ANALIZA PUN ILOR TERMICE

PENTRU ANVELOPE IZOLATE PAR IAL LA CL DIRI DE LOCUIT

DIN PANOURI MARI PREFABRICATE

ADRIAN IACOB, IRINA BLIUC, IRINA BARAN, ADRIANA LUC IA KADHIM-ABID

Rezumat

n procesul de eficientizare termo-energetic a fondului de locuine existent, n care

termoizolarea suplimentar a anvelopei constituie m sura principal , apar frecvent situaii

de izolare termic parial , pe zona aferent unui apartament sau unui grup de apartamente.

Aceste situaii, justificate n special de contextul economic, dar i de anumite considerente

arhitecturale, influeneaz gradul de corecie a punilor termice incluse n anvelop , prin

reducerea necesarului de energie pentru exploatare i a riscului de condens superficial.

Prezenta lucrare are ca obiectiv o analiz a acestor aspecte pe cl diri din panouri mari

prefabricate, i pune n eviden influena a diferii factori asupra valorilor parametrilor ce

caracterizeaz efectul punilor termice, precum i posibilit ile de optimizare a soluiilor

constructive din aceast categorie, ca alternativ la termoizolarea general .

1. Context

Aproximativ 70% din blocurile de locuine din Romnia executate nainte de 1989 sunt

realizate din panouri mari prefabricate, soluia constructiv fiind foarte r spndit n Frana i

n toate statele Europei Centrale i de Est, precum i n unele regiuni ale Uniunii Sovietice, cu

minore modific ri locale (Ilomets et al., 2011). Asemenea cl diri nu r spund exigenelor

actuale de eficien energetic , n principal datorit nivelurilor de performan reduse cerute

de standardele n vigoare n perioada n care au fost construite. Ca urmare, procesul de

reabilitare termo-energetic a fondului construit existent n care termoizolarea suplimentar

a anvelopei constituie elementul principal include cu prec dere acest tip de structuri.

Panourile mari prefabricate au n general o alc tuire de tip sandvi , constnd din dou

straturi de beton armat, care nchid un strat de izolaie termic . Conlucrarea dintre cele dou

straturi de beton i dintre panouri diferite este obinut prin conexiuni ce str bat stratul de

izolaie termic genernd puni termice, cu un impact defavorabil semnificativ asupra

comport rii higrotermice a anvelopei, prin reducerea cu pn la 40% a performanei acesteia

(Lee i Pessiki, 2004, 2006). Este recunoscut faptul c protecia termic suplimentar general

a faadei, realizat prin dispunerea unui strat continuu de material termoizolant spre exterior,

conduce la diminuarea semnificativ a efectelor punilor termice, reflectat n reducerea

necesarului de energie pentru nc lzire i cre terea nivelului de confort.

Apar ns frecvente situaii, justificate n general de conjunctura economic , dar i de

unele considerente arhitecturale, n care se execut o protecie termic suplimentar parial ,

la nivel de apartament, termoizolaia fiind dispus la exterior, dar i la interior (Iacob, 2012).

Prezenta lucrare i propune s analizeze eficiena acestui mod de abordare prin prisma

m surii n care pot fi diminuate efectele punilor termice, evideniind contribuia principalilor

factori care intervin n scopul optimiz rii soluiilor constructive.

2. Materiale i metode

2.1 Criterii de analiz

Majoritatea reglement rilor n vigoare recomand pentru evaluarea efectelor punilor

termice asupra performanei energetice a cl dirilor, confortului termic i riscului de condens

superficial, n stadiul de proiect sau n vederea certific rii, o metod care opereaz cu dou

tipuri de parametri caracteristici: coeficienii liniari i punctuali de transfer termic, ,

respectiv , i factorul de temperatur , fRsi (Georgescu et al., 2010; Ge et al., 2013). Aceast

metod este suficient de operativ i ofer un grad de precizie adecvat. Coeficienii specifici

liniari, , i punctuali, , de transfer termic se calculeaz cu relaiile:

q

yD

DF=

l (1)

q

cDDF

= (2)

n care:

este surplusul de flux termic datorat punii termice: = - u [W] ;

fluxul termic ce traverseaz domeniul cu punte termic [W] ;

u fluxul termic ce traverseaz domeniul n absena punii termice [W] ;

l lungimea punii termice liniare [m] ;

c derea total de temperatur : = i - e [C] .

n normativul C107/3-2005 coeficienii liniari i punctuali de transfer termic sunt definii

ca termeni de corecie ai transmitanei termice, care in seama de influena unei puni termice

liniare sau punctuale, fa de un calcul unidirecional al fluxului termic n regim staionar,

raportat la suprafaa i la diferena dintre temperaturile mediilor situate de o parte i de alta a

unui sistem.

Sub aspectul confortului higrotermic punile termice sunt caracterizate prin temperatura

superficial interioar minim , si min, a c rei valoare condiioneaz formarea condensului pe

suprafaa interioar a elementului de anvelop . Criteriul pe care componentele anvelopei

trebuie s l ndeplineasc pentru a evita acest fenomen superficial este definit de relaia:

rsi qq > (3)

n care:

r este temperatura de rou , la care presiunea parial a vaporilor de ap devine egal cu

presiunea de saturaie [C] .

Valoarea temperaturii superficiale este dependent de temperaturile la limit i nu poate fi

folosit n definirea unei puni termice. Astfel, pentru elementul de anvelop ce desparte dou

medii cu caracteristici higrotermice diferite, se folose te factorul de temperatur , o m rime

adimensional ce nu variaz n funcie de temperaturile la limit , care se calculeaz pentru un

punct (x,y,z) de pe suprafaa interioar a anvelopei, cu relaia:

( ) ( )ei

esiRsi

zyxzyxf

qqqq

-

-=

,,,, (4)

n care:

fRsi(x,y,z) este factorul de temperatur pe suprafaa interioar n punctul (x,y,z);

si(x,y,z) temperatura pe suprafaa interioar n punctul (x,y,z) [C] ;

i temperatura aerului interior [C] ;

e temperatura aerului exterior [C] .

2.2 Obiectul analizei

n perioada de maxim utilizare a soluiei de realizare a cl dirilor din panouri mari

prefabricate, structura i alc tuirea acestora a cunoscut o evoluie continu determinat de

necesitatea optimiz rii nivelului de protecie termic , prin reducerea ponderii punilor termice,

dar i de restriciile privind utilizarea materialelor izolante termic de mare eficien . Aceast

evoluie se reflect n proiectele tip aplicate n diferite perioade.

Pentru analiz a fost ales detaliul de mbinare n rost vertical a dou panouri de faad cu

un panou de perete interior, pentru dou variante de realizare parial a izolaiei termice

suplimentare:

- dispunerea stratului termoizolant suplimentar la exterior pe poriunea de faad aferent

apartamentului (Fig.1);

- dispunerea stratului termoizolant suplimentar la interior pe poriunea de faad aferent

apartamentului (Fig.2).

Factorii variabili considerai n analiz pentru varianta de dispunere a stratului

termoizolant la exterior sunt:

- grosimea stratului de izolaie (d), cu intervalul de variaie [0; 20] cm;

- zona de extindere a izolaiei (b), cu intervalul de variaie din axa peretelui interior [-10;

60] cm.

M sura n care cei doi factori (Fig.1.b) influeneaz valorile criteriilor de analiz , a fost

apreciat comparativ cu soluia de izolare prin dispunerea continu a stratului termoizolant la

exterior (Fig.1.a).

Figura 1. mbinare vertical panou interior din beton armat, monolitizat cu panouri

exterioare din beton armat avnd integrat izolaie din vat mineral . a. izolare exterioar

complet ; b. izolare exterioar parial .

Pentru a doua variant , cu stratul termoizolant spre interior, au fost luai n considerare

urm torii factori variabili:

- grosimea stratului de izolaie (d), cu intervalul de variaie [0; 10] cm;

- extinderea izolaiei pe suprafaa peretelui interior (b), cu intervalul de variaie [0; 50]

cm.

Pentru aceast variant de izolare au fost considerate dou situaii, cu izolarea ambelor

panouri exterioare i cu izolarea doar a unui panou exterior.

Figura 2. Soluii de ameliorare termic la interior, cu izolare simetric a pereilor exteriori

(a), i extindere pe peretele interior (b), i cu izolare asimetric a unui perete exterior (c), i

extindere pe peretele interior (d).

Variaia parametrilor ce caracterizeaz efectul punilor termice, respectiv coeficientul

liniar de transfer termic i factorul de temperatur , n raport cu factorii variabili care intervin a

fost analizat pe baza cmpului termic, pe zona de influen a punilor termice. Determinarea

cmpului termic aferent zonelor analizate a fost realizat prin discretizarea domeniilor cu

metoda volumelor finite, programul de calcul utilizat fiind ANSYS (SR EN ISO 10211,

2008).

3. Rezultate i discu ii

3.1 Dispunerea termoizola iei par iale la exterior

Rezultatele analizelor numerice relev zona de extindere a termoizolaiei ca factor

principal n reducerea valorii coeficienilor liniari de transfer termic, datorit variabilit ii

mari a acesteia (Fig.3). Transmitana liniar ce intereseaz n mod deosebit este cea

corespunz toare panoului izolat, 1, care poate fi considerat ntr-o m sur nesemnificativ

redus n urma izol rii pariale cu zone de extindere uzuale de 1020 cm. Corectarea total a

punilor termice, la acela i nivel cu izolarea complet a faadei, devine n aceast situaie

irealizabil chiar i pentru zone de extindere de 60 cm, pentru orice nivel de protecie termic

suplimentar . Mai mult, pe m sur ce grosimea termoizolaiei aplicate cre te, este mai greu de

obinut apropierea coeficientului 1 de valoarea sa minim , corespunz toare situaiei cu

izolare general .

Un aspect important este direcionarea fluxului termic spre zona neizolat , pentru care se

obin efecte favorabile, chiar i pentru retragerea termoizolaiei la -10 cm fa de axa peretelui

interior (Fig.4). Influena izol rii pariale este estimat astfel cu diferenele 1 = 1 ,

respectiv 2 = 2 (unde reprezint transmitanele liniare ale punii termice din Fig.1.a,

iar 1 i 2 reprezint transmitanele liniare ale detaliului din Fig.1.b). Valorile mai mari ale

coeficientului liniar de transfer termic 2 fa de cele ale coeficientului 1 la acest detaliu,

pentru zone de extindere a izolaiei ntre 0 i 20 cm, se datoreaz nervurilor de conlucrare a

straturilor de beton. Pentru extinderi mai mari de 30 cm influena dominant o constituie

termoizolarea parial .

Figura 3. Variaia coeficienilor liniari de transfer termic pentru detaliul din Fig.1.b.

Figura 4. Influena izol rii pariale asupra coeficienilor liniari de transfer termic pentru

detaliul din Fig.1.b.

Corectarea punilor termice sub aspectul performanei energetice nu mai atinge acela i

nivel ca n cazul izol rii complete a faadei, dar sunt ndeplinite condiiile din punct de vedere

al elimin rii riscului de condens superficial. Factorul de temperatur fRsi1 se afl ntr-o zon de

siguran pentru orice soluie de izolare parial a punii termice, dar este de observat c la

grosimi mari de termoizolaie exterioar temperaturile superficiale minime prezint cele mai

mari reduceri, f r ns a cobor sub nivelul valorilor obinute pentru situaiile cu grosimi

mici de protecie termic suplimentar . Factorul de temperatur fRsi2 este n orice situaie

inferior factorului fRsi1 (Fig.5), dar extinderea zonei de izolare contribuie la majorarea

semnificativ a valorilor (Fig.6). Influena izol rii pariale este estimat astfel cu diferenele

fRsi1 = fRsi1 f Rsi, respectiv fRsi2 = fRsi2 f Rsi (unde fRsi reprezint transmitanele liniare ale

punii termice din Fig.1.a, iar fRsi1 i fRsi2 reprezint transmitanele liniare ale detaliului din

Fig.1.b).

Figura 5. Variaia factorilor de temperatur pentru detaliul din Fig.1.b.

Figura 6. Influena izol rii pariale asupra factorilor de temperatur pentru detaliul din Fig.1.b.

3.2 Dispunerea stratului de izola ie termic la interior

Stratul termoizolant dispus la interior poate fi aplicat pe dou panouri de faad adiacente

(izolare simetric ) sau numai pe unul din acestea (izolare asimetric ).

Izolarea simetric rezult a avea o eficien medie sub aspectul pierderilor de c ldur

(Fig.7), prin diminuarea valorilor coeficienilor liniari de transfer termic, dar meninerea lor la

niveluri semnificative, prin comparaie cu soluia termoizol rii exterioare. Aplicarea unei

izolaii cu grosimea de 5 cm conduce la o mic orare a valorilor cu 0,250,33 W/mK, dar

suplimentarea acesteia cu nc 5 cm de polistiren nu va dubla efectul de ameliorare.

Contribuia de 0,040,06 W/mK la reducerea coeficienilor demonstreaz ineficiena

utiliz rii unei izolaii interioare cu grosime mare. Zona de extindere a izolaiei pe suprafaa

peretelui interior este un factor important doar dac nu dep e te dimensiunea de 20 cm, dar

dac se alege o grosime mare de izolaie termic , atunci poate fi justificat i aplicarea pe

zone extinse.

Figura 7. Variaia coeficienilor liniari de transfer termic pentru detaliile din Fig.2.a,b

izolare simetric .

Spre deosebire de izolarea parial la exterior, izolarea asimetric la interior avantajeaz

protecia termic a panoului izolat, dar contribuie la majorarea pierderilor de c ldur prin

panoul neizolat. Observaiile referitoare la grosimea i extinderea izolaiei de la ameliorarea

simetric r mn valabile i n aceast situaie, cu meniunea c se manifest o intensificare a

efectelor pe care le determin , fiind posibil corectarea efectului de punte termic pentru

panoul izolat (Fig.8).

Figura 8. Variaia coeficienilor liniari de transfer termic pentru detaliile din Fig.2.c,d

izolare asimetric .

Riscul de condens superficial este eliminat de orice soluie de izolare simetric , extinderea

termoizolaiei fiind mai important pe m sur ce cre te grosimea acesteia (Fig.9).

La izolarea asimetric factorul de temperatur fRsi1 este puternic influenat de grosimea

izolaiei i de primii 20 cm ai zonei de extindere, dar n acela i timp factorul fRsi2

demonstreaz un grad mai mare de expunere la riscul de condens, chiar fa de situaia f r

izolaie suplimentar (Fig.10).

Figura 9. Variaia factorilor de temperatur pentru detaliile din Fig.2.a,b izolare simetric .

Figura 10. Variaia factorilor de temperatur pentru detaliile din Fig.2.c,d izolare asimetric .

4. Concluzii

Izolarea parial a anvelopei pe zone corespunz toare apartamentelor este o situaie foarte

des ntlnit n ameliorarea termic a faadelor. Rezultatele analizelor numerice relev zona de

extindere a termoizolaiei ca factor principal n reducerea valorii coeficienilor liniari de

transfer termic, datorit variabilit ii mari a acesteia. Transmitana liniar corespunz toare

panoului izolat poate fi considerat ntr-o m sur nesemnificativ redus n urma izol rii

pariale cu zone de extindere uzuale de 1020 cm. Corectarea total a punilor termice,

posibil la izolarea complet a faadei, devine n aceast situaie irealizabil chiar i pentru

zone de extindere de 60 cm, pentru orice nivel de protecie termic suplimentar .

Corectarea punilor termice sub aspectul performanei energetice nu mai atinge acela i

nivel ca n cazul izol rii complete a faadei, dar sunt ndeplinite condiiile din punct de vedere

al elimin rii riscului de condens superficial.

Izolarea pereilor exteriori prin dispunerea termoizolaiei la interior are o eficien medie

sub aspectul pierderilor de c ldur , atunci cnd soluia este aplicat simetric, iar extinderea

izolaiei pe suprafaa peretelui interior este justificat n ameliorarea higrotermic doar dac

nu dep e te dimensiunea de 20 cm. Spre deosebire de izolarea parial la exterior, izolarea

asimetric la interior avantajeaz protecia termic a panoului izolat, fiind posibil corectarea

efectului de punte termic , dar contribuie la majorarea pierderilor de c ldur prin panoul

neizolat.

Riscul de condens este eliminat de orice soluie de izolare simetric , extinderea

termoizolaiei fiind mai important pe m sur ce cre te grosimea acesteia. La izolarea

asimetric , factorul de temperatur corespunz tor panoului izolat este puternic influenat de

grosimea izolaiei i de primii 20 cm ai zonei de extindere, dar n acela i timp factorul de

temperatur corespunz tor panoului neizolat demonstreaz un grad mai mare de expunere la

riscul de condens, fa de situaia f r izolaie suplimentar .

THERMAL BRIDGES ANALYSIS FOR PARTIALLY INSULATED

ENVELOPES OF PREFABRICATED CONCRETE

LARGE-PANEL APARTMENT BUILDINGS

Abstract

In the process of increasing the thermo-energetic efficiency of existing housing stock, in

which the additional insulating of the envelope is the main provision, situations of partial

insulation occur relatively frequent, on the area corresponding to an apartment or a group of

apartments. These cases, justified in particular by economic conditions, but also by some

architectural considerations, influence the extent of correction for thermal bridges included

in the envelope, by reducing the operation energy demand and the surface condensation risk.

This paper aims to analyse these issues for prefabricated concrete large-panel buildings, and

highlights the influence of various factors on the parameters characterizing the effect of

thermal bridges, and also the optimization possibilities for constructive solutions from this

category, as an alternative to the general insulation.

BIBLIOGRAFIE

1. C 107/3, Normativ privind calculul performanelor termoenergetice ale elementelor de

construcie ale cl dirii , 2005.

2. Ge H., McClung V.R., Zhang S., Impact of balcony thermal bridges on the overall thermal

performance of multi-unit residential buildings: A case study, Energy and Buildings, vol. 60,

2013, pp. 163-173.

3. Georgescu M., Ochinciuc C.V., Constantinescu D., Bliuc I., Demir V., Negoescu G., Pan

R., Pan C., Prelipceanu A.A., Petcu C., Udrea I., Popa R.T., Iacob A., Moga I., Moga L.M.,

Catalog de puni termice la cl diri Studiu documentar, Contract nr. 434/22.12.2009,

(UAUIM-CCPEC nr. 23/22/12/2009), Beneficiar: Ministerul Dezvolt rii Regionale i

Turismului MDRT.

4. Iacob A., Atlas de puni termice, Tez de doctorat, Universitatea Tehnic Gheorghe

Asachi din Ia i, Facultatea de Construcii i Instalaii, Ia i, 2012.

5. Ilomets S., Kalamees T., Paap L., Evaluation of the thermal bridges of prefabricated

concrete large-panel and brick apartment buildings in Estonia, Proceedings of the 9th Nordic

Symposium on Building Physics NSB 2011, Volume 3, Tampere, Finland, 29 May 2 June

2011, pp. 943-950.

6. Lee B.-J., Pessiki S., Analytical investigation of thermal performance of precast concrete

three-wythe sandwich wall panels, PCI Journal, July-August 2004.

7. Lee B.-J., Pessiki S., Thermal performance evaluation of precast concrete three-wythe

sandwich wall panels, Energy and Buildings, Vol. 38, 2006, pp. 1006-1014.

8. SR EN ISO 10211:2008, Puni termice n cl diri. Fluxuri termice i temperaturi

superficiale. Calcule detaliate, Ediia 2, Asociaia de Standardizare din Romnia.