Eficiența energetică în clădirile istorice: principii generale de reabilitare

Ultimile decenii ale secolului XX au introdus și au elaborat subiectul dezvoltării durabile, acesta fiind popularizat mai ales după prezentarea Raportului Brundtland în 1987 în fața Adunării Generale ONU. Raportul atenționa asupra caracterului finit al resurselor naturale și asupra necesității impunerii unor limitări asupra dezvoltării tehnologice și organizării sociale, astfel încât acestea să nu depășească limitele ecologice actuale ale planetei[1]. Agenda 2030 pentru dezvoltare durabilă este un plan de acțiuni ce susține principiile dezvoltrii durabile prin cele 17 obiective ale sale. Dintre aceste obiective, două au legătură cu subiectul conservării patrimoniului urban și anume: O.11: Orașe și comunități durabile și O.12: Producție și consum durabile, încurajând procesele și practicile de producție și reciclare, inclusiv a clădirilor și infrastructurilor urbane[2].

Patrimoniul urban, inclusiv cel recent, ca interpretare a energiei și resurselor naturale, are un rol din ce în ce mai important în această agendă globală, iar conservarea și adaptarea sa le necesitățile și rigorile actuale de confort și eficiență energetică sunt prioritare. Mai mult, conservarea patrimoniului constituie un instrument al dezvoltării durabile, iar reabilitarea clădirilor istorice câștigă treptat tot mai mult teren în domeniul activității de arhitectură.

Spre deosebire de construcțiile noi, clădirile istorice au o semnificație culturală care nu poate fi înlocuită și care, în conformitate cu principiul echității dintre generații, trebuie păstrată și transmisă generațiilor viitoare cu minimum invaziuni. Atunci când se discută despre reabilitare în cazul clădirilor istorice, specialiștii în domeniu recomandă o abordare cât se poate de clară: faceți atât cât este necesar pentru a îngriji un loc și pentru a-l menține în folosință, însă schimbați cât mai puțin posibil astfel încât semnificația culturală să fie păstrată[3]. Astfel, orice intervenție asupra clădirilor istorice trebuie să mențină autenticitatea și caracterul acesteia, fiind neapărat documentată și reversibilă.

Image for post
Image for post
Piața Independenței, Kaunas, Lituania. Fotografie Dumitrița Efremov

Există o preconcepție generală despre faptul că clădirile vechi nu ar fi eficiente din punct de vedere energetic și ar trebui transformate radical. În realitate, situația poate fi de multe ori diferită, mai ales în cazul clădirilor realizare din materiale naturale, care de cele mai multe ori sunt mai durabile și mai eficiente în comparație cu materialele mai noi. Chiar și atunci când performanța energetică a clădirii poate fi îmbunătățită, sunt necesare analize și simulări detaliate, astfel încât să se justifice costurile și eforturile și să se evite unele consecințe nedorite. Principalele consecințe ale măsurilor incorecte pentru sporirea eficienței energetice includ: daune asupra valorii și semnificației de patrimoniu, daune asupra sănătății umane și asupra clădirii și eșecul de a atinge economiile sau reducerile de impact asupra mediului prevăzute[4]. Evitarea acestor situații nedorite presupune o abordare holistică, ce ține cont de înțelegerea, contextul și semnificația unei clădiri, și de toți factorii ce afectează consumul de energie ca punct de pornire pentru formularea unei strategii de eficiență energetică[5].

Reabilitarea termică este privită adesea ca răspunsul primar la necsitatea de ameliorare a impactului fondului construit asupra mediului și condițiilor climatice. Reabilitarea termică înseamnă modernizarea unei clădiri în scopul reținerii energiei sale termice în interior. În altă ordine de idei, reabilitarea în cazul unei clădiri cu valoare de patrimoniu se referă la extinderea duratei sale de viață; aceasta poate implica modificare și adaptare, dar păstrează caracteristicile originale ale clădirii. Aceste două concepte nu ar trebui percepute ca fiind divergente, ci complementare, iar procesul de reabilitare trebuie să țină cont de fapul că o clădire este mai mult decât suma elementelor sale individuale (structură, pereți, uși, ferestre, sisteme și echipamente, finisaje, etc), ci este un ansamblu integru care funcționeză coordonat, iar valoarea de patrimoniu, material sau imaterial, este un element constitutiv al acestui ansamblu.


Principii generale și etape recomandate

Consumul de energie este în general strâns legat de confortul interior al clădirii. Acesta poate depinde de mai mulți factori, cum sunt temperatura, umiditatea, calitatea și mișcarea aerului interior, iluminatul natural, zgomotul, temperatura și emisiile pereților, pardoselilor și plafoanelor. Modul de folosință și activitățile locatarilor au și ele un rol important. Aprecierea confortului interior prin prisma acestor parametri poate varia de la o persoană la alta în funcție de așteptări și deprinderi. În mod ideal, cei care locuiesc sau lucrează în clădire ar trebui să-și poată ajusta condițiile astfel încât să poată obține nivelul de confort dorit. O abordare integrată ar trebui să țină cont de valoarea de patrimoniu a clădirii și de contextul său atunci când se proiectează măsurile pentru ridicarea confortului și pentru sporirea eficienței energetice. În același timp, trebuie avut în vedere faptul că nu există prescripții universale pentru reabilitarea și adaptarea energetică a clădirilor istorice, ci mai degrabă fiecare dintre ele este un caz individual. Pașii recomandați în acest proces sunt următorii[6]:

Etapa 1: evaluarea. O bună evaluare va identifica situația actuală și va determina oportunitățile de îmbunătățire, ținând cont de caracteristicile esențiale: caracterul și semnificația clădirii, climatul local, performanța energetică a clădirii (construcția și instalațiile), modul de folosință. În funcție de acestea poate fi înțeles contextul și limitările pentru fiecare clădire.

Etapa 2: formularea obiectivelor. Planificarea adaptării clădirii la condiții de confort și performanță energetică îmbunătățite va asigura găsirea soluțiilor potrivite și integrarea acestora în structura existentă. La etapa aceasta se determină oportunitățile de interveție, resursele și constrângerile impuse de necesitatea păstrării caracterului clădirii istorice. De obicei, performanța energetică și confortul clădirii pot fi imbunătățite prin intervenții asupra:

Etapa 3: proiectarea și specificațiile

Etapa 4: instalarea

Etapa 5: utilizarea și mentenanța.

Urmarea acestor etape va permite o intervenție corespunzătoare și va elimina așteptările exagerate privind îmbunătățirea performanței energetice după reabilitare. Totodată, în acest mod poate fi asigurată păstrarea caracterului clădirii după principiul intervenției minime.


Metode de intervenție în scopul sporirii eficienței energetice a clădirilor istorice

Sporirea eficienței energetice poate fi atinsă prin una sau mai multe tipuri de intervenții orientate spre scăderea necesarului de consum și spre o utilizare mai eficientă a resurselor existente.

Reducerea necesarului de consum poate însemna de la banale ajustări non-invazive cum ar fi curățarea sistemelor naturale de ventilare, utilizarea maximă a luminii naturale și a jaluzelelor/draperiilor, până la înlocuirea echipamentelor și aparatelor învechite sau care au un consum ridicat de energie. Comportamentul responsabil al ocupanților poate contribui și el semnificativ la economia energiei.

Izolarea acoperișurilor la nivelul planșeului (la acoperișuri plate sau într-o pantă) sau între căpriori (la acoperișuri în pante). Instalarea izolațiilor deasupra căpriorilor este posibilă atunci când se schimbă învelitoarea acoperișului, însă aceasta conduce la modificarea înălțimii finale, de aceea nu este recomandată. Aceste intervenții de obicei necesită măsuri suplimentare pentru ventilare pentru reducrerea riscului de condensare.

Pereți exteriori: repararea zidăriei și a zonelor permeabile. Aceasta va îmbunătăți calitatea aerului interior și va reduce transferul termic. Pereții pot fi retencuiți sau vopsiți, aceasta va reduce infiltrațiile apei și va reduce semnificativ transferul termic, însă trebuie realizată cu precauție în cazul în care sunt prezente stucaturi sau picturi murale. Aplicarea izolațiilor la exterior este considerată o acțiune invazivă și trebuie realizată cu precauție și doar în cazul în care aceasta nu alterează caracterul original al pereților. Aplicarea izolațiilor la interior oferă posibilitatea îmbunătățirii performanței energetice a clădirii, fără a compromite aspectul arhitectural al clădirii. Totuși, această măsură nu poate fi considerată atunci când pe fața interioară a peretelui sunt aplicate fresce sau finisaje și placaje cu valoare estetică.

Ușile și ferestrele tradiționale au în general o performanță energetică bună dacă sunt îngrijite în mod corespunzător. Deși în multe cazuri acestea sunt înlocuite cu tâmplării PVC din motiv că acestea ar fi mai eficiente, studiile au demonstrat că pe termen lung tâmplăriile tradiționale sunt mai durabile. Metodele tipice de întreținere a ferestrelor și ușilor din lemn includ etanșarea și acoperirea găurilor, repararea sau înlocuirea elementelor deteriorate sau lipsă, precum și curățarea și vopsirea lor periodică. Una dintre cele mai vechi metode de îmbunătățire a eficienței energetice a ferestrelor și ușilor este instalarea echipamentelor detașabile textile ce blochează curenții de aer și permit reglarea cantității energiei solare venite din exterior.

În zonele reci se întâlnește metoda adăugării unui geam suplimentar la interior sau a unei foi de sticlă suplimentare. Această metodă este considerată invazivă și ar trebui intreprinsă cu precauție, astfel încât rezultatul să nu afecteze aspectul inițial al ferestrei. Ferestrele și ușile istorice sunt elemente definitorii ale clădirii și contribuie de obicei la importanța sa de patrimoniu cultural, din acest motiv se recomandă păstrarea și repararea lor, iar atunci când aceasta nu este posibil, ele trebuie înlocuite cu replici fidele.

Rețelele de încălzire și climatizare tradiționale sunt elemente definitorii ale interioarelor clădirilor istorice și ar trebui păstrate și reparate, de exemplu sobele și căminele constituie elemente centrale ale caselor vechi. În multe cazuri însă ele nu pot acoperi necesarul de căldură și confort și consumă mari cantități de energie. În aceste situații, ele pot fi completate cu echipamente HVAC moderne, atâta timp cât acestea sunt compatibile cu interiorul clădirii. Renovarea sistemelor HVAC poate fi completată cu utilizarea surselor de energie regenerabilă, precum cea solară sau eoliană. Instalarea aparatelor de aer condiționat este adesea problematică deoarece provoacă zgomot, disconfort pentru vecini și afectează integritatea fațadelor istorice. Pompele de căldură reprezintă o alternativă potrivită în acest caz deoarece utilizează energie regenerabilă pentru încălzirea și răcirea casei și a apei de consum, și totodată nu crează zgomot și disconfort. Cazanele pe biomasă pot constribui, de asemena la reducerea substanțială a emisiilor de carbon.

Instalarea panourilor fotovoltaice pe acoperișuri este o măsură complicată, ce ar trebui intreprinsă numai în cazul în care acestea nu afectează structura și aspectul acoperișului și nu sunt vizibile din fațadă. În plus, suprafețele acoperișurilor istorice au de obicei suprafețe mici pentru a justifica instalarea panourilor PV. O soluție de compromis o constituie instalarea plăcilor fotovoltaice care au aceeași formă ca și țiglele tradiționale.


Soluție integrată pentru eficientizare energetică a Școlii de inginerie industrială în Béjar, Spania[7]

Școala de inginerie industrială din Béjar a fost fondată în 1852 de către regina Izabela a II-a. Inițial aici se studiau textilele, mecanica și electricitatea. Între 1880 și 1948, școala a fost gestionată de biserică, iar după cel de-al Doilea Război Mondial, universitatea și-a construit un nou sediu, după proiectul arhitectului Manuel Blanc Diaz. Această nouă clădire, construită într-un stil minimalist geometric influențat de Constructivism și Mișcarea Modernă, reprezintă o soluție estetică bazată pe funcționalitate și pe condițiile climatice și de mediu. Clădirea este orientată Nord-Sud pe axa longitudinală, iar cele mai mari fațade sunt orientate Est-Vest și au suprafețe vitrate mari. Fațada de Vest (principală) este protejată de o structură din beton, care este și cel mai deosebit element al clădirii. Fațada de Est are niște grinzi în consolă ce protejează clădirea de radiația solară. Structura din beton are și rolul de umbrire a încăperilor pe perioade cu radiație solară maximă.

Image for post
Image for post
Fațada principală a clădirii. Sursă foto: Energy Efficiency Solutions for Historic Buildings: a Handbook, http://www.3encult.eu/en/newsevents/all/NewsDetails0b01.html?entryid=110916 p. 302

Deși nu este o clădire cu statut de protecție, valorile ei culturale se află în caracterul și în impactul său social și economic în regiune, aceasta fiind prima clădire cu asemenea arhitectură din regiune și prima aparținând univerității în această zonă. Acest fapt a impulsionat dezvoltarea industriei textile în regiunea Béjar.

Clădirea este bine păstrată, însă are o serie de probleme printre care:

- Infiltrații de apă în plăcile de beton;

- Confort termic scăzut (supraîncălzire în perioada caldă a anului, în special pe fațada de Est, sistem deficitar de distribuție a căldurii, diferențe de temperatură în interior, control manual al sistemelor de răcire);

- Iluminat defectuos (sisteme supradimensionate în unele încăperi, distribuție incorectă a circuitelor în săli de studii și laboratoare, sub-utilizarea luminii solare);

- Punți termice, scurgeri (coloanele și fațetele plăcilor nu sunt izolate termic și sunt înglobate în pereți);

- Consum ridicat de electricitate, în medie 230,000 kWh/a;

- Numărul zilelor încălzite de 240, respectiv număr de grade-zile de încălzire de 1804;

- Factorul mediu de transmisie termică de 2.10 W/m2K (pereții nu au material de izolare, ferestrele au cadre metalice și benzi orizontale mari cu vitraj dublu-acestea au fost înlocuite în cadrul unei intervenții anterioare).

Diagnosticul pre-intervenție este primul pas pentru determinarea problemelor și a ineficiențelor. Metodologia utilizată în acest caz a fost o combinație dintre simulările de performanță energetică, măsurări și monitorizări, testări non-distructive. Indicatorii de referință sunt economia de energie, reducerea emisiilor de carbon, îmbunătățirea confortului, investiția, evaluarea ciclului de viață, și conservarea valorilor istorice ale clădirii.

Tipuri de simulări efectuate:

Simulare de performanță energetică: Două tipuri de instrumente pentru simulări de performanță energetică au fost folosite pentru studiul comportamentului termic al clădirii și pentru determinarea necesarului anual de încălzire și răcire: Pachetul de planificare a casei pasive (PHPP) și Simularea sistemelor Tranzitorii (TRNSYS).

Simulare de iluminat: aceasta a fost realizată într-un laborator ce are geamuri pe ambele fațade. Rezultatele au indicat faptul că nivelul de confort de 500 lux nu este atins în toate zonele din încăpere atunci când toate corpurile de iluminat sunt stinse. Atunci când toate sunt aprinse, nivelul de iluminat este prea ridicat.

Testul schimbului de aer: realizat în două încăperi a demonstrat nivelul foarte scăzut de etanșeitate a clădirii, principalele zone de pătrundere a aerului fiind prin pereții exteriori, prin etanșările dintre pereți și tâmplării și prin plafon.

Iluminat: redistribuirea corpurilor de iluminat, combinată cu un sistem automatizat ce pornește și oprește lumina în încăpere, în funcție de nivelul detectat de senzori. Această redistribuire, ce folosește doar jumătate din corpurile de iluminat, asigură economia de energie electrică și nivelul necesar de confort. Clădirile istorice au anumite restricții privind instalarea echipamentelor, prin urmare, sistemul de control utilizat în acest caz a fost integrat în rețeaua electrică existentă.

Strategia HVAC implică instalarea ventiloconvectoarelor în încăperile cu univel scăzut de confort detectat la etapa de diagnostic. Acestea sunt pornite și oprite prin intermediul unui sistem automat, programat în baza temperaturii și a nivelului de activitate în încăpere.

Păstrarea valorii istorice a avut loc în baza unei metode de determinare a semnificației arhitecturale, care a determinat nivelul de permisivitate a modernizării și îmbunătățirii performanței energetice. În acest caz, valoarea istorică se află mai degrabă în trăsăturile culturale decât în cele estetice, totuși, măsurile implementate nu au afectat valoarea și aspectul clădirii. Nu a fost necesară instalarea echipamentelor suplimentare (cu excepția panourilor PV, aceasta fiind cea mai invazivă intervenție).

[1] Raportul Comisiei Mondiale pentru Mediu și Dezvoltare: Viitorul nostru comun (raportul Brundtland), Oslo, 1987 https://sustainabledevelopment.un.org/content/documents/5987our-common-future.pdf accesat la 17.04.2020

[2] ONU (Organizația Națiunilor Unite), Transforming our world: the 2030 Agenda for Sustainable Development, adoptată prin Rezoluția Adunării Generale din 25 septembrie 2015, pp. 21–23.

[3] Australia ICOMOS (Comitetul Național Australian al Consiliul Internațional al Monumentelor și Siturilor), The Burra Charter: The Australia ICOMOS Charter for Places of Cultural Significance (Carta de la Burra), Sydney 2013, p. 3 https://australia.icomos.org/wp-content/uploads/The-Burra-Charter-2013-Adopted-31.10.2013.pdf, acesat la 17.,4.2020

[4] Historic England, Energy Efficiency and Historic Buildings: How to Improve Energy Efficiency, Historic England 2018, p. 2, https://historicengland.org.uk/images-books/publications/eehb-how-to-improve-energy-efficiency/heag094-how-to-improve-energy-efficiency/, consultat la 17.04.2020

[5] Ibid.

[6] Ibid., p 9

[7] Hernandez, J. L., Garcia, M. A., Corredera, A. Case study 7, Industrial Engineering School, Bejar, Spain in: Troi, A., and Bastian, Z., Energy Efficiency Solutions for Historic Buildings: a Handbook, Birkhauser, Basel, 2015, pp 301–312, traducere Dumitrita Efremov

Articol de Dumitrița Efremov. Preluarea totală sau parțială a textului este posibilă cu acordul autorului și citarea sursei

Dezvoltare durabilă

Dezvoltare durabilă

Welcome to a place where words matter. On Medium, smart voices and original ideas take center stage - with no ads in sight. Watch

Follow all the topics you care about, and we’ll deliver the best stories for you to your homepage and inbox. Explore

Get unlimited access to the best stories on Medium — and support writers while you’re at it. Just $5/month. Upgrade

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store