Ventilația Naturală Indusă de Captori Solari Pentru Aer

Rezumat

Articolul prezintă trei modele de calcul pentru ventilaţia naturală a unei incinte luând în consideraţie presiunea termică interioară, influenţa curenţilor de aer exteriori clădirii şi transferul termic într-un captor solar aşezat pe acoperişul unei clădiri. Dintre cele trei modele, cel mai dificil de transpus tehnic este cel care consideră efectul vântului exterior din cauza caracterului său aleatoriu. Pentru verificarea corectitudinii modelelor s-a considerat o clădire pentru care s-a dimensionat un panou solar. S-a constatat că pentru valori ale radiaţiei solare, randamentelor şi vitezei curentului de aer prin insolator cele două modelele se verifică reciproc. Astfel, dimensionând panoul solar prin metoda simplificată, şi introducând ulterior valorile calculate în acela de-al doilea model, debitele masice respectiv vitezele aerului sunt verificate.

Introducere

Încălzirea, răcirea şi condiţionarea aerului în spaţiile închise reprezintă o problematică complexă care a evoluat în timp de la simplul studiu al mişcării maselor de aer la aspecte legate de calitatea aerului, la eficienţa energetică a clădirilor şi, mai ales în prezent, la impactul asupra sănătăţii publice. În acest context o preocupare readusă în actualitate o reprezintă ventilarea naturală în scopul încălzirii sau răcirii spaţiilor prin utilizarea efectelor energiilor solară şi a vântului. Studierea ventilării implică găsirea de soluţii pentru minimizarea transferului de căldură către structura clădirii pe timpul verii respectiv captarea surselor interne şi externe de căldură pe timpul iernii. Aceste procese sunt legate, în principal de două aspecte: transferul de căldură convectiv şi conductiv respectiv transferul de căldură prin radiaţie – exprimate generic prin denumirea de „efect de horn”- şi variaţiile de presiune datorate influenţei curenţilor exteriori – „efect de vânt”. Studiile cunoscute cu privire la ventilarea clădirilor au avut importante componente experimentale deoarece atât efectul de horn cât şi cel de vânt nu pot fi exclusiv descrise analitic. Astfel, unele cercetări s-au orientat către studierea efectului de horn atât în ceea ce priveşte influenţa altitudinii soarelui în raport cu înclinarea captorului [1] ,[2] ,[3] ,[4] sau cercetarea eficienţei efectului în cazul faţadelor drepte ale clădirilor [5] ,[6] ,[7] O altă categorie de cercetări s-a referit la soluţiile tehnice care pot fi adoptate, mai ales pentru acoperişurile înclinate, fie prin utilizarea pereţilor dubli ai acestuia şi ventilarea lor forţată [8] , [9] , [10] , sau naturală [11] , [12] , prin combinarea efectului de horn cu cel obţinut prin utilizarea de captori solari termici pentru aer, [13] fie prin realizarea unui sisteme de ventilare a întregii construcţii realizat prin pereţii dubli verticali, efectul de horn [14] şi captori solari [12].

Rezultatele cercetărilor au parţial caracter de generalitate deoarece datele utilizate au fost legate de amplasamente specifice. Totuşi se pot reţine câteva concluzii conform cărora utilizarea captorilor solari pentru aer este eficientă dacă aceştia sunt plasaţi pe acoperişuri înclinate [1],[2] iar la nivelul fenomenelor de transfer termic izolarea acoperişului (care poate reduce fenomenele de convecţie şi conducţie) trebuie suplimentată prin prevederea unui canal de ventilare între stratul expus şi cel interior (acoperiş dublu strat) pentru a reduce efectul radiaţiei [8]. Astfel, la înclinări ale acoperişului de 300 izolarea este mai bună iar în spaţiul de sub acoperiş se poate obţine o reducerea a fluxului de căldură spre interior cu cca. 40-50 W/m2. De asemenea, efectul de horn pentru clădiri puţin înalte este eficient dacă acestea au pereţii dublii orientaţi spre sud [4] iar acoperişurile ventilate natural au o eficienţă cu 10% mai ridicată dacă sunt prevăzute cu parcurs dublu [11]. În cazul în care unghiul de înclinare al acoperişului este acelaşi cu cel al profilului celulelor prin care are loc curgerea aerului eficienţa izolaţiei creşte [12].

Temperaturile care se pot înregistra pe un acoperiş al unei construcţii clasice în timpul verii pot atinge max. 75-80 0C funcţie de înclinarea şi orientarea construcţiei. Pe de altă parte în jurul clădirii pot exista curenţi care să ajute la îmbunătăţirea ventilaţiei naturale prin crearea unui efect de depresiune la partea superioară. Aceste două fenomene fac obiectul lucrării de faţă care propune în final şi un calcul simplificat pentru dimensionarea unui captor solar pentru aer în scopul obţinerii unei ventilaţii naturale eficiente.