FUNCTIA ECOLOGICA A PARAMETRILOR DE CONFORT

Functia ecologica a parametrilor de confort

In cadrul fiecarui ecosistem exista parametrii climatici specifici, dezvoltarii speciilor. Daca in continuare ne vom referii la climatul specific tarii noastre, vom putea spune, ca parametrii specifici acestei zone, permit conservarea vietii in acest ecosistem. In cele ce urmeaza ne vom referii la urmatorii parametrii:

temperatura exterioara si interioara (t_e, t_i);

umiditatile relative sau continutul de umiditate al aerului interior sau exterior in perioada friguroasa (j_i j_e

intensitatea radiatiei solare (I_e=I_D+I_d);

intensitatea vantului sau a curentilor de aer daca este vorba de spatiul interior (v_i, v_e).

1.Factorii climatici interiori si exteriori

Odata definiti t_e, j_e, v_e si, j_i, v_i urmeaza sa cunoastem unele din metode de normare a acestora.

t_i - este definita ca temperatura medie a aerului interior unui spatiu, in care omul isi desfasoara activitatea fireasca, care s-a stabilit pe criterii de confort, de catre fiziologi; testele au apelat la factori subiectivi prin senzatia de rece, confort sau prea cald. Asa s-a ajuns la temperaturile interioare, pentru spatiile incalzite, normate la noi, prin STAS 1907 - 80 (90).

t_e - temperatura aerului exterior in sezonul rece, stabilita astfel incat, in calculele termotehnice ingineresti sa asigure cladirile la un transfer de caldura maxim, cu instalati de caldura corespunzatoare. Acest parametru este stabilit deferit de la tara la tara diferentele fiind determinate fie de zonele geografice diferite, fie de metodele statistice utilizate pentru prelucrarea unor marimi masurate.

La noi tara, s-a plecat de la temperaturile exterioare, momentane si locale, masurate pe o perioada de 20..25 ani, care au fost mediate, astfel incat au condus la o iarna medie conventionala. Aceasta reprezinta metoda aritmetica a tuturor temperaturilor din perioada

analizata (20 - 25 ani).

S-a apreciat ca elementele de constructie inertiale (cele cere nu transmit flux termic instantaneu, defazat 1..12 h), fac ca o solicitare termica externa sa produca oscilatii ale temperaturilor superficiale pe suprafata interioara a elementelor constructie, in locuinte (sau afara) de confort.

Daca ne referim la un element de constructie, neomogen putem nota ca in figura alaturata:

Daca, datorita oscilatiei t_e Þ q_e, abaterea temperaturii aerului interior t_i este mai mare de 0,3 ^oC sau Dq_i q_i 3 ^oC, consideram ca limitele confortului termic sunt depasite.

Prin corelarea oscilatiei acestor parametrii cu inertia termica a unui element de constructie standard, zidaria de caramida plina cu grosimea de 37,5 cm, s-a ajuns la sa numita "temperatura exterioara de calcul" (t_e), care serveste la evaluarea necesarului de caldura al unei incaperi, si deci la dimensionarea celorlalte componente ale instalatiilor de incalzire si de confort. Asa s-a ajuns ca pentru tara noastra sa existe patru zone climatice caracterizate prin: t_e = -12 ^oC; -15 ^oC; -18 ^oC; -21 ^oC.

Umiditatea relativa a aerului exterior in perioada rece, notata cu j_e , exprima indicele continutului de umiditate l aerului (vezi diagrama i-x), si pe baze statistice, pentru tara noastra a fost normata la 80%.,eci x_e se obtine la intersectia t_e, j_e in diagrama Mollier.

Intensitatea curentilor de aer exteriori, cunoscuti sub denumirea de "intensitatea vantului de calcul" (v_ec) are importanta atat pentru evaluarea infiltratiilor de aer intr-o incapere cat si pentru evaluarea coeficientului de transfer superficial de caldura a_e la nivelul suprafetelor exterioare de constructie utilizate la inchiderea clairilor.

In calculele termotehnice specifice instalatiilor noastre, se face o mare diferentiere inter a_ev si a_ei in sensul ca a_ei > a_ev, de unde si confirmarea ca influenta curentilor de aer rece este mult mai mare.

Prin masurari simultane de temperaturi exterioare si intensitati ale vantului ca valori momentane locale, s-a stabilit o concomitenta intre viteza vantului si temperatura aerului exterior, care conduce la un transfer maxim de caldura. Asa s-a ajuns la denumirea de "zona eoliana" si impartirea teritoriului tarii noastre in patru zone eoliene, diferentiate prin intensitatea vitezei acesteia si directia de actionare.

Intensitatea radiatiei solare, deloc neglijabila iarna ( 600 W/m²), este benefica pentru confortul interior si considerata in calculele de transfer termic prin elementele de constructie exterioare, printr-un coeficient de corectie numit adaos de orientare (A_o) a carei valoare este de 5% functie de orientarea suprafetelor verticale.

Daca ne referim la functia ecologica a acestor parametri vom face referire la faptul ca din punct de vedere ecologic ecosistemul din care facem parte este esential pentru existenta vietii.

Evaluarea confortului termic

Pentru om echilibru sau energetic este foarte important , deoarece energia s-a interna menita sa asigure consumurile biologice interne si efectuarea de lucru mecanic poate fi

excedentara sau nu.

Sistemul termoregulator, asigura acest echilibru si mentine aproape constanta temperatura exterioara a corpului uman la valoarea de 37 ^oC.

Pe de alta parte, corpul uman este intr-un permanent schimb de caldura cu mediul ambiant, cedand sau primind caldura, transferul putandu-se face prin una din formele cunoscute: conductie, convectie, radiatie si caldura la tenta in timpul respiratiei sau transpiratiei.

A sigura echilibrul termic al unei comunitati umane inseamna a sigura acei parametri de confort, care sa permita aparitia senzatiei "bien etre" = bine = confort.

Iata deci, ca notiunea "de confort termic" se asociaza celei de "echilibru ecologic" deoarece crearea conditiilor climatice naturale specifice unui ecosistem, asiguram continuitatea speciei umane.

1.Echilibrul termic uman

Asa cum s-a spus, energia interna a corpului uman, ca rezultat al transformarilor energetice interne, asigura consumurile interne de energie, excedentul trebuind evacuat in exterior, asigurand temperatura exterioara medie la valoarea de 37 ^oC.

Printr-o expresie generala si simpla acest echilibru se scrie astfel:

Q_cedat = Q_primit - Lucru mecanic

Q_primit - energie interna

Pe de alta parte caldura cedata trebuie sa fie constanta si cat mai mica.

Q_ced = Q_cv + Q_r + Q_cd + Q_l = const.

Considerand ca, in spatiul de sedere., mediul ambiant este caracterizat prin t_i, j_i q_mr, si v_ai (temperatura medie a aerului din incapere, umiditatea relativa, temperatura medie de radiatie si viteza aerului din incapere).

Pentru fiecare componenta de transfer exista posibilitatea transferului in ambele sensuri: de la corpul uman l mediu sau invers (de la mediul ambiant la corpul uman).

Admitand ca (Q_pr - L) = const. daca corpul uman primeste caldura din exterior (mediul ambiant), acesta se supra incalzeste si va cauta sa-si restabileasca echilibrul termic, marindu-si o cale de transfer caldurii catre exterior; acesta va fi q_l, deci transferul va fi prin transpiratie.

Daca caldura excesiva, situatia devine agravanta in momentul in care echilibrul nu mai poate fi stapanit de sistemul termoregulativ.

Referitor la primul caz se pot aminti cazuri specifice unor zone de lucru in foraje, sticlarie, etc. in care caldura primita prin radiatie este foarte mare si nu poate fi recompensata prin cedarile de caldura la tenta. In aceste cazuri se intensifica cedarea de caldura prin conventie, folosind dusuri de aer, simultan cu apa gazoasa care mareste componenta transferului de masa prin transpiratie. De exemplu vara daca este foarte cald, ne simtim mai bine daca stam intr-un curent aer si bem apa.

Ecuatia confortului termic

Reluand ecuatia e echilibru termic, putem scrie sub forma fluxurilor unitare:

Q_cd = Q_ev + Q_rad + Q_cd + Q_l = const.

Q_ced = a_cv q_om - t_i) + a_r q_om q_mr) + (q_om q_pd a_d (p_sm - p_ai) + G * r = const.

a_d (p_sm - p_ai) = G * r =

in care:_{, r, d} - au semnificatia de coeficienti de transfer superficiali de caldura sau masa (d)

q_om - temperatura medie superficiala a corpului uman

q_mr - temperatura medie de radiatie; q_mr Sq_iF_v/SF_v

q_pd - temperatura medie a pardoselii

G - debit de aer expirat

r - caldura la tenta de vaporizare a apei

Spunem ca = const., deoarece o crestere sau scadere a acestui flux, conduce la aparitia senzatiei de inconfort. Analizand componentele de transfer putem spune:

q_ced 0, deoarece suprafata de contact este foarte mica, iar pe de alta parte determina rezistentelor termice mari ale materialelor, fluxul termic conductiv abia ajunge sa reprezinte cateva procente din total, putand fi neglijabile;

q_l = q_trans + q_resp 0, el reprezinta in conditii normale de lucru sau sedere, nu mai mult de 5..7%

Deci in expresia de mai sus se pot face urmatoarele modificari:

q_ced - q_l = a_cv q_om - t_i) + a_r q_om q_mr) = const.

q_om - t_i + ( - q_mr) = const.

t_i + q_mr = q_mr q_om - const.

+ q_om - a

a_r a_cv pentru v_ai £ 0,1 m/s

t_i - q_mr = a a = 2tR - aceasta este ecuatia confortului termic

Sunt stabilita valori pentru "a" astfel incat, noi putem aprecia corect, mediul ambiant sadisface cerintele umane de confort.

Reflectand asupra ecuatiei de echilibru termic uman, observam ca parametrii determinati ai transferului de caldura sunt:

t_i - temperatura medie a aerului din spatiul de sedere;

q_i - temperatura medie de radiatie a suprafetelor inconjuratoare ce pot participa la schimbul de caldura prin radiatie cu suprafata corpului uman;

j_i - umiditatea relativa a aerului din mediul de sedere care datorita "p_ai" presiunii partiale a vaporilor de apa din aer primite un transfer de masa (de caldura latenta) mai mare sau mai mic;

v_ai - viteza aerului din spatiul de sedere, care contribuie la transferul de caldura convectiv.

Aceste patru marimi constituie cei patru parametri de confort, pentru care exista urmatoarele corelatii:

Exista 8 expresii complexe cum ar fi ecuatia de confort van Zuillen

B = C₁ + C₂ (+ C₃n + C₄v_i + C₅; cu B = 1 3 - prea cald

0 1 - confort

0 - 3 - prea rece

sau C₁ = -9,2 iarna; -10,6 vara

B = C₁ - 0,25(t_i + q_mi) + 0,1x - 0,1(37,8 - H)

Cu aceste relatii si diagrame noi putem face aprecieri asupra confortului existent intr-o anumita zona de sedere.

Pe de alta parte este cunoscut faptul ca dupa Fanger prin confortul termic se intelege starea in care o persoana se declara satisfacuta de ambianta termica, ea nestiind daca dorea o ambianta mai calda sau mai rece.

Parametrii de confort sunt completati cu: nivelul de activitate care influenteaza productia interna de caldura si conductivitatea termica a imbracamintii.

Rezistenta la conductivitate termica a imbracamintii este masurata in unitatea clo i are valori cuprinse intre 0,1 si 3,4.( 1 clo = 0,155 m² ºC / W )

Evaluarea starii de confort se face prin predictii facute cu un model matematic ce include toti parametrii de confort si care conduce la la valori procentuale referitoare la persoanele nesatiafacute PPD,limita de confort fiind stabilita la 10%.

Oamenii sunt diferiti si este de asteptat sa fie necesare mai multe variante de evaluare a confortului termic.Pe baza probelor efectuate asupra a 1300 persoane,s-a constatat o coerenta intre numarul nemultumitilor termic si preferinta medie prevazuta PMV.

3. Corelatii intre confort si instalatiile ce il asigura

Pentru a asigura conditiile de confort termic in spatiile de sedere, avem nevoie de instalatii de incalzire, ventilare, climatizare sau conditionare. Fara acestea existenta noastra nu se poate imagina.

Din datele prezentate rezulta ca pentru acoperirea in totalitate a factorilor de confort sunt necesare alcatuiri instalatii mixte cu ar fi cuplajele intre radiatoare si climatizoare.

O observatie importanta se refera la faptul ca sistemele de incalzire destinate viitorului vor permite o mai buna coordonare intre proiectul de anvelopa si cel al instalatiilor de confort, de manierea obtinerii unor integrari energetice totale. In acest scop un rol important il va juca si gestionarea automata a tuturor categoriilor de instalatii.