Language

iulie 4, 2022

CASA ECO-BIO-ECONOMICĂ

s.l.dr.ing. Dumitru Chisăliţă

Grean Deal-ul european presupune regândirea conceptelor arhitecturale ale clădirii sub aspectul dezvoltării durabile. Astfel se impune atât folosirea unor materiale ecologice, dar mai ales, având în vedere durata îndelungată a exploatării a acestui mijloc care satisface necesităţile fiziologice ale omului, să se promoveze noi concepţii de proiectare şi exploatare a instalaţiilor energetice şi ergonomice ale clădirii. Analizele şi intervenţiile legate de economia de energie şi asigurarea ergonomiei în condiţii de confort corespunzător, permit atingerea a trei deziderate ale dezvoltării durabile, şi anume, economia de resurse primare, reducerea emisiilor poluante în mediul înconjurător şi menţinerea sănătăţii ocupanţiilor.

Ultimii ani au fost ani defavorabili pentru sectorul petrolier si gazier, dar mai mult pentru consumatori decat pentru producatori, care au fost nevoiţi sa plateasca preturi din ce in ce mai mari pentru aceste resurse primare. Majoritatea ţărilor lumii sunt dependenea de petrol si gaze, iar a te baza pe aceste resurse in continuare este asumarea unui risc care se va accentua odata cu trecerea timpului.

E o prejudecata aceea ca nu am putea trai fara petrol, gaze si carbune. Multe din alternative, energia eoliana, biocombustibilii sau o economie bazata pe hidrogen, par impractice sau prea indepartate tehnologic pentru a produce o ruptura imediata de sursele neregenerabile. Dar este necesar sa constientizam ca ne apropiem tot mai mult “de fundul sacului” si lucrurile trebuie să se schimbe.

Esenţial este faptul că reducerea costului cu energia fără a face report la confortul termal şi ţinând cont de interacţiunea dintre clădiri şi sistemele de instalaţii într-o abordare prietenoasă faţă de mediu.

1. Consumul de energie in sectorul rezidential

Având în vedere faptul că cca. de 40% din consumul de energie din surse primare se realizează în sectorul rezidenţial şi a faptului că din acesta ponderea cea mai importantă o prezintă încălzirea / ventilarea este foarte important să se introducă locuinţa în ecuaţia dezvoltării durabile.

Dezvoltarea durabilă presupune regândirea conceptelor arhitecturale ale clădirii sub acest aspect. Astfel se impune atât folosirea unor materiale ecologice, dar mai ales, având în vedere durata îndelungată a exploatării a acestui mijloc care satisface necesităţile fiziologice ale omului, să se promoveze noi concepţii de proiectare şi exploatare a instalaţiilor energetice şi ergonomice ale clădirii. Analizele şi intervenţiile legate de economia de energie şi asigurarea ergonomiei în condiţii de confort corespunzător, permit atingerea a trei deziderate ale dezvoltării durabile, şi anume, economia de resurse primare, reducerea emisiilor poluante în mediul înconjurător şi menţinerea sănătăţii ocupanţiilor.

Ultimii ani au fost ani defavorabili pentru sectorul petrolier si gazier, dar mai mult pentru consumatori decat pentru producatori, care au fost nevoiţi sa plateasca preturi din ce in ce mai mari pentru aceste resurse primare. Majoritatea ţărilor lumii sunt dependenea de petrol si gaze, iar a te baza pe aceste resurse in continuare este asumarea unui risc care se va accentua odata cu trecerea timpului.

E o prejudecata aceea ca nu am putea trai fara petrol, gaze si carbune. Multe din alternative, energia eoliana, biocombustibilii sau o economie bazata pe hidrogen, par impractice sau prea indepartate tehnologic pentru a produce o ruptura imediata de sursele neregenerabile. Dar este necesar sa constientizam ca ne apropiem tot mai mult “de fundul sacului” si lucrurile trebuie să se schimbe.

Avantajele acestor revolutii tehnologice ar reduce cheltuielile masive pentru prospectare si extractie, ar diminua gradul de dependenta fata de petrolul si gazele din zone „fierbinti” precum Orientul Mijlociu, Cecenia, etc., ar reduce gradul de poluare si evitarea unor schimbari climaterice. Dezavantajele de ordin tehnic, economic ecologic etc., deşi puţine ar conduce la prăbuşirea unor grupuri de influenţe.

Dar alături de identificarea altor surse regenerabile de energie este necesară şi o reducere a risipei de energie prin dezvoltarea unor concepte noi de construcţie şi reconstrucţie a locuinţelor în care să se optimizeze elementele ecologogice, energetice, biologice şi economice.

Esenţial este faptul că reducerea costului cu energia fără a face report la confortul termal şi ţinând cont de interacţiunea dintre clădiri şi sistemele de instalaţii într-o abordare prietenoasă faţă de mediu.

Principiile privind proiectarea casei eco-bio-economice îşi propun oferirea locatarilor un trai sănătos, în armonie cu natura, inclusiv la nivel bioenergetic, în condiţiile unor costuri minime.

– modul de realizare a instalaţiilor de încălzire să fie unul mixt încălzire în podea, elemente de încălzire prin radiatoare şi instalaţii îngropate în perete, după un principiu care să asigure eficienţa maximă a instalaţiei şi care să răspundă necesităţilor fiziologice de încălzire/răcorire ale corpului uman;
– folosirea unui mixt de tehnici de încălzire/răcire format dintr-un sistem de: trigenerare cu gaze, instalaţie de încălzire solară şi pompă de căldură sol-apă;
– acordarea culoristicii zugrăvelilor şi mobilierului în concordanţă cu necesităţile de termo-higrometrice, psiho-medicale şi bioenergetice;
– amenajarea mobilierului şi decorarea interioară;
– folosirea unor pardoseli care să reducă cererea de energie şi să satisfacă cerinţele locatarilor;
– dimensionarea unor rezervoare tampon pentru înmagazinarea energiei solare şi geotermale din timpul zilei, in care se va realiza şi un circuit de apă caldă;
– dotarea casei cu turnuri de ventilarea naturală;
– realizarea unui sistem reglabil care să permită asigurarea unei ventilaţii naturale optime asigurării cu aer proaspăt şi eliminării umidităţii din aer;
– evitarea punţilor termice prin folosirea pereţilor circulari sau semicirculari şi respectiv aplicarea unor izolaţii suplimentare (clasice sau prin amenajarea interioarp) tuturor punţilor termice;
– înlocuirea învelitoarelor acoperite cu ţiglelor cu panouri voltaice şi schimbătoare de căldură;
– creşterea suprafeţei vitrate pentru feţele sudice;
– crearea unor culoare de dirijarea aerului prin pereţii şi pardoseală astfel încât să se încălzească / ventileze casa natural;
– creşterea inerţiei termice a pereţilor interiori, a pardoselii, a diverselor elemente de amenajare interioară etc. care să înmagazineze energia pasivă solară. Amplasarea acestora trebuie realizată de aşa natură încât să răspundă favorabil doar razelor solare din anotimpurile reci;
– folosirea sistemelor care să modifice culorile clădirii în funcţie de intensitatea solară şi necesarul de căldură;
– dezvoltarea orientării optime;
– folosirea pereţiilor şi a acoperişurilor vegetale;
– construirea serelor pasive;
– optimizarea efectelor energetice ale locaţiei şi încăperilor;
– amenajarea exterioară printr-o arhitectură a grădinii adecvate energetic;
– consum minim de teren;
– folosirea materialelor recuperabile;
– poluarea redusă a aerului şi apei, prin evitarea gunoiului, limitarea folosirii substanţelor chimice şi recurgerea la sisteme naturale de filtrare a apei;
– creşterea plantelor purificatoare;
– etc.

2. Studii ale locatiei Casa eco – bio – economica

In cele ce urmează se vor prezenta datele obţinute pentru Municipiul Mediaş, pe o parcelă de teren pe care se doreşte construirea unei astfel de case – prototip.

Locaţia pe care se doreşte construirea casei eco-bio-economice se găseşte la altitudinea de 318 m, 46,107 0 Latitudine Nordică şi 24,218 0 Longitudine estică.

Fig.1. Parcela, amprenta locuinţei şi relieful înconjurător

Alegerea parcelei s-a realizat după o metodologie fundamentată pe cca. 30 de citerii în care pe lângă cele uzuale s-au luat în calcul cele energetice, naturiste, biologice, ecologice, teorii orientale (cunoscute şi sub denumirea de Shan).

Stabilirea formei casei a luat în considerare: aportul maxim de energie solară printr-o suprafaţă vitrată optimă ca suprafaţă şi amplasament, diminuarea pierderilor energetice prin punţiile termice ale clădirilor clasice renunţând la pereţii drepţi şi colţurile la unghiuri de 90 0 şi propunând pereţi cilindrici şi semisferici (modelul locuinţelor triburilor nomade fig.2), circulaţia naturală a aerului în toate zonele clădirii şi eliminarea zonelor cu aer staţionar, folosirea unui taluz de pământ ca izolator pentru pereţii nordici,  atât în ceea ce priveşte păstrarea energiei cât şi eliminarea infiltraţiilor de aer având în vedere direcţia preponderentă a curenţilor de aer din anotimpul rece (vezi fig.4), direcţiea preponderentă a curenţiilor de aer din anotimpul călduros care are rolul de a răcorii locuinţa, precum şi alte elemente pe care le vom prezenta cu altă ocazie.

Proiectarea orientarii adecvate a imobilului (iarna radiatia solara directa este lasata sa penetreze locuinta, in timp ce vara incidenta solara nefiind perpendiculara cantitatea de energie care este retinuta de imobil este mai mica) permite incalzirea solara pasiva a locuintei, determinand utilizarea soarelui ca o sursa gratuita.


Colibe africane

Corturi nomade

Fig. 2. Modul de construcţie a locuinţor de către unele triburi în zilele noastre

Fig. 3. Curba descrisa de soare la unele ore şi momente din an  Fig.4 Direcţiile şi intensitatea vântului (m/s)

Tabelul 1 Viteza maximă a vântului pe diverse direcţii (m/s) (simularea s-a realizat cu soft-ul Weather Tool)

9.00NSEESVSNVNEV
Ianuarie01203035019
Februarie01030739025
Martie61603348019
Aprilie02603056016
Mai3356004106
Iunie63003043020
Iulie33860032012
August0323003236
Septembrie32630043016
Octombrie3410301206
Noiembrie02063333310
Decembrie3419001633
         
15.00NSEESVSNENVV
Ianuarie019336336
Februarie0777147017
Martie0196030322
Aprilie3106666330
Mai6389000312
Iunie10133000310
Iulie3483000322
August1229630036
Septembrie0333003616
Octombrie361600036
Noiembrie0266000016
Decembrie04512030312

Ţinând cont de altitudinea, latitudinea, longitudinea şi relieful zonei s-a determinat poziţia soarelui la diverse ore ale zilei şi la diverse momente din an.

Fig. 6. Orele de rasarit si apus al soarelui si numarul de ore de stralucire solara teoretica pentru zona Medias

  Fig. 7. Durata de stralucire medie orara a soarelui in zona Medias prin analiza datelor statistice din ultimii 10 ani

Fig. 8. Temperatura medie a aerului analizati pe o perioada de 10 ani

Plecând de la obţinerea unui aport solar energetic maxim s-a determinat forma casei care prezintă o parte semicirculara în partea sudică, capabilă să capteze maximul de energie solară şi un perete în partea nordică, tangent la forma semicirculară, plin, fără suprafeţe vitrate care va sprijinii taluzul de pământ ce va fi realizat ulterior ridicării construcţiei şi care va izola partea nordică a clădirii. Între stratul de pământ şi zidul clădirii se vor prevedea sisteme de hidroizolaţie corespunzătoare, iluminatul spaţiilor interioare fiind realizat prin intermediul tuburilor solare. 

Fig. 9. Modalitatea de construcţie a părţii sudice a locuinţei pentru captarea maximului de energie solară şi încălzirea pasivă a locuinţei (simularea s-a realizat cu soft-ul Weather Tool)

Pentru dimensiunile considerate ale casei 150 mp, cu un demisol, parter şi etajul 1, folosind geam termopan U=1, geamuri care reunesc o suprafata de 44 mp in partea sudică, sud-estică şi sud-vestică şi 20 mp în partea estică şi vestică, izolata la nivelul U=0,2 W/mp K, folosind softul CASANOVA, am obtinut urmatoarele valori pentru necesarul de energie al casei şi sursele pentru acoperirea lor (de mentionat ca simularea s-a realizat pentru o casa dreptunghiulară similară din motive legate de soft).

Fig. 10. Bilanţul de energie şi sursele pentru acoperirea necesarului (simularea s-a realizat cu soft-ul CASANOVA)

Din analiza graficelor figurii 9 se desprind că pierderile mari care se realizezază prin transferul de căldură la nivelul anvelopei, dar şi datorită ventilaţiei. Aportul energiei pasive solare este semnificativ el putând varia între 35% – 41 % din energia totală necesară la nivelul unui an, ceea ce recomandă folosirea acestui sistem el conducând la reducerea cheltuielilor anuale cu energia cu până la 25% în condiţiile unor case nou construite şi 12-15% pentru case vechi modernizate. Se poate observa că pierderile masive se realizează prin intermediul geamurilor şi prin ventilaţie ceea ce a determinat identificarea unor soluţii suplimentare de reducere a acestor tipuri de pierderi.

În tabelul 3 s-au prezentat mai multe orientări ale casei considerate în analiza din fig 9 şi s-a determinat că aportul solar cel mai mare se obţine pentru orientarea sudică care este cu 3,1% mai mare decât faţă de orientarea 350 SE şi de 5,2% faţă de orientarea 450 SE determinând economii în costul gazelor naturale folosite anual de 21,84 lei respectiv 51,24 lei şi a emanaţiilor anuale de CO2 în atmosferă de 98 kg/an şi respectiv de 160kg/an. Aceste economii nu sunt mari, dar dacă luăm în considerare că ele pot fi obţinute doar printr-o simpla pozitionare corecta, fără să implice nici o cheltuială, şi faptul că acest imobil va funcţiona 30 de ani şi că anual se construiesc câteva zeci de mii de locuinţe, prin calcul obţinem o reducere a cheltuielilor de 92,23 mil lei (30,7 mii USD) la care se mai adaugă 288 mii t CO2 care nu se mai emană în aer şi o conservare a rezervelor de gaz 110 mii mc, ne permite să ne facem o imagine adecvată a necesităţii schimbării mentalităţii româneşti, egoiste şi luarea în considerare şi a elementelor globale.

CONCLUZII

Heinrich Zille  afirma într-o lucrare „Cu o locuinţă poţi ucide un om la fel ca şi cu un topor.“, plecând de la această realitate am considerat necesar abordarea unui proiect în care locuinţa să nu mai fie văzută doar ca „un acoperiş deasupra capului”, ci un spaţiu funcţional în armonie cu natura şi elementele bio-energetice ale omului.

În acest sens se intenţionează folosirea la maxim a elementelor naturale pentru crearea unui mediu optim din punct de vedere: termic, higrometric, hidraulic, olfactiv, auditiv şi vizual, în condiţiile unor costuri scăzute de exploatare şi cu reducerea la minim a consumurilor din resurse neregenerabile. În acest material am abordat, doar o parte din elementele luate în considerare pentru captarea pasivă a energiei solare folosită pentru încălzirea locuinţei – prototip, dorind să subliniez în primul rând faptul că se pot îmbunătăţii elementele legate de: economia de energie, protecţia mediului, traiul sănătos şi armonios, cu costuri mici de investiţii sau chiar costuri 0, doar prin studierea atentă a unui grup de factori.