VENTILAREA CLĂDIRILOR O CERINȚĂ ESENȚIALĂ PENTRU O DEZVOLTARE

1

VENTILAREA CLĂDIRILOR O CERINȚĂ ESENȚIALĂ PENTRU O DEZVOLTARE DURABILĂ

drd. Arh. Purcaru Codrinaprof.dr. ing. Radu Adrian

Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din IaşiFacultatea de Construcţii şi Instalaţii

Simpozion: Creaţii universitare – Evaluarea în construcţii5 martie 2010

2

1. Introducere

• Funcționarea Sistemului calității în construcții ar trebui ”să conducă la realizarea și exploatarea unor construcții de calitate corespunzătoare în scopul protejării vieții oamenilor, a bunurilor acestora, a societății și a mediului înconjurător” (Legea 10/ 1995, modificată în 1997).

• În lucrarea Principiile dezvoltării durabile în construcţii se arată că sistemul calității în construcții, cu întreg ansamblul său de structuri organizatorice, responsabilități, regulamente, proceduri și mijloace concură la crearea unui cadru general, care permite dezvoltarea unor instrumente de lucru specifice dezvoltării durabile cum ar fi: metode de concepție a proiectelor ”fără regrete”, etichetarea ecologică a produselor de construcții, metode de evaluare a calității construcțiilor din punct de vedere al mediului etc.

3

Indicatorul dezvoltării globaleÎntr-o viziune nouă, pe lângă aceste cerințe esențiale, se consideră o grupă distinctă privind cerințele specifice dezvoltării durabile. /Fig. 1/

Fig. 1: Structura dezvoltată a indicatorului dezvoltarii globale

4

Satisfacerea condiţiilor de igienă, sănătate şi mediu este direct legată de ventilarea spaţiilor din clădiri.

Ventilarea clădirilor permite:

• evacuarea substanţelor nocive şi menţinerea concentraţiei optime de oxigen în aer;

• menţinerea nivelului favorabil de umiditate şi temperatura în încăperi corespunzător destinaţiei;

• diminuarea concentraţiei de aerosoli radioactivi (în cazuri rare).

5

Ce se întâmplă în cazul unei ventilări inadecvate?

Ventilarea prea puternică determina:

• creșterea vitezei aerului interior cu consecințe negative asupra condiţiilor de confort;

• majorarea consumurilor de energie din cauza pierderilor termice suplimentare;

Ventilarea prea lentă determină:

• deprecierea compoziţiei aerului interior, mirosuri, concentraţii prea mari de vapori şi diverşi poluanţi;

• riscul de condens şi de apariţie a mucegaiului în zonele reci ale anvelopei, în special la punţile termice;”

6

Ce s-a pierdut odata cu renunţarea la sistemul tradiţional de construire?

• Dacă în sistemul tradițional de construcție, clădirile erau prevăzute cu sobe racordate la coșuri de fum, care puteau prelua și evacua noxele din încăperi, iar permeabilitatea tâmplăriei de lemn de la ferestre permitea o absorbție mai facilă de aer proaspăt, în sistemele constructive din ziua de astăzi nu mai putem beneficia de aceste înlesniri. Întrucât în cadrul tehnologiei moderne de construcție s-a renunțat la sistemul de încălzire cu sobe și implicit la coșurile de fum, iar tămplăria tradițională de lemn este înlocuită cu ferestre etanșe având geam de tip Termopan și toc din P.V.C. sau lemn stratificat, ventilarea încăperilor nu mai este posibilă decât prin deschiderea ferestrelor, pierzându-se astfel o cantitate exagerată de căldură, în anotimpul de iarnă, ceea ce determină un consum suplimentar de energie.

Nu sunt rare situațiile semnalate de presă în care, din cauza lipsei unei ventilări satisfăcătoare, se produc accidente grave soldate cu explozii și chiar decese. De aceea încăperile dotate cu mașini de gătit de tip aragaz și cu centrale termice individuale trebuie ventilate mai bine decât restul spațiilor utile.

7

Ce tip de ventilare este preferabil de aplicat in construcţii?

Se disting trei categorii de ventilare ce pot fi prevăzute separat sau împreună, încă din faza de proiect a clădirilor:

• ventilarea naturală – este asigurată prin intermediul diferenţei de temperatură şi presiune dintre spaţiul interior şi cel exterior, şi sau de acţiunea vântului, aerul intrând sau ieşind astfel prin neetanşietăţi, orificii, canale, sau deschideri ale anvelopei clădirii;

• ventilarea mecanică – este asigurată de acţiunea unor echipamente electro-mecanice, care determină mişcarea forţată a curenţilor de aer;

• ventilarea mixtă – utilizează ambele posibilităţi, continuu sau intermitent.

Soluţionarea ventilării este esenţială deoarece clădirile se realizează pentru mai multe generaţii, iar soluţiile iniţiale eronate sunt greu de corectat. Astfel a devenit necesar ca prin studii şi proiecte adecvate să se stabilească de la început posibilitatea de ventilare naturală sau artificială, primul fiind preferabil deoarece nu implică un consum suplimentar de energie electrică.

8

Iată o solutie de ventilare combinată

• În literatura tehnică sunt semnalări privind riscurile de îmbolnăviri (alergii, pneumopatii) din cauza unei ventilări nesatisfăcătoare mai ales în clădirile de birouri și la școli. Astfel profesorul Teretian propune pentru această problemă o soluție de ventilare combinată, care funcționează pe baza tendinței aerului cald, încărcat de noxe, de a se ridica. Astfel introducerea aerului în încăpere se realizează prin intermediul unor difuzoare de deplasare a aerului amplasate la nivelul solului, iar evacuarea a fost făcută prin guri de aspirație obișnuite, fiecare prevăzute cu clapete de reglaj, montate la rasul tavanului, pe latura opusă gurilor de intoducere a aerului. De asemenea s-a adoptat și utilizarea unui recuperator de căldură aer-aer cu eficiență energetică de 60%. Sistemul de ventilare funcționează pe trei trepte de reglaj și pe timpul nopții astfel încât ventilarea să fie eficientă, completă și adaptată la nevoile fiecărui moment al zilei.

9

2. Determinări în clădiri existente

• Pentru urmărirea eficienței reale a ventilării naturale sau artificiale, au început a fi efectuate determinări cu aparate ce pot stabili concentrația de gaze din aerul unei încăperi.

• La Universitatea Tehnică ”Gherghe Asachi” din Iași, în cadrul Facultății de Arhitectură și de Construcții, au fost efectuate astfel de măsurători în anfiteatre pentru studenți.

• În studiul realizat se prezintă aspecte privind metodologia de determinare a câtorva parametri ce permit evaluarea caracteristicilor mediului interior dar și a caracteristicilor termice ale anvelopei clădirii. Informațiile despre acești parametri - temperatura interioară, concetrația de vapori de apă, umiditatea relativă, temperatura de rouă, concentrația de CO2 /fig.2/ – pot fi utilizați pentru analiza calității mediului interior și pentru estimarea potențialului ventilării naturale a sălii amfiteatrului supus măsurătorilor.

10

350

550

750

950

1150

1350

1550

1750

1950

0 10000 20000 30000 40000 50000

350

750

1150

1550

1950

0 10000 20000 30000 40000 50000

Fig.2. Înregistrări simultane privind concentrația de CO2 in două spații de învațământ

situate în acceași clădire, în vederea determinării ratei de ventilare naturală neorganizată

a. Spațiu nereabilitat termic, tâmplărie neetanșă din lemn, rata ventilării n = 0.116 schimburi de aer / ora

b. Spațiu reabilitat termic, tâmplărie etanșa din PVC, rata ventilării n = 0.053 schimburi de aer / oră

a. b.

Rezultatul determinărilor arată că primenirea aerului este insuficientă, nivelul de CO2 fiind mai mare decât nivelul admis.

Timpul(h) Timpul(h)

Conc

entr

ația

de

CO2

Conc

entr

ația

de

CO2

11

3. Studiul bazat pe modelări fizice şi simulări numerice

• Studiul ventilării efectuat după executarea construcțiilor este important, însă poate fi destul de greu să se remedieze eventuala lipsă unei ventilări naturale eficiente. Utilizarea unor ventilatoare și a unor aparate de aer condiționat este oneroasă din cauza consumului crescut de energie electrică, a zgomotului produs de acestea, și din cauza curenților de aer prea puternici, prea reci sau dimpotrivă prea fierbinți, care diminuează starea de cofort.

• În aceste condiții, este obligatoriu studiul ventilării să facă parte din proiectul construcției întocmit de ingineri. Simpla prevedere a unor orificii de admisie a aerului proaspăt și a unor canale de evacuare a aerului viciat nu este suficientă pentru a garanta satisfacerea optimă a condițiilor de igienă și confort.

12

Metode de simulare numerică şi fizică

Care este avantajul metodei de calcul simplificat al ventilării?• În lucrarea ”Elemente privind ventilarea

clădirilor reabilitate termic”, se prezintă o modalitate de calcul simplificat privind ventilarea naturală în cazul locuințelor aglomerate. Principalul avantaj al metodei descrise este că permite stabilirea traseului curenţilor de aer care circulă cu viteze mici şi astfel să se stabilească poziţionarea optimă a orificiilor de admisie şi a canalelor de evacuare.

• Un calcul mai apropiat de realitate poate fi efectuat cu ajutorul programelor de calcul FLUENT, CFX, STAR-CD, PROSTAR, cu posibilitate de cuplare la programele ANSYS, NASTRAN, CAEDS, PATRAN, IDEEAS.

Care este metoda cea mai uşor de aplicat din metodele gazului trasor?• Există și posibilitatea ca investigațiile în faza

de proiectare să fie efectuate cu ajutorul unor modele fizice la scară redusă, utilizând un gaz trasor. De obicei se utilizează protoxidul de azot, hexaflorura de sulf, metanul, etanul și gazele organice fluorurate, însă cercetările de dată recentă recomandă utilizarea CO2 (dioxid de carbon). Metoda gazului trasor poate fi utilizată în trei variante de aplicare a gazului, care poate avea concentrație descrescătoare, concentrație constantă și emisie constantă. Metoda cea mai comod de aplicat, având și rezultate destul de precise, este cea a concentraţiei descrescătoare de gaz. /fig. 3/

13

Figura 3: Înregistrarea de CO2. Zona hașurată

corespunde perioadei de descreștere a concentrației datorită absenței surselor.

În general aceste modele fizice trebuie construite cu respectarea condițiilor de similitudine pentru mișcările convective ale aerului, și anume criteriile Grashof sau Rayleigh, primul pentru modelele cu aer și cel de-al doilea pentru modelele cu apă. Experimentările sunt totuși complicate și necesită aparatură de finețe pentru măsurarea concentrațiilor de poluant și identificarea liniilor de curent. Modelarea cu apă este utilizată la INSA din Reins, Franța, iar modelarea cu aer, la Catedra de Construcții Civile a Universității Tehnice din Iași.

14

4. Concluzii

• Ventilarea naturală este o problemă de excepțională importanță pentru satisfacerea cerințelor esențiale de igienă și confort în clădiri civile și cu atât mai mult în cele industriale, dar în prezent destul de neglijată, deși semnalată în nenumărate cazuri. Astfel se pune problema conștientizării arhitecților și inginerilor constructori asupra importanței acestui capitol din proiectarea construcțiilor. Sunt necesare atât campanii de investigare în clădiri cât și dezvoltarea capacității de simulare fizică și mai ales numerică a procesului de ventilare a clădirilor.