Permeabilitatea la aer a cladirilor
Introducere

Permeabilitatea cladirii la aer, ca parametru determinant in dimensionarea instalatiilor de incalzire (INCERC 1997) si ventilatie a cladirilor, variaza in principal in functie de destinatia incintelor. Totusi destinatia incintelor nu reprezinta decat unul dintre parametrii ce influenteaza permeabilitatea cladirii. Dintre acesti parametrii amintim: modul de dispunere a ferestrelor pe anvelopa cladirii (Fleury 1986; INCERC 1997), lungimea rosturilor, modul de deschidere al ferestrelor si tipul ferestrelor (Ilina et al. 1992, AIIR 2003). Un alt parametru extrem de important ce determina permeabilitatea cladirii este starea de intretinere a acesteia sau varsta cladirii, aspect mai putin luat in considerare in studiile de cercetare sau proiectare. Astfel, intelegerea modului in care acest parametru influenteaza valoarea permeabilitatii cladirii este determinanta atat in vederea dimensionari instalatiilor de incalzire sau ventilatie cat si a studiilor de reabilitare si renovare de cladirilor.
In acest articol ne propunem mai intai sa prezentam influenta mare pe care o manifesta starea de intretinere a cladirii asupra permeabilitatii la aer a acesteia. In cele din urma, vom prezenta o scurta comparatie a numarului de schimburi de aer orare, determinat in functie de valorile masurate ale indicelui de permeabilitate a cladirilor, comparativ cu valorile recomandate in normativul romanesc de calcul a necesarului de caldura. Articolul se imparte in doua parti principale: masuratorile experimentale si prezentarea rezultatelor.
Experimente
Masuratorile de permeabilitate s-au desfasurat in cadrul proiectului national francez de cercetare PRIMEQUAL-PREDIT, ce a vizat studiul influentei permeabilitatii cladirilor asupra tranportului de poluanti gazosi de la exterior spre interiorul cladirilor (Blondeau et al 2002).
In cadrul acestui proiect, opt scoli din La Rochelle, Franta, au fost alese spre analiza deoarece copiii reprezinta segmentul de populatie cel mai sensibil la poluare. Sase dintre scoli se situeaza in La Rochelle, celelalte doua fiind scolile primare ale comunelor Saint-Xandre si d’Esnandes din zonele suburbane ale La Rochelle-ului. Dintre caracteristicile fizice ale celor opt cladiri studiate (Iordache 2003) mentionam urmatoarele:
• Scoala Laleu I in La Rochelle: tamplarie din lemn in stare buna;
• Scoala Lafond in La Rochelle: tamplarie din PVC cu garnituri, fara fante de aerisire;
• Scoala Dor in La Rochelle: tamplarie din PVC cu garnituri, fara fante de aerisire;
• Scoala Valin in la Rochelle: tamplarie din PVC cu garnituri, fara fante de aerisire;
• Scoala LavoisierR (dupa renovare) in La Rochelle: tamplarie din PVC cu garnituri, fara fante de aerisire;
• Scoala Lavoisier (inainte de renovare) in La Rochelle: tamplarie din lemn, putred, rosturi vizibile;
• Scoala din Saint-Xandre: tamplarie de aluminiu cu o garnitura lipsa;
• Scoala din Esnandes: tamplarie PVC cu garnituri, cu fante de aerisire;
• Scoala Descartes in La Rochelle: tamplarie de fier, ruginita, rosturi lungi vizibile.
Din fiecare scoala a fost aleasa cate o sala de curs cu o singura fatada exterioara pentru masuratorile de permeabilitate caracteristice intregii scoli. Una din metodele de masurare a permeabilitatii unei cladiri (Metoda Diminuarii Concentratiei) consta in cresterea initiala a concentratiei in poluant la interior. Apoi, oprindu-se alimentarea cu poluant, se masoara diminuarea in timp a concentratiei interioare, conducand in cele din urma la valoarea permeabilitatii camerei. Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca concentratia de poluant de la interior poate fi influentata de reactiile chimice omogene si eterogene. Metoda folosita este cea a „Usii False“ (ASTM 1999, ISO 1996, Riberon et al. 1991) consta in inregistrarea simultana a diferentei de presiune interior - exterior, Dp [Pa], si a debitului de aer introdus sau scos din incapere, Q [m3/h], cu ajutorul unui ventilator. Legea de permeabilitate (ecuatia 1), determinata prin coeficientii C si n, este obtinuta prin interpolare intre punctele diferitelor masuratori simultane a celor doi parametrii (Q, Dp).
Q = C * Dpn (1)
unde C [m3/h/(Pan)] este permeabilitatea cladirii si depinde de lungimea si largimea rosturilor fatadei exterioare a cladirii, iar n [-] este un coeficient relativ la tipul de curgere a aerului prin rosturi si variaza intre 0.5 si 1. O valoare a acestui ultim parametru de 0.5 corespunde unei curgeri turbulente, iar o valoare de 1 corespunde unei curgeri laminare.
Diferenta de presiune dintre interior si exterior a fost masurata cu ajutorul unui micromanometru Furness de tip FCO12. Debitul de aer insuflat, egal cu debitul de aer ce traverseaza rosturile ferestrelor, a fost determinat masurand viteza in centrul tubulaturii de ventilatie prin care se introduce si scoate aerul din incaperea analizata. O relatie de corespondenta intre aceasta viteza si debitul de aer a fost in prealabil studiata in laborator cu ajutorul unei instalatii de gaz trasor fabricata de catre Bruel&Kjaer.
Protocolul de masura aplicat fiecarei scoli consta din patru masuratori diferite:
1- Masuratoare in suprapresiune interioara cu fatada etanseizata;
2- Masuratoare in depresiune interioara cu fatada etanseizata;
3- Masuratoare in suprapresiune cu fatada ne-etanseizata; si
4- Masuratoare in depresiune cu fatada ne-etanseizata.
Dintre cele patru tipuri de masuratori, cele mai interesante sunt cele caracterizate de o depresiune interioara a salilor, deoarece corespund infiltratiilor de aer exterior spre interiorul cladirii. Pentru fiecare serie de masuratori, debitul si diferenta de presiune sunt masurate timp de trei minute (o masuratoare la fiecare 5sec), pentru valori ale diferentei de presiune cuprinse intre 3 si 60Pa. Valoarea retinuta pentru debit corespunde mediei aritmetice a debitelor inregistrate pe parcursul celor trei minute. Au fost evitate perioadele de timp caracterizate de viteze ale vantului mai mari de 2m/s si cele cu deviatia standard a diferentei de presiune mai mare de 2Pa. Legea de permeabilitate a salii de clasa analizate se obtine prin interpolare de tip „putere“ a punctelor de coordonate (Q, Dp) obtinute prin masuratori simultane a celor doi coeficienti si rezulta sub forma unei curbe (Fig. 1).
Reprezentativitatea acestei curbe relativ la setul de puncte masurate este redata de coeficientul de corelatie R2 [-], cu valori cuprinse intre 0 si 1. Valorile ridicate ale acestui coeficient arata o buna corelatie a punctelor de masura si deci faptul ca curba determinata este intr-adevar legea de permeabilitate a salii de clasa analizate. Valori scazute ale acestui coeficient de corelatie conduc la o probabilitate scazuta ca, curba obtinuta sa fie legea de permeabilitate a cladirii. Valorile scazule ale acestui coeficient sunt evitate tocmai prin respectarea conditiilor initiale ca viteza vantului sa fie mai mica de 2m/s si ca deviatia standard a diferentei de presiune sa fie mai mica de 2Pa.
Aceasta lege de permeabilitate reprezinta o caracteristica a camerei si nu a fatadei cladirii, deoarece debitele de aer masurate reprezinta suma dintre, pe de o parte, a debitelor de aer ce traverseaza fatada cladirii si, de cealalta parte, debitele de aer ce traverseaza rosturile usii salii de clasa spre interiorul cladirii. Astfel, legea de permeabilitate a fatadei cladirii reprezinta de fapt diferenta dintre cele doua legi de permeabilitate ale salii de clasa caracteristice fatadei ne-etanseizata (masuratoarea 4) si fatadei etanseizata (masuratoarea 2).
Rezultate
Masuratorile de permeabilitate au fost efectuate in fiecare din cele opt scoli atat pentru cazul de suprapresiune cat si depresiune interioara si au fost stabilite opt legi de permeabilitate diferite. Vizualizarea acestor legi de permeabilitate (Fig. 2) constituie prima metoda de comparatie a scolilor in functie de permeabilitatea cladirilor.
Ierarhizarea celor opt scoli se realizeaza de asemenea prin intermediul debitului de aer ce patrunde in interiorul cladirii datorita unei diferente de presiune de 4Pa (cel mai des intalnit in realitate si 50Pa pentru masuratori in laborator), si se noteaza cu Q4Pa. Un alt indice ce poate fi folosit pentru ierarhizarea scolilor este Q4Pa impartit la lungimea rosturilor, notat cu QL 4Pa. Valorile celor doi coeficienti folositi pentru ierarhizare, obtinuti in urma studiului experimental, prezinta o grupare a scolilor in trei clase (Fig. 3):
• Cladiri „Foarte Permeabile“: Scoala Descartes;
• Cladiri „Permeabile“: Scolile Lavoisier, Esnandes si St.Xandre; si
• Cladiri „Etanse“: Scolile LavoisierR, Fafond si Dor.
Cele trei clase de permeabilitati releva o buna asemanare cu aspectele vizuale ale tamplariei scolilor, mentionate in paragraful anterior. Astfel scoala Descartes, a carei tamplarie din fier era ruginita, cu ferestre intepenite si rosturi vizibile, este intr-adevar cea mai permeabila, in timp ce scolile cu tamplarie din PVC si cu garnituri de-a lungul rosturilor sunt intr-adevar cele mai etanse.
Masuratorile de permeabilitate de la scolile Laleu I si Valin nu s-au putut obtine, deoarece salile analizate comunicau cu alte sali prin intermediul plafonului fals si ca urmare nu s-au putut pune salile in depresiune sau suprapresiune fata de exterior. Putem presupune totusi ca aceste doua cladiri fac parte din categoria cladirilor „Etanse“, datorita aspectului vizual al tamplariei.
Faptul ca indicii de permeabilitate sunt diferiti sustine afirmatia initiala: starea de intretinere a tamplariei si in general a intregii cladiri influenteaza permeabilitatea cladirii. Prin urmare este influentat debitul de infiltratii de aer de la exterior spre interiorul cladirii, inducandu-se astfel schimbari importante in modul de calcul a necesarului de caldura al camerelor si in cele din urma a dimensionarii instalatiilor de incalzire si ventilatie ale cladiri.
Un al doilea aspect important ce merita analizat consta in compararea numarului de schimburi de aer ce caracterizeaza cele trei categorii de scoli datorat caracteristicii intrinseci a cladirii (permeabilitatea) cu valorile prescrise in normativul C 107 si in STAS 1907/97 bazate pe aspecte de confort fiziologic (Fig. 4).
Starea tamplariei joaca un rol foarte important asupra ventilarii naturale necontrolate a cladirilor putand conduce in multe situatii la valori diferite de cele recomandate in normativ. Valorile recomandate a fost obtinute in baza asigurarii confortului fiziologic si a sigurantei in exploatare a cladirilor. Astfel camere cu arderi interne de combustibil (bucatarii sau garaje) sau cameri caracterizate de un numar mare de persoane (sali de curs, scoli, gradinite) necesita un numar de schimburi de aer mai ridicat. Alegerea tipului de tamplarie trebuie tratata cu cea mai mare atentie datorita influentei puternice pe care o are asupra numarului de schimburi de aer pe ora si in cele din urma asupra climatului de la interiorul cladirilor.
Concluzie
Experimentele au fost efectuate in opt scoli din La Rochelle, Franta, caracterizate de diferite tipuri de tamplarie: de la tamplarie noua din PVC cu garnituri, pana la tamplarie veche din fier ruginita. Permeabilitatile cladirilor au fost determinate cu ajutorul metodei „Usii False“, iar permeabilitatile fatadelor cladirilor au fost determinate prin scaderea legilor de permeabilitate a cladirii pentru cazurile fatadelor etanseizate si ne-etanseizate. Permeabilitatea fatadelor cladirilor depinde in mare masura de tipul rosturilor (lungimea si largimea acestora), care depinde in mare masura de varsta cladirii sau de starea de intretinere a tamplariei. Cladirile ale caror fatade nu au fost renovate (tamplarii din fier ruginite sau tamplarii din lemn putrede) s-au devedit ca fiind cele mai permeabile. Astfel starea tamplariei se dovedeste ca exercitand o mare influenta asupra debitului de aer ce penetreaza spre interiorul cladirii, asupra necesarului de caldura si in cele din urma asupra dimensionarii si functionarii instalatiilor de incalzire si ventilatii.
Recunoasteri
Acest proiect francez de cercetare, cu caracter national, a fost finantat de catre ADEME (Agence de l’Environment et de la Maitrise de l’Energie). Ajutorul acordat de Daniel Genin, Michel Burlot, Erwan Longuet, Jérôme Bouilly, Doina Iordache, Anne-Lise Tiffonet si Olivier Poupard din timpul experimentelor este recunoscut cu multumiri.
Referinte
1. AIIR, 2002, Incalzire - Manualul de Instalatii, Editura Artecno, Bucuresti.
2. ASTM E 779-99: Standard Test Method for Determining Air Leakage Rate by Fan Pressurization, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States.
3. Blondeau P., Iordache V., Poupard O., Ghiaus C., Allard F., Genin D., Caini F., 2003. Etude de l’impact de la pollution atmosphérique sur l’exposition des enfants en milieu scolaire - Recherche de moyens de prédiction et de protection. Projet PRIMEQUAL-PREDIT, Laboratoir LEPTAB - Universite de La Rochelle, France.
4. Ilina M., Bandrabur C., Popescu M., Stanescu S., Chiriac A., Cocora O., 1992, Instalatii de incalzire - Indrumator de proiectare. Editura Tehnica, Bucuresti.
5. INCERC 1997. STAS 1907/97. National Institute of Building Research, Bucharest, Romania.
6. Iordache, V., 2003, Etude de l’impact de la pollution atmosphérique sur l’exposition des enfants en milieu scolaire - Recherche de moyens de prédiction et de protection. PhD Thesis, University of La Rochelle, France.
7. ISO 9972:1996(F): Isolation thermique - Détermination de l’étanchéité a l’air des batiments - Méthode de pressurisation par ventilateur, Norme Internationale
8. Ribéron J. Guide méthodologique pour la mesure de la perméabilité a l’air des enveloppes de batiments. Cahiers du CSTB n° 2493, 1991. Paris: Centre Scientifique et Technique du Batiment, 21 p.

Vlad Iordache
Facultatea de Instalatii
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

Patrice Blondeau, Cristian Ghiaus,
Francis Allard Leptab
Universite de La Rochelle

© Copyright 2006 - Editura Minos