Acest articol este a doua parte a unei serii cu trei părți. Seria tratează metode de încălzire a locuinței, unde elementul termic este amplasat în pardoseală. În articolul precedent Aspecte privind încălzirea prin pardoseală – partea întâi, am vorbit despre soluții active. De data asta nu vom vorbi despre țevi transportatoare de lichid cald sau fire electrice încălzitoare. În acest articol am să mă concentrez asupra stocării energiei termice în pardoseală. Pentru că cel mai mare volum de material intră în componența planșeelor, le putem utiliza pentru a stoca o energie termică semnificativă.
Majoritatea planșeelor sunt alcătuite din beton și oțel, iar acum am să explic cum putem să profităm de această informație. Un material de construcții are o proprietate numită căldură specifică. Această proprietate îi oferă posibilitatea de a înmagazina energie termică și de a o disipa în spațiul locuit, chiar și atunci când sursa de căldură nu mai acționează asupra elementului termic. Ne plăcea să spuneam că un calorifer masiv ”ține căldură”. De fapt este o combinație între căldura specifică și masa materialului utilizat.
Inerția termică a betonului armat
Probabil că cel mai evident mod de a evidenția energia termică este soba. Elementele structurale ale unei sobe sunt în același timp și elementul termic al construcției. Cărămizile de teracotă sunt încălzite de foc. Acestea vor degaja căldură minute sau chiar ore după ce focul s-a stins. Practic aceste cărămizi de teracotă au înmagazinat o cantitate mare de energie termică. Soba a fost doar un exemplu demonstrativ. Ea are un volum de material foarte mic. De regulă, sub un metru cub de material. Planșeul unei case de 150 metri pătrați are aproximativ 20 de metri cubi, iar o casă poate avea mai multe planșee.
Pe noi ne interesează să avem o casă cu o construcție care poate expune la soare o bucată de planșeu, suficient de mare. Nu ne interesează expunerea totală a acestui planșeu pentru că nu dorim să facem un cuptor de uscat lemnul sau o saună. Culoarea naturală a betonului nu este cea mai indicată. În articolul 1n-cu3and – Optimizarea planșeelor din beton armat pentru soluții solare pasive, am explicat exact cum trebuie gândit un sistem pasiv de încălzire a locuinței. Evident, noțiunile au aplicabilitate la o mulțime de alte construcții, nu doar la construcții rezidențiale.
Oțelul și metalele în general au o capacitate mare de a absorbi energia termică. Din nefericire, în situația de față, nu sunt cel mai bun mediu pentru stocarea energiei termice. Metalele eliberează căldura tot la fel de repede pe cât o înmagazinează. Betonul, ca majoritatea rocilor în general, au o inerție termică foarte mare. Asta înseamnă că o piatră încălzită în timpul zilei va degaja căldură în tot restul nopții. Același comportament îl are și betonul armat, lista de aplicații este una lungă. Astfel, betonul are un rol structural dar și unul termic.
Surse de energie pentru încălzirea betonului armat
În viticultură se folosește o tehnică de încălzirea a rândurilor de viță de vie. Planta are nevoie de o temperatura crescută pentru o bună productivitate. Printre soluțiile de încălzirea a câmpului există și una pasivă. Printre rândurile de viță de vie, se amplasează pietre de calcar. Soarele încălzește calcarul în timpul zilei. În timpul nopții, aceste pietre eliberează ușor căldura printre rândurile de viță de vie. Pietrele au o dimensiune destul de mare, încât să nu se piardă ușor prin sol. În plus, ele ajută solul să rețină mai multă apă, chiar și sub acțiunea soarelui din timpul zilei.
Lucrurile pot funcționa similar și într-o locuință. În imaginea de mai jos avem un apartament cu pardoseală din beton armat. Ferestrele sunt dispuse pe întreg peretele sudic. În timpul zilei, soarele încălzește pardoseala de beton armat, iar armătura distribuie căldura în toată regiunea. Face asta pentru că oțelul are un coeficient mare de conductivitate termică. Apoi, în timpul nopții această căldură înmagazinată în masa structurii, urmează să fie eliberată. O va face treptat și pasiv. Pentru o bună absorbție a energiei solare, betonul NU trebuie să fie deschis la culoare sau acoperit cu ceva.
În emisfera nordică a globului, acest lucru se întâmplă doar în timpul sezonului de iarnă. Vara, unghiul soarelui este diferit, iar razele solare nu mai lovesc pardoseala de beton. Stâlpul de beton a fost și el lăsat expus, adică fără placări sau tencuieli, pentru a maximiza energia absorbită. În cazul de față, clădirea beneficiază de un spațiu vast pe direcția sud și nu se pune în nici un moment problema umbririi. Acest aspect este important pentru a avea un sistem funcționabil. Vecinul te poate împiedica daca trântește o monstrozitate lângă casa ta construită corect.
Prelevarea energiei termice din parsoseala încălzită de soare
Pardoseala de beton acționează ca un fel de panou solar, dar și ca un fel de rezervor de depozitare a energiei. În funcție de suprafață planșeului, dar și de suprafața vitrată a peretelui sudic, cantitatea de energie termică captată poate fi enormă. Este relevant să amplasăm o țeavă metalică în pardoseală și să extragem energie termică în timpul zilei. La noi în țară, puterea radiației termice pe metru pătrat este de peste 1 KWh. Este adevărat că acestă putere este redusă la trecerea razelor solare prin sticla ferestrelor. Tot adevărat este că aceste ferestre pierd energie termică spre exterior.
Dar sunt situații în care există surplusuri mari de energie termică. Țeava metalică ne poate ajuta să extragem surplusul de energie termică și să o înmagazinăm într-un rezervor cu apă. Această apă poate să fie utilizată la baie, bucătărie sau pentru termoficarea aceleiași pardoseli pe timp de noapte. Aceeași țeavă poate fi folosită și pentru livrarea energiei termice din alte resurse. De exemplu, o centrală pe lemne sau panouri solare, atunci când soarele iernii se pierde zile în șir printre nori. Când soarele nu mai iese din nori, pardoasela de beton nu va mai fi încălzită pasiv.
În acele momente, funcționalitatea prezentată nu va mai funcționa. De reținut este că soarele revine întotdeauna pe cer, mai devreme sau mai târziu. Însă prelevarea energiei termice din planșeu, și stocarea ei în apă, poate fi o altă modalitate prin care o înmagazinăm. Un rezervor cu apă caldă poate stoca energie proporțional cu cantitatea de apă. Voi scrie un articol separat care va explica de ce apa este substanța cu cel mai mare potențial de stocare a energiei termice. Adică mai mare ca a betonului sau a oțelului.
Punți termice intenționate între centrala termică și pardoseală
Masa betonului și barele de armătură pot fi folosite pentru distribuția termică. Pardoseala de beton, pereții din beton armat sau chiar stâlpii pot fi conectați mecanic la centrala termică. Indiferent de sursa generatoare de energie termică, această punte poate fi folosită pentru a distribui căldura prin locuință. Este însă nevoie de o anvelopare bună a întregii structuri pentru a evita scurgerile de energie spre exterior. Barele de armătură ieșite din beton sunt conectate/sudate la camera de ardere a centralei termice sau a sobei. Acestea vor fi izolate termic până ajung să se interconecteze cu alte bare în beton.
Cu cât diametrul barelor de armătură este mai mare cu atât cantitatea de energie livrată betonului este mai mare. Vreau să atrag atenția că este necesar un calcul prealabil. Betonul nu poate fi încălzit prea tare. O temperatură de 40 de grade Celsius este suficientă. Betonul și oțelul suferă o dilatare dimensională foarte mare atunci cânt sunt încălzite prea mult. O temperatură de peste 40 de grade Celsius poate cauza crăpături în masa betonului. Aș vrea să adaug că sudarea barelor de armătură sau utilizarea plaselor duce la o mai bună distribuție a căldurii.
La fel și amplasarea acestei surse de energie termică în centrul structurii încălzite. Ca acest tip de încălzire să funcționeze eficient, este nevoie de o pardoseală de beton placată cu gresie, cărămidă sau neplacată. Nu va funcționa prea eficient în cazul pardoselilor acoperite cu parchet, mochetă sau covoare. Pentru soluții mai scumpe, o bară de cupru amplasată între elementele încinse ale centralei termice și masa betonului armat va crește transferul de energie termică.