemente de constructie exista concomitent transfer prin conductie, convectie si radiatie;

- aerul si umiditatea influenteaza mult transferul de caldura in constructii;

- domeniul de variatie a temperaturilor este restrans.

In cazul regimului termic stationar, caracterizat prin constanta in timp a temperaturilor din orice punct al campului termic, transmisia caldurii prin cele trei moduri are loc astfel:

8.2.1 Transmisia caldurii prin conductie este proprie in special corpurilor solide si consta din propagarea din aproape in aproape a energiei cinetice a moleculelor care oscileaza fata de pozitia de echilibru. In constructii, transmisia caldurii prin conductie are loc prin pereti, ferestre, pardoseli, acoperisuri etc. Cantitatea de caldura care se transmite prin conductie de la o fata cu temperatura T₁ la cealalta fata cu temperatura T₂ a unui element plan omogen de grosime d, avand fete paralele, cu aria A ,    se determina cu relatia lui Fournier:

Q = λ A (T₁ - T₂) t / d = λ A ΔT t / d

Fig.8.1 Transmisia caldurii prin conductie la un element de constructie omogen.

Semnificatia fizica a constantei λ se obtine daca se considera valori unitare pentru caracteristicile geometrice ale elementului si pentru parametrii transferului termic:

A = 1 m²;    d = 1 m; ΔT = 1C; t = 1 h.

Rezulta: Q (W/mK; Kcal/mh C) .

Constanta reprezinta coeficientul de conductivitate termica a materialelor si se defineste, in baza celor de mai sus, ca fiind cantitatea do caldura ce trece de la o fata la alta a unui element de constructie omogen cu grosimea de 1 m si suprafata de 1 m², timp de o ora    pentru o diferenta do temperatura intre fete de 1C (sau 1K).

8.2.1.1 Conductivitatea termica

Coeficientul de conductivitate termica este o caracteristica termofizica a materialelor, avand valori cuprinse intre 0,02 (aer)364 (cupru). Pentru materialele de constructie curente valorile coeficientului sunt:

beton armat: 1,622,03; BCA: 0,130,41; zidarie de caramida plina: 0,80; zidarie do caramida cu gauri: 0,460,75; polistiren expandat: 0,04 W/mK. Apa are coeficientul de conductivitate termica 0,52, de 25 de ori mai mare decat aerul, ceea ce explica conductivitatea termica sporita a materialelor umede.

In raport cu valorile acesteia se constituie grupele aproximative:

- bune conducatoare 10 300 W/m K

- mijlocii 0,25 3,00

- izolatoare 0,04 0,20

Conductivitatea termica a materialelor solide reflecta structura lor interna care poate fi compacta sau capilar-poroasa. Pentru acestea din urma, conductivitatea termica este rezultatul propagarii caldurii prin scheletul solid, aerul umed si apa din cavitati. De aceea se utilizeaza termenul conductivitate termica aparenta sau echivalenta.

Factorii care influenteaza marimea conductivitatii termice a materialelor capilar-poroase sunt:

- densitatea materialului, deoarece partea solida are conductivitati mari (2,5     3,5) in raport cu aerul (0,026);

- structura de pori, si capilare, deoarece cavitatile mari sau cu legaturi intre ele favorizeaza convectia aerului;

- umiditatea deoarece apa are conductivitate termica superioara celei a aerului (in stare lichida 0,50 iar gheata 2,21

Determinarea conductivitatii termice a materialelor de constructie se efectueaza in laborator, pe probe in stare de echilibru higroscopic. Tinand seama de umiditatea in exploatare, care este mai mare, STAS.6472/3 prezinta valori ale conductivitatii de calcul. Se observa cresterea conductivitatii termice cu densitatea.

Pentru umiditati mai ridicate decat cele de exploatare normala se poate utiliza relatia:

in care:

λ - conductivitatea termica de calcul a materialului cu umiditatea ridicata (W/m.K);

η - coeficient de crestere a conductivitatii cu umiditatea;

ω - procente suplimentare de umiditate fata de uimiditatea pentru care a fost stabilita valoarea λ₀

λ₀- conductivitatea termica de referinta (W/m.K).

Conductivitatea termica creste cu temperatura. Fata de conductivitatea la 0⁰ C ( conductivitatea la temperatura T este data aproximativ de relatia:

λ_T = λ₀ (1 + 0,0025 T)

unde temperatura este exprimata in (C).

Relatia densitatii fluxului termic transmis prin conductie rezulta:

q = - λ dT/dx = - λ grad T

Fig. 8.2 Transmisia caldurii prin conductie la un perete omogen.

In cazul unui element plan omogen de grosime d, alcatuit dintr-un material cu coeficientul de conductivitate termica , densitatea fluxului termic transmis prin conductie rezulta:

q = λ ΔT / d = ΔT/R

in care:

R = d/ λ se defineste ca rezistenta la transmisia caldurii prin conductie, sau rezistenta la permeabilitate termica a elementului de constructie marimea inversa

/ d fiind permeabilitatea termica a elementului.

8.2.2 Transmisia caldurii prin convectie are loc prin lichide si gaze si se datoreste transportului de caldura prin miscarea fluidului (curenti). Spre deosebire de transmisia prin conductie, la care moleculele nu se deplaseaza in sensul fluxului termic, in cazul convectiei exista o deplasare a masei de fluid.

In constructii transmisia caldurii prin convectie intervine intre suprafetele elementelor si aerul interior sau exterior.

Cantitatea de caldura primita (Q_c) sau cedata (Q`_c) prin convectie de un element de constructie se poate determina ca relatia lui Newton:

Q_c = α_c A (T_i - T_si) t

Q`<sub>c</sub> = α`_c A (T_se - T_e) t

in care:

T_si si T_se sunt temperaturile suprafetelor interioara, respectiv exterioara ale elementului;

T_i si T_e - temperaturile aerului interior, respectiv exterior; A - aria suprafetei;

t - timpul.

Constantele α_c si α`_c sunt coeficientii de schimb termic (transfer termic) prin convectie la primire, respectiv la cedarea caldurii;

8.2.2.1 Coeficientul de convectie reprezinta cantitatea de caldura primita sau cedata timp de o ora de catre o suprafata de 1 m² a unui element de constructie, cand diferenta de temperatura intre fluid si suprafata elementului este de 1C. Unitatile de masura ale coeficientilor de convectie termica sunt: W/m² K in SI si Kcal/m²h C.

Valorile coeficientilor de convectie depind de natura fluidului, de natura si aspectul suprafetelor, de viteza de miscare a fluidului. Orientativ, valorile lui α_c sunt: 310 pentru aer stationar; 530 pentru aer in miscare libera (convectie naturala).

8.2.3 Transmisia caldurii prin radiatie are loc sub forma de unde electromagnetice cu lungimi de unda de 0,4400 (unde calorice), intre corpuri cu temperaturi diferita aflate in prezenta. In constructii radiatia termica intervine intre corpurile de incalzire si elementele din incaperi, intre corpul omenesc si obiectele mai reci inconjuratoare, intre suprafetele elementelor de constructie si aerul exterior sau interior etc.

Cantitatea de caldura transmisa prin radiatie de la un corp ca temperatara T₁ la un corp ca temperatura T₂ avand o suprafata comuna A, se determina, ca relatia Stephan - Boltzmann:

Q_T = c A [( T₁/100)⁴ - (T₂/100)⁴]

in care:

T₁ si T₂ sunt temperaturile absolute ale celor doua corpuri     iar c este coeficientul de radiatie in W/m²K⁴ reprezentand cantitatea de caldura radiata de 1 m² de corp in vid, timp de o ora, pentru o temperatura de 100 C. Materialele de constructie prezinta un coeficient de radiatie de 4,9 W/m² K⁴

8.3 Transmisia caldurii la suprafata, elementelor de constructie

Suprafetele elementelor de constructie limitatoare primesc sau cedeaza caldura prin convectie si prin radiatie. Deoarece schimbul termic prin radiatie este redus datorita temperaturilor apropiate ale elementelor de constructie si a aerului, in calculul termic al constructiilor ambele fenomene se iau in considerare global, prin intermediul unor coeficienti de transfer termic la suprafata interioara, respectiv exterioara a elementelor de constructie (α_i , α_e). Intrucat caldura primita sau cedata de suprafata elementelor este suma cantitatilor de caldura primite, respectiv cedate prin convectie si radiatie, coeficientii de transfer termic la suprafata (de schimb superficial) rezulta:

- la primire: α_i = α_c + α_r

- la cedare: α`<sub>i</sub> = α`_c + α`_r

Valorile uzuale ale acestor coeficienti pentru calculul termic al constructiilor sunt: α_i= 8 ; α_e = 23 (iarna); α_e = 12 (vara).

Inversul acestor coeficienti reprezinta rezistentele la primirea, respectiv la cedarea caldurii de catre suprafetele elementeIor de constructie:

R_i = 1/ α_i ; R_e = 1/ α_e

8.4 Transmisia generala a caldurii in constructii in regim termic stationar

8.4.1 Transmisia termica unidirectionla

In constructii, transmisia caldurii prin elementele de inchidere are loc de la aerul interior spre exterior in perioada rece si invers in perioadele cu temperaturi ridicate ale aerului exterior. In cazul elementelor plane, cu fete paralele cu straturi omogene, fluxul termic este normal pe suprafata, iar transmisia caldurii poate fi considerata unidirectionala.

Daca mediul interior cu temperatura T_i este separat de aerul exterior cu temperatura T_e prin intermediul unui perete monostrat omogen de grosime d, alcatuit dintr-un material cu coeficientul de conductivitate termica λ, in perioada rece caldura se va propaga spre exterior prin convectie si radiatie de la aerul interior la suprafata interioara a elementului (I), prin conductie in grosimea elementului (II) si prin convectie si radiatie de la suprafata exterioara la aerul exterior (III), densitatile de flux termic corespunzatoare fiind:

q_i-si = α_i (T_i - T_si)

q_si-se = λ (T_si - T_se)/d

q_se-e = α_e (T_se - T_e)

Fig. 8.3 Transmisia globala a caldurii printr-un element omogen

Intrucat in regim termic stationar fluxul termic este constant

q_i-si = q_si-se = q_se-e =q

rezulta:

(T_i - T_si) = q/ α_i

(T_si - T_se) = q d/ λ

(T_se - T_e) = q/ α_e

rezulta:

T_i - T_e = q(1/ α_i + d/ λ + 1/ α_e)

q = (T_i - T_e)/ (1/ α_i + d/ λ + 1/ α_e) = ΔT/R₀

R₀ = R_i + R + R_e constituie rezistenta globaIa Ia transmisia caldurii (rezistenta la propagarea caldurii) printr-un element omogen monostrat.

In cazul elementelor de constructie plane, alcatuite din mai multe straturi omogene perpendiculare pe directia fluxului termic, cu grosimi d_k, din materiale cu coeficienti de conductivitate termica λ_k, densitatea fluxului termic in regim stationar se stabileste in mod analog si rezulta:

q = (T_i - T_e)/(1/ α_i + Σ d_k/ λ_k + 1/ α_e)= ΔT/R₀

Fig.8.4    Transmisia caldurii prin conductie la structuri in mai multe straturi paralele

Inversul rezistentei la transfer termic defineste coeficientul total de transfer termic (de transmisie termica):

k = 1/R₀

reprezentand cantitatea de caldura, ce trece in regim termic stationar printr-o suprafata de 1 m² al unui element, timp de 1 ora pentru o diferenta dintre temperaturile celor doua medii de 1C (sau 1 K).

8.4.1.1 Campul termic la transmisia unidirectionala a caldurii

Pentru elementele omogene intr-un singur strat, determinarea campului de temperatura presupune integrarea ecuatiei diferentiale:

dT = -q dx/λ

Considerand conditiile la limita:

x = 0 → T = T_si

x = d → T = T_se

T = q x / λ + c

care reprezinta ecuatia unei drepte cu panta invers proportionala cu coeficientul de conductivitate termica a materialului. Deci, diagrama temperaturii pe grosimea unui strat omogen este o linie dreapta avand inclinarea cu atat mai mare cu cat conductivitatea termica a materialului este mai mica si invers. Pentru elementele plane alcatuite din mai multe straturi de materiale diferite, variatia temperaturii este liniara pe grosimea fiecarui strat, pantele segmentelor fiind diferite functie de marimea coeficientului de conductivitate al materialului stratului respectiv. Punand conditiile la limita se obtine temperatura intr-o sectiune oarecare situata la distanta x de fata interioara a stratului:

In cazul elementelor alcatuite din mai multe straturi, temperatura pe suprafata K a unui strat se poate calcula cu una din relatiile:

T_k = T_i - (T_i - T_e) R_i-k/R₀

T_k = T_e + (T_i - T_e) R_k-e/R₀

care se obtin pe baza egalitatii fluxului termic in regim stationar (q_i-k = q_k-e = q_i-e =q):

q_i-k = (T_i - T_k)/ R_i-k = q

q_i-e = (T_i - T_e)/ R₀ = q

Diferenta de temperatura dintre cele doua fete ale unui strat (ΔT_j-k) defineste caderea de temperatura corespunzatoare stratului respectiv si se poate calcula cu relatia:

ΔT_j-k = (T_i - T_e) R_j-k/R₀

fiind - dupa cum se observa - proportionala cu rezistenta la permeabilitate termica a stratului.

8.4.2 Transmisia termica plana si spatiala. Punti termice

In cazul colturilor dintre elementele de inchidere, a imbinarilor sau a elementelor cu neomogenitati, caldura se propaga dupa doua sau trei directii, campul termic fiind plan sau spatial. Transmisia plana sau spatiala favorizeaza intensificarea pierderilor de caldura, necesitand masuri de corectare locala.

Zonele din elementele de constructie care datorita alcatuirii geometrice si structurii neomogene permit intensificarea transmisiei caldurii se numesc punti termice.

In constructii asemenea zone se intalnesc curent la nervurile de beton ale peretilor exteriori cu strat termoizolant, la buiandrugii si centurile din beton armat prevazute in peretii din zidarie, la stalpii din beton armat inglobati partial sau total in peretii din zidarie etc.

In zona puntii termice temperatura suprafetei interioare a elementului de inchidere este iarna mai coborata decat in sectiunea curenta datorita pierderilor mai intense de caldura, favorizand producerea condensului, aparitia mucegaiului, a petelor etc., cu efecte asupra conditiilor de igiena, estetica, confort si asupra durabilitatii elementelor. Rezolvarea puntilor termice inseamna determinarea campului de temperatura in aceste zone, pentru a se cunoaste valorile minime ale temperaturilor de pe suprafata interioara a elementului si pentru evaluarea pierderilor de caldura, in scopul adoptarii unor masuri de ameliorare a efectelor nefavorabile.

Rezolvarea puntilor termice se poate face pe cale analitica, prin metoda diferentelor finite, sau pe cale experimentala, prin modelare analogica. Exista, de asemenea, metode de calcul aproximative pentru determinarea rezistentei minime la transfer termic in zona puntii termice, pe baza careia se poate calcula valoarea temperaturii minime de pe suprafata interioara a elementului de constructie.

De exemplu, pentru R_0,min se poate folosi relatia:

R_0,min = R₀ R`<sub>0</sub> / [R`₀ + η (R₀ - R`₀)]

in care R₀ reprezinta rezistenta termica in zona curenta a elementului; R`₀ - rezistenta termica in zona puntii in ipoteza transmisiei termice unidirectionale; η - un coeficient de corec

Fig. 8.5 Efectul puntii termice (a) si corectarea acestuia (b)

tie, functie de tipul si forma puntii termice si de caracteristicile geometrice (raportul intre latimea puntii si grosimea peretelui - a/d).

Eliminarea efectelor negative ale puntilor termice constituie o problema deosebit de importanta si se realizeaza prin masuri constructive. Cea mai simpla masura de corectare a unei punti termice o constituie sporirea rezistentei la transfer termic a elementului in aceasta zona prin prevederea unui strat suplimentar de material termoizolant, astfel ca rezistenta termica in zona puntii (R`₀) sa fie egala cu rezistenta termica din zona curenta (R₀) :

R`₀ ≥ R₀

Din aceasta conditie rezulta grosimea necesara a stratului suplimentar de termoizolatie, care se dispune de regula la exteriorul elementului.

8.5 Transmisia caldurii in regim nestationar

Datorita variabilitatii in timp a valorilor reale ale temperaturii aerului, regimul termic este practic variabil. In regimul termic nestationar fluxul de caldura este de asemenea variabil pe grosimea elementelor, fiind functie de capacitatea de acumulare si cedare a caldurii de catre elementele de constructie.

Capacitatea de acumulare si cedare a caldurii de catre elementele de constructie depinde de caldura specifica (c), de conductivitatea termica (λ) si de densitatea materialului. Pentru caracterizarea acestei proprietati a elementelor se definesc o serie de parametri :

8.5.1 coeficientul de asimilare termica (s) este o caracteristica termofizica a materialelor, indicand capacitatea acestora de a absorbi caldura si se calculeaza pentru perioada T = 24 h cu relatia:

s₂₄ = 0,59 √ λ c ρ     (W/m² K)

Fig. 8.6 Variatiile sinusoidale ale fluxului termic si ale temperaturii

Pentru materialele de constructie curent folosite, valorile sunt date in STAS 6472/3-84.

8.5.2 indicele inertiei termice (D) reflecta capacitatea de acumulare sau de cedare a caldurii de catre elemente si se determina cu relatia:

D = ∑ R_ks_k = ∑ d_k s_k / λ_k

Pe baza indicelui inertiei termice se defineste masivitatea termica a elementelor de constructie, caracterizata prin coeficientul de masivitate termica:

m D

functie de care elementele se considera de masivitate termica mica (m<1,1); mijlocie (m = 1,01,1) si mare

(m > 1).

8.5.3 Amortizarea oscilatiilor de temperatura

Datorita proprietatii de asimilare termica a materialelor si elementelor, oscilatiile de temperatura de pe una din fetele unui element separator se manifesta pe cealalta fata cu amplitudini mai reduse, fiind deci amortizate.

Amortizarea oscilatiilor termice reprezinta capacitatea elementului de constructie de a reduce amplitudinea oscilatiilor de temperatura la trecerea caldurii prin element. In constructii se considera oscilatia termica sinusoidala, ca amplitudinile A_T,se la exterior, respectiv A_T,si la interior.

Fig. 8.7 Amortizarea oscilatiilor termice.

Pentru caracterizarea capacitatii de amortizare a elementelor se foloseste indicele de amortizare termica (ν),    definit prin relatia:.

ν = A_T,se/ A_T,si

si a carui valoare efectiva corespunzatoare unui element se stabileste prin calcul, functie de coeficientul de asimilare termica a materialelor (s_k) si a straturilor componente (S_k), precum si a indicelui total de inertie termica (D), sau se determina pe cale experimentala.

Amortizarea oscilatiilor termice intereseaza in special in legatura cu confortul termic din perioada calda cand este necesar sa se reduca aportul de caldura transmis din exterior in incaperi. In acest scop este necesar ca:

ν_ef ≥ ν_nec = 1525

functie da alcatuirea, pozitia si orientarea elementelor de inchidere.

8.5.4 Defazajul oscilatiilor termice

In regimul termic variabil, datorita inertiei termice a elementelor, oscilatiile de temperatura ce se manifesta asupra unei fete se resimt pe cealalta fata cu intarziere (si amortizate).

Fig. 8.8 Defazajul oscilatiilor termice datorita inertiei elementelor

Intervalul de timp din momentul unei actiuni termice pe una din fetele elementului pana la resimtirea pe suprafata cealalta reprezinta defazajul oscilatiilor termice (η), figura

Defazajul termic este important in legatura cu confortul pe timp de vara, cand se cere ca efectul incalzirii elementelor exterioare datorita temperaturii ridicate a aerului si insoririi sa se faca simtit la interior cu o intarziere corespunzatoare, pentru a interveni favorabil in perioada din zi cand aerul este in curs de racire.

Pentru a se asigura aceasta cerinta este necesar ca elementele exterioare de constructie sa asigure un defazaj efectiv:

η_ef ≥ η_nec =814 ore

8.6 Calculul termic al elementelor de constructie

Elementele exterioare de inchidere ale cladirilor (pereti, acoperisuri) trebuie astfel realizate incat sa nu permita pierderi de caldura mai mari decat cele admisibile, stabilite din considerente de confort, igiena, durabilitate sau pe criterii economice.

Pentru a indeplini aceasta cerinta este necesar ca rezistenta globala la transmisia caldurii a elementului (R₀) sa fie cel putin egala cu valoarea normata, minima necesara (R_0,nec):

R₀ ≥ R_0,nec

in care:

R₀ = 1/α_i + ∑ d_k/b_kλ_k + 1/α_e

R_0,nec = (T_i - T_e)R_i m/ ∆T_si,max

unde:

b - este un coeficient de corectie pentru materialele puse in opera;

T_i - temperatura de calcul conventionala a aerului interior,

in C;

T_e - temperatura de calcul conventionala a aerului exterior, functie de zona climatica in care se afla amplasamentul;

R_i = 1/α_i rezistenta la transfer termic prin suprafata interioara a elementului, in m² K/W;

∆T_si,max diferenta maxima admisa intre temperatura de calcul a aerului interior si temperatura suprafetei interioare a elementului, functie de destinatia cladirii;

m - coeficient de masivitate termica (de corectie a temperaturii aerului exterior), functie de inertia termica a elementelor de inchidere.

Calculul termic al elementelor de constructie consta, in principiu, din:

a - verificarea gradului de izolare termica, cand alcatuirea elementului este stabilita, pe baza relatiei:

R₀ ≥ R_0,nec ;

b - dimensionarea grosimii minime a elementului sau a stratului de termoizolatie, de asemenea pe baza conditiei R₀ ≥ R_0,nec , considerata la limita.