«

»

Utilizarea calculului probabilistic la determinarea conductivitatii termice a materialelor

Share

Abordarea probabilistica la analiza sigurantei structurale a fost implementata de mai multe decenii, cu rezultate foarte bune. Situatia nu se regaseste in alte domenii ingineresti cum ar fi fizica constructiilor, in special atunci cand se dimensioneaza izolatia termica a elementelor pe baza datelor climatice si a proprietatilor materialelor. Datele climatice sunt rezultatul unor observatii si analize de lunga durata ale vremii, prelucrate statistic dar tendinta actuala a modificarilor climatice nu este, inca, luata in considerare.

In ceea ce priveste proprietatile materialelor de constructii, cum ar fi conductivitatea termica, se utilizeaza metoda determinista, neglijand o serie de factori fortuiti. De exemplu, conductivitatea termica de calcul a zidariei din corpuri ceramice cu goluri depinde de calitatea argilei, de tehnologia industriala, de calitatea morta­rului, de abaterile geometrice, de umiditate etc.

Ca si in analiza mecanica, trebuie realizate studii statistice referitoare la cele mai importante materiale de izolare termica si pe baza lor, stabilite valorile normate si de calcul. Toate acestea necesita o activitate complexa dar necesara in perioada urmatoare.

 

Abordarea calculului probabilistic in domeniul fizicii constructiilor reprezinta, in contextul actual, o activitate necesara, determinata in principal, de modificarile conditiilor climatice, de obiectivul de reducere a consumului de energie produsa prin arderea combustibililor fosili si de satisfacerea exigentelor de confort. Acum, utilizarea materialelor de izolare termica performante este actuala iar determinarea conducti­vitatii termice pe baze probabilistice de­vine utila pentru evaluarea higrotermica a performantei elementelor de constructii.

In Romania, preocuparile recente ale INCERC vizeaza elaborarea unor normative actualizate cu evolutia factorilor clima­tici din ultimii 50 de ani.

Prelucrarea statistica a datelor climatice, pentru utilizarea lor in proiectarea curenta a constructiilor, foloseste interpretarea parametrilor specifici pe o perioada de 50 de ani dar inca nu tine seama de modificarile climatice care apar relativ rapid, din cauza incalzirii globale.

Utilizarea unor materiale reciclate (reciclabile) pentru izolatii termice pare a fi o oportunitate in etapa ur­matoare, daca ne referim la dese­uri din hartie, lana, lemn, paie etc. Aceste materiale, disponibile practic si accesibile economic, nu se rega­sesc in normele actuale si nu se pot folosi la constructiile curente.

Performantele higrotermice ale materialelor de constructii depind de o serie de factori care caracte­rizeaza climatul exterior: caracteristicile materialelor fabricate (corpuri ceramice, mortare) precum si de conditiile de utilizare ale cladirii (variatia temperaturii aerului interior, degajarile de umiditate). Acesti parametri, cu variatie aleatorie, influen­teaza conductivitatea materialului (l), marime fundamentala pentru dimen­sionarea termica a elementelor de anvelopa.

 

Caracteristici determinante ale conductivitatii termice

Conductivitatea termica a unui material de constructie, de exemplu pentru corpurile ceramice cu goluri, (fig. 1) depinde de:

• caracteristicile materialelor fabri­­cate (materia prima, adaosuri, geo­metria gaurilor, tehnologia de fabricatie, tehnologia de executie pe santier);

• dimensiunile geometrice, suscep­tibile de anumite variatii;

• caracteristicile si grosimile straturilor de mortar.

Toti acesti factori sunt marimi aleatorii care se pot evalua pe baza unei interpretari statistice. Astfel, pentru utilizarea curenta devin necesare valori normate si valori de calcul.

In contextul actual, al modificarilor climatice majore, preocuparea de a realiza studii statistice privind evolutia conditiilor climatice din Romania se va concretiza cu rezultate noi, utilizate in evaluarea higrotermica a cladirilor.

Caracteristicile materialelor fabricate depind de performantele teh­nologiei utilizate si de calitatile materiei prime si trebuie stabilite pe baza unor studii sistematice prelucrate statistic.

In cazul materialelor noi, datele privind conductivitatea termica a materialelor fabricate sunt valori declarate de producator sau sunt extrase din agremente tehnice ela­borate fara a efectua incercari pe un numar suficient de probe pentru a realiza un studiu statistic.

 

Valori de calcul impuse de normativul C 107/0 – 2002

In normativul C 107/0-2002 se pre­cizeaza valoarea maxima a conductivitatii termice de calcul pentru materiale termoizolante, respectiv 0,10 W/m·K.

Conditiile de determinare ale con­ductivitatii termice de calcul sunt:

• temperatura medie de 0 0C, speci­fica pentru conditiile climatice din tara noastra si data pentru o umiditate de exploatare.

• pentru materialele higroscopice, care contin sau pastreaza apa de fabricatie, conductivitatea termica este determinata pentru materialul in stare aparent uscata;

• pentru materialele termoizo­lante usoare, conductivitatea termica de calcul este corespunzatoare umiditatii de echilibru a materialului plasat in atmosfera cu temperatura de 20 0C si umiditatea relativa de 65%;

• pentru materialele termoizo­lante, care contin in pori alte gaze decat aerul, conductivitatea termica de calcul este cea determinata in stare uscata, dupa un interval de timp de imbatranire dat pentru fiecare produs.

Variatia, in timp, a comportarii materialului la umiditatea de exploa­tare si la compresibilitate nu se ia in calcul.

 

Conversia conductivitatii termice

In cazul utilizarii materialelor termoizolante in alte conditii de temperatura si umiditate, conduc­tivi­tatea termica de calcul este determinata prin aplicarea unor factori de conversie.

Conversia conductivitatii termice de la un set de conditii I (l1, T1, w1) la alt set de conditii II (l2, T2, w2) se face conform relatiei (1):

2 = l1 × FT × Fw              (1)

in care:

FT = factorul de conversie pentru temperatura;

Fw = factorul de conversie pentru umiditate.

Factorul de conversie pentru tem­peratura se determina cu relatia (2):

in care:

fT = coeficientul de conversie pentru temperatura, in 1/K;

T1 = temperatura corespunzatoare setului de conditii I, in K;

T2 = temperatura corespunzatoare setului de conditii II, in K.

Factorul de conversie pentru umiditate se determina astfel:

a) cand continutul de umiditate al materialului este exprimat in unitati de masa si este raportat la masa materialului (continut de umiditate masic), factorul de conversie se calculeaza cu relatia (3):

in care:

fwm = coeficientul de conversie masic pentru umiditate, in kg/kg;

wm1 = continutul de umiditate masic, corespunzator setului de conditii I, in kg/kg;

wm2 = continutul de umiditate masic, corespunzator setului de conditii II, in kg/kg;

b) cand continutul de umiditate al materialului este exprimat in unitati de volum si este raportat la volumul materialului (continut de umiditate volumic), factorul de conversie se calculeaza cu relatia (4):

in care:

fwn = coeficientul de conversie volu­mic pentru umiditate, in m3/m3;

wn1 = continutul de umiditate volu­mic, corespunzator setului de conditii I, in m3/m3;

wn2 = continutul de umiditate volumic, corespunzator setului de conditii II, in m3/m3.

Coeficientii nu iau in considerare caracterul aleatoriu al conditiilor respective. Evolutia reala a acestor parametri trebuie estimata prin studii statistice.

 

Factori care influenteaza modificarea in timp a conductivitatii termice de calcul

Modificarea calitatilor termice ale materialelor, in timpul exploatarii cladirilor, este determinata, in principal, de tasare, umezire, imbatranire, depuneri de saruri etc.

In cazul cladirilor vechi, conductivitatea termica creste mult (pana la 30%), ceea ce poate crea o incertitudine asupra corectitudinii datelor rezultate din calculele estimative, pe baza de valori extrase din normele actuale.

Verificarea conductivitatii termice pe materiale se impune deoarece precizarile date in normele tehnice (ex. NP049) sunt insuficiente.

 

Concluzii

In contextul actual, pe santiere se utilizeaza un numar important de materiale noi, a caror conductivitate termica avand caracter aleatoriu, nu se regaseste in norme sau in standardele de produs. Totodata, introdu­cerea in constructii a izolatiilor termice din materiale reciclate, impune o serie de operatii pregatitoare (incercari, interpretari de date etc.).

Prin analiza probabilistica a conductivitatii materialelor de constructie, se poate lua in considerare influenta unor parametri importanti, care vor trebui utilizati pentru determinarea eficientei higrotermice a elementelor de constructie, cu rezultate concrete. Acest lucru presu­pune, totusi, un numar important de incercari de laborator si in situ, efectuate la cat mai multe fabrici (la producatori de materiale) cat si pe santiere. Evident, este necesar un program de durata.

 

Bibliografie

1. Radu, A., VERES, AL. – Constructii civile, Partea I, I.P. Iasi, 1985.

2. C107/0-2002, Normativ pentru proiectarea si executia lucrarilor de izolatii termice la cladiri.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 62 – august 2010, pag. 38

 

Autori:
Adrian Radu,
Maricica Vasilache – Universitatea Tehnica „Gh. Asachi“, Iasi

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: https://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2010/08/28/utilizarea-calculului-probabilistic-la-determinarea-conductivitatii-termice-a-materialelor/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.