Clădiri neutre din punct de vedere energetic

2.1 Introducere

Clădirile neutre din punct de vedere energetic (sau clădirile pasive) sunt construite și proiectate printr-o metodă specială care are ca scop final crearea unei clădiri eficiente din punct de vedere energetic, conectată la rețea, capabilă să genereze propria energie, cu scopul compensării energiei de care are nevoie pentru consum^5,6.  Aceasta înseamnă că aceste clădiri neutre din punct de vedere energetic au un consum net de energie zero, ceea ce înseamnă că energia totală necesară anual este aproape egală cu cantitatea de energie regenerabilă generată la fața locului sau în apropiere.

Clădirile neutre din punct de vedere energetic utilizează eficient energia cu scopul de a folosi în proporție cât mai mare energia ce poate fi produsă local. Chiar dacă este dificil să se realizeze un echilibru complet între producția și consumul de energie, acesta devine un obiectiv din ce în ce mai realizabil, care câștigă teren în diferite părți ale lumii⁷.

Proprietarii spațiilor comerciale devin din ce în ce mai interesați de clădirile neutre din punct de vedere energetic pentru a-și putea îndeplini obiectivele corporative, iar guvernele sunt interesate de construcții neutre energetic, ca răspuns la obligațiile de reglementare⁶.

Deși construcțiile neutre din punct de vedere energetic sunt cel mai frecvent asociate cu clădirile comerciale, orice structură, inclusiv casele rezidențiale, poate fi neutră din punct de vedere energetic deoarece principiul este scalabil și relevant pentru aproape orice tip de structură, fie că este vorba de o instalație mare cu mai multe utilizări sau de o casă mică ^6,7. Conceptul poate fi folosit chiar și pentru a crea orașe și instituții pasive.

Sursa: https://www.energyintime.eu/nearly-zero-energy-standard-2050-eu-half-dream-half-reality/

2.2 Materiale de construcții

Fabricarea materialelor de construcții necesită materii prime și energie sub formă de lemn, piatră, minerale, produse chimice și electricitate, petrol, cărbune, gaze⁸. Fabricarea și transportul materialelor de construcții sunt strâns legate și provoacă emisii de gaze cu efect de seră care, la rândul lor, au consecințe asupra mediului^8,9.

Utilizarea excesivă a materialelor consumatoare de energie și supraexploatarea pot epuiza atât resursele energetice, cât și resursele materiale și pot provoca daune mediului. De asemenea, satisfacerea cererii din ce în ce mai mari pentru clădiri folosind doar materiale și metode de construcție eficiente din punct de vedere energetic nu este ușoară.

De aceea există cerere pentru soluții de construcție care să fie pe termen lung, prietenoase cu mediul și eficiente din punct de vedere energetic. Pentru a atinge aceste obiective, este necesară utilizarea cât mai eficientă a resurselor energetice și a materiilor prime disponibile⁸.

Următoarele concepte reprezintă alternative durabile la tehnologiile de construcție⁸:

• Conservarea energiei,
• Reducerea la minimum a materialelor care necesită un aport ridicat de energie,
• Minimizarea transportului și a creșterii utilizării resurselor și materialelor locale,
• Utilizarea optimă a competențelor locale și a producției descentralizate,
• Includerea deșeurilor industriale în procesul de producție a materialelor de construcție,
• Reutilizarea și reciclarea deșeurilor rezultate din construcții,
• Folosirea surselor regenerabile de energie.

Câteva exemple privind alternativele cu emisii scăzute de carbon pentru materialele și tehnologiile de construcție pot fi găsite mai jos^8,9:

• Cimenturi amestecate,
• Blocuri de noroi stabilizate pentru zidărie,
• Blocuri compactate de cenușă,
• Ziduri de pământ bătut,
• Sisteme de podea și acoperiș cu intensitate energetică scăzută.

Sursa: https://www.engineeringforchange.org/news/building-sustainability-changing-the-way-we-look-at-construction-materials/

2.3 Circulația aerului

Clădirile cu ventilație naturală au potențialul de a economisi o parte considerabilă din energia electrică folosită la răcire și ventilație¹⁰. Există două tipuri de circulație a aerului într-o clădire neutră din punct de vedere energetic: ventilație naturală și ventilație mecanică.

Ventilația naturală folosește forțele naturale, cum ar fi temperatura și vântul, pentru a facilita circulația și schimbul de aer într-o clădire. Ventilația mecanică, pe de altă parte, folosește ventilatoare electrice pentru a direcționa și controla fluxul de aer într-o clădire. Ventilația mecanică este capabilă să asigure o circulație și un schimb de aer constante, indiferent de condițiile meteorologice, dar consumă energie electrică și necesită schimbarea periodică a filtrelor de ventilație, care sunt o sursă de poluare ^10–12.

În ceea ce privește fluxul de aer și ventilația naturală într-o clădire neutră din punct de vedere energetic, există două concepte principale de ventilație¹³:

1. Asigurarea unei calități adecvate a aerului interior, fără utilizarea energiei electrice pentru a facilita circulația aerului,
2. Îmbunătățirea vitezei aerului în timpul zilei și a ratelor ridicate de ventilație pe timp de noapte pentru confortul termic în timpul verii.

Cel mai mare avantaj este recuperarea căldurii, iarna, din aerul cald din interior. Dar beneficiul esențial rămâne capacitatea de a atinge rate ridicate de ventilație pentru răcire vara, fără a utiliza energie electrică, ceea ce duce la economisire de  energie¹³.

Sursa: https://www.velux.com/what-we-do/research-and-knowledge/deic-basic-book/ventilation/ventilation-and-ventilation-systems?consent=none&ref-original=https%3A%2F%2Fwww.google.nl%2F

2.4 Iluminatul

Iluminatul natural ar trebui să fie utilizat în toate proiectele de clădiri neutre din punct de vedere energetic. După optimizarea și maximizarea nivelului de iluminare atins de lumina naturală, iluminatul artificial ar trebui adăugat în zone precum blaturile de bucătărie, băi, birouri etc.

Clădirile neutre din punct de vedere energetic folosesc cât mai mult posibil lumina naturală, având ferestre amplasate strategic în zonele folosite cel mai frecvent. Când vine vorba de iluminat artificial, ar trebui să se folosească un iluminat nou și eficient din punct de vedere energetic, care să aibă potențialul de a reduce consumul de energie¹⁴.

Diodele emițătoare de lumină (LED-urile) par să fie alegerea ideală, deoarece sunt cele mai eficiente și mai durabile surse de lumină disponibile în acest moment^15,16. Un alt avantaj al LED-urilor – pe lângă faptul că economisesc energie și reduc costurile de iluminare – este faptul că îndepărtează și expunerea la mercur care e posibilă atunci când se folosesc becurile fluorescente¹⁴.

Modul în care LED-urile creează lumină diferă de cel al altor tehnologii de iluminat. Într-o lampă cu incandescență tradițională, un filament de wolfram este încălzit de curent electric până când strălucește și emite lumină. Într-o lampă fluorescentă, un curent electric interacționează cu gazul, generează radiații ultraviolete (UV) care lovesc stratul de fosfor din interiorul capacului de sticlă și-l face să emită lumină vizibilă¹⁷.

Un LED este o diodă semiconductoare, un dispozitiv care permite curentului să curgă doar într-o singură direcție, construit dintr-un material semiconductor conceput pentru a forma o structură de joncțiune pozitiv-negativ (P-N)^16,17. Când este aplicat un curent pe joncțiunea P-N, electronii în exces (care sunt încărcați negativ) se deplasează în partea pozitivă, iar particulele în exces din partea pozitivă (cunoscute sub numele de „goluri”) se deplasează în partea negativă. La joncțiunea P-N, golurile și electronii interacționează, ceea ce eliberează energie sub formă de lumină¹⁷.

Sursa: https://www.researchgate.net/figure/How-an-LED-Works-3-Figure-3-is-an-oblique-X-ray-micrograph-of-a-through-hole-white-LED_fig2_267920231

2.5 Pompa de căldură

Pompele de căldură sunt unități exterioare care fac parte dintr-un sistem de încălzire și răcire a unei clădiri. O pompă de căldură absoarbe căldură din aerul rece din exterior și o transferă în interiorul casei iarna, iar vara elimină căldura din interiorul casei transferând-o în exterior. Pompele de căldură funcționează cu energie electrică și – printr-un agent frigorific – transmit căldură pentru a asigura confort ¹⁸.  De asemenea, spre deosebire de cuptoare, nu folosesc combustibili fosili pentru încălzire, ceea ce le face ecologice și cruciale pentru clădirile neutre din punct de vedere energetic.

Sistemele cu pompe de căldură reprezintă o modalitate rentabilă de a recupera căldura din diverse surse, nu numai în sectorul rezidențial, ci și în sectoarele comerciale și industriale¹⁹. Odată cu creșterea costurilor cu energia, pompele de căldură joacă un rol cheie în economisirea acesteia și reducerea costurilor.

Modelele avansate ale ciclulurilor, componentele  îmbunătățite  (inclusiv tipul fluidului de lucru) și maximizarea utilizării într-o gamă mai largă de aplicații au fost punctul central al progreselor recente în sistemele cu pompe de căldură¹⁹.

În comparație cu încălzirea cu rezistență electrică, cum ar fi cuptoarele și încălzitoarele electrice, pompa de căldură de astăzi poate reduce costurile de încălzire cu până la 50% ²⁰. Vara, pompele de căldură de înaltă eficiență dezumidifică mai bine decât aparatele de aer condiționat centrale obișnuite, ceea ce duce la un consum mai mic de energie și la mai mult confort.

Sursa: https://riverreporter.com/stories/the-heat-pump-basics,41466