Cap 5. Termice

PAVILION ADMINISTRATIVCap. 5 INSTALAII DE NCLZIRE SPECIFICE UNITILOR DE ALIMENTAIE PUBLIC I PRIMIRE TURISTIC

5.1 Noiuni generale. Confortul termic

Instalaiile de nclzire care echipeaz unitile de alimentaie public i unitile de primire turistic sunt instalaiile care asigur confortul termic n spaiile interioare ale obiectivului pe perioada rece a anului.

Confortul termic este o noiune subiectiv care nu poate fi apreciat dect descriptiv. Se poate aprecia c pentru un anumit individ, confortul termic este stabilit atunci cnd acesta nu simte senzaie de frig sau cald, respectiv sistemul de termoreglare funcioneaz fr alertarea contientului.

Dac se consider c omul este o main termic respectiv trebuie s elimine spre mediu cldur deeu provenit din procesele de ardere interne respectiv a transformrii n cldur a energiei mecanice consumate n muchi, atunci se poate scrie ecuaia de bilan termic a organismului uman sub forma:

t

i

t

e

i

e

; [W](5.1)

relaie n care termenii au urmtoarele semnificaii:

-

o

F

- fluxul termic generat de metabolismul uman;

-

cd

F

- fluxul termic transferat prin conducie ctre pardoseal prin talpa pantofilor care este neglijabil;

-

)

(

i

o

o

c

cv

t

t

A

-

=

F

a

- fluxul termic transferat prin convecie;

-

)

(

mr

o

o

r

r

t

t

A

-

=

F

a

- fluxul termic transferat prin radiaie;

-

)

(

vi

so

o

ev

aer

p

p

A

r

-

=

F

b

- fluxul termic transferat prin respiraie i evaporarea transpiraiei;

Mrimile

o

A

i

o

t

sunt suprafaa i temperatura corpului uman,

c

a

- coeficientul de transfer termic prin convecie influenat puternic de viteza aerului interior

i

w

,

r

a

- coeficientul de transfer termic prin radiaie influenat de temperaturile suprafeelor i coeficienii lor de emisie,

r

- este cldura latent de vaporizare a apei,

ev

b

- este coeficientul de evaporare dependent de viteza aerului,

so

p

- presiunea de saturaie a vaporilor de ap la temperatura pielii,

vi

p

- presiunea parial a vaporilor de ap la temperatura aerului interior avnd umiditatea relativ

i

j

.

Parametrii care influeneaz confortul termic sunt parametrii care influeneaz transferul de cldur dintre corpul omenesc i mediu respectiv:

temperatura interioar a aerului

i

t

[C];

- temperatura de medie de radiaie a suprafeelor nconjurtoare

=

=

=

n

i

pi

n

i

pi

pi

mr

A

t

A

t

1

1

[C]; de suprafa

pi

A

i temperatur

pi

t

;

viteza de circulaie a aerului

i

w

[m/s];

umiditatea relativ a aerului

i

j

[-];

Se consider c pentru climatul social, temperatura interioar a aerului,

i

t

((18-24C), diferena dintre temperatura interioar i temperatura medie de radiaie a suprafeelor nconjurtoare,

mr

t

s nu fie mai mic de 4C, viteza de circulaie a aerului interior,

i

w

s nu depeasc 0,1 0,15 [m/s] iar umiditatea relativ a aerului interior

i

j

((40 65%).

5.2 Noiuni de transfer termic

Transferul termic este un fenomen de transport de proprietate prin care energia termic sub forma sa de transport, cldura se transfer dintr-o parte a circuitului termic, cu un potenial termic (temperatur) ridicat, n alt parte a circuitului termic de potenial termic sczut. Acest fenomen natural se manifest pn la egalizarea potenialelor termice (egalizarea temperaturii).

Cauza fenomenului este diferena de temperatur

t

D

, efectul este fluxul termic transferat

F

iar factorul de reglare este reprezentat de o proprietate de material care se opune fenomenului de transfer numit rezisten termic

t

R

.

Legtura matematic dintre aceste mrimi se exprim sub forma unei relaii fundamentale numit relaie ohmic:

t

R

t

D

=

F

; [W](5.2)

Care exprim mrimea efectului rezultat din aciunea contrarie a mrimii active, generatoare

t

D

i a celei pasive, oponente

t

R

.

Mecanismele fundamentale de transfer termic sunt conducia, convecia i radiaia.

Conducia termic este un mod fundamental de trecere a cldurii ntre dou subsisteme sau ntre dou sisteme termodinamice aflate n contact direct ntre care exist diferen de temperatur fr s existe aparent micri relative macroscopice ale particulelor.

Mecanismul de transfer termic conductiv se realizeaz diferit pentru diferite sisteme. Prin corpurile solide metalice, transferul termic are loc, n principal, datorit electronilor liberi (de valen). Prin corpurile solide nemetalice, transferul termic are loc, n principal, prin vibraia termic a reelei cristaline. Particulele purttoare de energie termic poart, n acest caz, numele de fononi - concept asemntor cu cel al transferului de radiaie luminoas prin fotoni.

Convecia termic este modul fundamental de transfer termic dintre o suprafa (n general a unui solid) i un fluid aflate n contact atunci cnd ntre ele exist diferen de temperatur i micare relativ. Mecanismul conveciei termice combin efectul conduciei termice n stratul limit laminar cu micarea de amestecare a particulelor cu energii diferite n stratul turbulent, transferul termic fiind astfel nsoit de transfer de mas i impuls.

Radiaia termic reprezint modul fundamental de transfer termic la distan, folosind ca suport undele electromagnetice din banda de frecvene infrarou (=0,1m-100m).

Mecanismul transferului termic radiant const n transformarea unei pri a energiei interne a unui corp cu T>0 K, la nivelul suprafeei, n energie i propagarea ei la distan. n momentul n care radiaia ntlnete suprafaa unui alt corp, o parte a energiei radiante se transform n energie intern a corpului radiat.

5.2.1 Conducia termic, fr surse interioare de cldur, prin peretele plan neomogen format din n straturi omogene perpendiculare pe direcia de propagare a fluxului termic

Se consider un perete plan neomogen cu n straturi paralele (figura 5.1). Se dorete determinarea fluxul termic unitar i a fluxul termic total care se transfer ntre cele dou fee ale peretelui.

1

1

t

p

2

t

p

i

t

p

i+1

t

p

n+1

t

p

n

t

p

i

n

1

n

i

t

[C]

x

z

Fig. 5.1 Conducia prin peretele plan neomogen

Ipotezele de lucru sunt:

- straturile sunt omogene cu densitile (1((n constante cu temperatura;

- conductivitatea termic a straturilor componente (1( n) sunt constante cu temperatura;

- grosimea straturilor componente sunt 1(n i celelalte dimensiuni infinite;

- temperaturile faetelor sunt tp1>tpn+1 aceeai n toate punctele unei faete i constante n timp;

Deoarece peretele este plan paralel i temperaturile pe faete exterioare rmn constante nseamn c suprafeele izoterme sunt plane paralele cu feele peretelui.

Datorit diferenei de potenial termic prin perete se va transmite un flux termic unitar cu direcia perpendicular pe suprafeele izoterme, deci perpendicular pe perete i sensul de la faeta 1 ctre faeta n+1 (fig. 5.1).

Pentru rezolvarea acestei situaii se folosete:

1. expresia fluxului termic unitar, unidirecional transferat prin peretele plan omogen:

(

)

k

t

t

M

t

t

t

t

t

t

dx

dt

p

p

p

p

p

p

p

p

2

1

2

1

2

1

1

2

-

=

-

=

-

=

-

-

=

-

=

l

d

d

l

l

j

; [W/m2] (5.3)

unde:

- M [m2K/W] poart numele de coeficient de izolaie termic;

- k [W/(m2K)] se numete coeficient de transmisie termic;

2. analogia transferului termic cu transferul de sarcini electrice i anume faptul c ntr-un circuit de tip serie (debitul de cldur parcurge succesiv straturile) prin orice suprafa izoterm trece acelai flux termic.

n aceste condiii, putem scrie expresia fluxul termic unitar prin fiecare strat:

- pentru stratul 1:

1

1

2

1

l

d

j

p

p

t

t

-

=

;(

1

1

2

1

l

d

j

=

-

p

p

t

t

;

- pentru stratul 2:

2

2

3

2

l

d

j

p

p

t

t

-

=

;(

2

2

3

2

l

d

j

=

-

p

p

t

t

;

- pentru stratul i:

i

i

pi

pi

t

t

l

d

j

1

+

-

=

;(

i

i

pi

pi

t

t

l

d

j

=

-

+

1

;

- pentru stratul n-1:

1

1

1

-

-

-

-

=

n

n

pn

pn

t

t

l

d

j

;(

1

1

1

-

-

-

=

-

n

n

pn

pn

t

t

l

d

j

;

- pentru stratul n:

n

n

pn

pn

t

t

l

d

j

1

+

-

=

;(

n

n

pn

pn

t

t

l

d

j

=

-

+

1

;

Prin adunarea expresiilor membru cu membru obinem:

+

+

+

+

+

+

=

-

-

-

+

n

n

n

n

i

i

pn

p

t

t

l

d

l

d

l

d

l

d

l

d

j

1

1

2

2

1

1

1

1

..

..

;

Fluxul termic unitar va fi:

=

+

=

+

-

-

+

-

=

-

=

+

+

+

+

+

+

-

=

n

i

i

pn

p

n

i

i

i

pn

p

n

n

n

n

i

i

pn

p

M

t

t

t

t

t

t

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

1

1

1

1

..

..

l

d

l

d

l

d

l

d

l

d

l

d

j

;[W/m2] (5.4)

Din analiza ecuaiei se constat c fluxul termic unitar este raportul dintre diferena de potenial termic total iar coeficientul de izolare total este suma coeficienilor de izolare pariali.

Pentru o suprafa finit de suprafa A, fluxul termic total are expresia:

t

pn

p

n

i

ti

pn

p

n

i

i

i

pn

p

n

n

n

i

i

pn

p

R

t

t

R

t

t

A

t

t

A

t

t

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

1

1

1

1

1

..

..

1

+

=

+

=

+

-

-

+

-

=

-

=

=

-

=

+

+

+

+

+

+

-

=

F

l

d

l

d

l

d

l

d

l

d

l

d

; [W](5.5)

Deci fluxul termic este raportul dintre diferena de potenial termic total i rezistena termic total, care este suma rezistenelor termice pariale.

Pentru determinarea temperaturii pe una din faetele intermediare (tpj) se scrie fluxul termic unitar pe un circuit parial cuprins ntre o faet cu temperatur cunoscut i cea cu temperatura tpj i se egaleaz cu fluxul unitar pe ntreg circuitul:

-

=

=

-

=

=

-

=

-

=

1

1

1

1

1

1

j

i

i

i

pj

p

j

i

i

i

i

pj

p

M

t

t

t

t

l

d

j

; (

-

=

=

-

=

1

1

1

j

i

i

i

i

p

pj

t

t

l

d

j

; [C] (5.6)

5.2.2 Convecia termic.

Convecia termic este modul fundamental de transfer termic dintre o suprafa (n general a unui solid) i un fluid aflate n contact, atunci cnd ntre ele exist diferen de temperatur i micare relativ.

Mecanismul conveciei termice combin efectul conduciei termice n stratul limit laminar cu micarea de amestecare a particulelor cu energii diferite n stratul turbulent, transferul termic fiind astfel nsoit de transfer de mas i impuls.

Pentru a studia acest mecanism se consider un perete solid cu temperatura superficial tp, constant n timp, splat de un fluid n micare cu temperatura tf, la distan mare de perete (fig.5.2).

Datorit proprietii de aderen, stratul de fluid n contact cu peretele are viteza 0.

Datorit proprietii de vscozitate, prezentat de fluide (frecarea straturilor), profilul de vieze n seciune este de tipul celui prezentat n figur.

Stratul de fluid n care vitezele linilor de curent variaz poart numele de strat limit laminar (l).

Din cauza energiei cinetice diferite, particulele nu pot trece de pe un strat pe unul nvecinat deci, n stratul limit laminar nu se nregistreaz transfer de mas perpendicular pe direcia de curgere. Din punct de vedere termic n acest strat transferul termic se face prin contactul direct ntre molecule (prin conducie). Pe msur ce distana de la perete crete, diferena dintre vitezele straturilor adiacente scade ajungnd s fie practic nul la distan mai mare de stratul laminar.

Acest fapt favorizeaz trecerea particulelor de pe un strat pe altul (transfer de mas perpendicular pe direcia de curgere). Stratul n care, n mod convenional, viteza particulelor nu variaz cu mai mult de 1% poart numele de strat turbulent.

Din punct de vedere termic, n aceast zon de curgere, mecanismul de transfer termic se bazeaz pe amestecarea particulelor de temperaturi diferite i este mult mai intens dect n domeniul laminar.

Trebuie precizat faptul c stratului limit laminar i corespunde un strat limit termic (t) iar stratului hidraulic turbulent unul termic turbulent (fig. 5.2).

t

x

w

w

t

p

t

f

l

t

Fig. 5.2 Mecanismul conveciei termice

Pentru temperaturi mai mari de 350 C pe lng mecanismul de transfer termic descris mai sus ncepe s aib importan din punct de vedere cantitativ i transferul termic prin radiaie.

Avnd n vedere complexitatea fenomenului, Newton a propus o ecuaie de tip ohmic pentru cuantificarea fluxului termic transferat:

(

)

t

p

f

c

p

f

p

f

c

R

t

t

A

t

t

t

t

A

-

=

-

=

-

=

F

a

a

1

;[W] (5.7)

sau pentru unitatea de suprafa izoterm:

(

)

M

t

t

t

t

t

t

p

f

c

p

f

p

f

c

-

=

-

=

-

=

a

a

j

1

;[W/m2] (5.8)

relaii n care (c [W(m2K)] poart numele coeficient de transfer termic prin convecie i pate avea valori n domeniul 3-10 [W(m2K)] pentru convecia liber la gaze i 10000-16000 [W(m2K)] n cazul transferului termic convectiv cu schimbare de faz.

Factori care influeneaz convecia termic sunt:

a) Cauza producerii micrii. Transferul termic convectiv poate fi clasificat din acest punct de vedere n:

convecie liber caz n care micarea relativ dintre perete (considerat imobil) i fluidul n micare provine din cauze intrinseci fenomenului de transfer termic i anume datorit variaiei densitii cu temperatura (moleculele n contact cu peretele pierd cldur, volumul lor scade fapt care cauzeaz apariia unei viteze n sens descendent, locul lor fiind luat de molecule de temperatur mai ridicat, sau invers, atunci cnd temperatura peretelui este mai mare dect a fluidului). Acest mecanism poart numele de termosifon sau convecie natural i diferena de presiune care determin micarea particulelor este dependent de diferena de densitate i diferena de nivel:

gh

p

r

D

=

D

;[N/m2](5.9)

convecie forat caz n care diferena de presiune necesar imprimrii unei viteze relative este generat artificial (pomp, ventilator, deplasarea peretelui n curentul de fluid etc).

b)Regimul de curgere al fluidului. Regimul de curgere poate fi:

laminar - situaie n care curgerea nu prezint stratul turbulent i ca atare transferul termic ntre straturile de fluid se face n special prin conducie;

tranzitoriu - caz n care la nceputul curgerii regimul este laminar i apoi devine turbulent;

turbulent caz n care curgerea se dezvolt turbulent nc de la nceput;

Din punct de vedere practic, precizarea tipului de curgere se face prin calculul criteriului de similitudine Reynolds reprezentnd raportul dintre forele de inerie i cele de frecare, cu expresia:

n

c

wl

=

Re

; [-](5.10)

relaie n care:

-

w

[m/s] viteza medie a fluidului;

-

c

l

[m] lungimea caracteristic de curgere care se calculeaz cu relaia:

u

c

c

P

A

l

4

=

; [-](5.11)

unde:

-

c

A

[m2] - este aria seciunii normale pe direcia de curgere, a curentului de fluid;

-

u

P

[m] - este lungimea perimetrului n contact cu peretele al ariei seciunii normale pe direcia de curgere, a curentului de fluid;

-

n

[m2/s] - vscozitatea cinematic a fluidului (raportul dintre vscozitatea dinamic i densitate) calculat pentru temperatura medie a fluidului;

Pentru valori ale invariantului Re 10

1,05

1,15

-

1,25

8.

Vat mineral pci rigide sau semirigide

>10

1,10

1,30

-

1,60

9.

Vat mineral saltele, psle

>10

1,15

1,30

-

1,60

10.

Lemn i produse din lemn (PFL, PAL, Stabilit)

>20

1,05

1,3

1,3

1,3

11.

Umplutur din zgur expandat sau granulat, granulit, etc

>15

1,15

1,25

-

1,35

12.

Umplutur din zgur de cazan, de termocentral, cenu, etc

>15

1,20

1,30

-

1,40

ntruct n situaiile reale transferul termic nu este unidirecional (coluri, etc) i n foarte multe cazuri cmpul termic este neuniform din cauza punilor termice, coeficientul de izolare termic ajustat se calculeaz innd seama de influenele acestea cu relaia:

j

m

j

i

i

n

i

i

i

p

p

p

A

A

l

M

k

M

=

=

+

+

=

=

1

1

'

'

1

1

c

y

; [W/m2K](5.41)

n care

i

y

[W/mK] i

i

c

[W/K] sunt coeficienii liniari respectiv punctiformi dependeni de natura punilor termice,

i

l

este lungimea punilor termice liniare iar

A

este aria de referin. Acetia pot fi determinai din [4], [15], [18].

n calculele aproximative se poate calcula coeficientul de izolare termic corectat prin amendarea cu un coeficient subunitar (0,7 1,0) funcie de gradul de vitrare al peretelui, de ponderea smburilor de beton i plcilor de beton, etc.

Pentru ndeplinirea exigenei privind economia de energie, coeficienii de izolare termic calculai trebuie s fie mai mari dect coeficienii de izolare termic (rezistene termice unitare) normai conform normativului C107-2005.

Tab. 5.4 Coeficienii de izolare termic normai (C107-2005) a elementelor de construcie [m2K /W]

Nr. crt.

Elementul de construcie

M'min [m2K/W]

pn 01.01.1998

dup 01.01.1998

1.

Perei exteriori (exclusiv suprafeele vitrate, inclusiv pereii adiaceni rosturilor deschise)

1,20

1,40

2.

Tmplrie exterioar

0,40

0,50

3.

Planee peste ultimul nivel, sub terase sau poduri

2,00

3,00

4.

Planee peste subsoluri nenclzite i pivnie

1,10

1,65

5.

Perei adiaceni rosturilor nchise

0,90

1,10

6.

Planee care delimiteaz cldirea la partea inferioar, de exterior (la bowindouri, ganguri de trecere, .a)

3,00

4,50

7.

Plci pe sol (peste CTS)

3,00

4,50

8.

Plci la partea inferioar a demisolurilor sau a subsolurilor nclzite (sub CTS)

4,20

4,80

9.

Perei exteriori, sub CTS, la demisolurile sau la subsolurile nclzite

2,00

2,40

5.5.2 Coeficientului de izolare termic (rezistenei termice unitare) a elementelor vitrate

Coeficientul de izolare al elementelor vitrate sunt determinai experimental funcie de tmplrie, numrul foilor de geam i calitatea acestora i funcie de distana dintre geamuri tabelele 5.5, 5.6.

Pentru ndeplinirea exigenei privind economia de energie, coeficienii de izolare termic ai vitrajelor trebuie s fie mai mari dect coeficienii de izolare termic (rezistene termice unitare) normai conform normativului C107-2005, tabel 5.4.

Tab. 5.5 Coeficienii de izolare termic M [m2K /W] pentru elemente vitrate cu rame din lemn

Nr. crt.

Elementul de construcie vitrat

M

[m2K /W]

Tmplrie exterioar din lemn:

1.

- simpl, cu o foaie de geam

0,19

2.

- simpl, cu geam termoizolant

0,33

3.

- simpl, cu dou foi de geam la distana de 24 cm

0,31

4.

- simpl, cu o foaie de geam i un geam termoizolant la distana de 2...4 cm

0,44

5.

- cuplat, cu dou foi de geam la distana de 24 cm

0,39

6.

- cuplat, cu o foaie de geam i un geam termoizolant la distana de 24cm

0,51

7.

- dubl, cu dou foi de geam la distana de 812 cm

0,43

8.

- dubl, cu o foaie de geam i un geam termoizolant la distana de 812 cm

0,55

9.

- tripl, cu teri foi de geam

0,57

10.

- tripl, cu dou foi de geam i un geam termoizolant

0,69

Luminatoare:

11.

- cu o foaie de geam

0,18

12.

- cu un geam termoizolant

0,29

13.

- cu dou foi de geam la distana

0,27

14.

- de 1...3 cm din plci PAS simple

0,18

15.

- de 1...3 cm din plci PAS duble

0,34

Perei exteriori vitrai:

16.

- geam profilit tip U, montant simplu

0,17

17.

- geam profilit tip U, montant dublu

0,27

18.

- geam profilit tubular

0,30

19.

- plci PAS, montate simplu

0,18

20.

- plci presate din sticl, tip S (Nevada) perei simpli

0,22

21.

- plci presate din sticl, tip S (Nevada) perei dubli

0,42

22.

- crmizi presate din sticl cu goluri, de 80 mm grosime

0,31

23.

- vitrine cu rame metalice, cu o foaie de geam

0,18

Tab. 5.6 Coeficienii de izolare termic M [m2K /W] pentru geamuri termoizolante duble i triple

Tipul

Geamuri

Coeficient de emisie

e

Dimensiuni

Spaiul dintre foile de geam este umplut cu:

aer

argon

cripton

geamuri duble

geam normal netratat

0,89

4-6-4

3,3

3,0

2,8

4-9-4

3,0

2,8

2,6

4-12-4

2,9

2,7

2,6

4-15-4

2,7

2,6

2,6

4-20-4

2,7

2,6

2,6

o suprafa tratat

0,40

4-6-4

2,9

2,6

2,2

4-9-4

2,6

2,3

2,0

4-12-4

2,4

2,1

2,0

4-15-4

2,2

2,0

2,0

4-20-4

2,2

2,0

2,0

0,20

4-6-4

2,7

2,3

1,9

4-9-4

2,3

2,0

1,6

4-12-4

1,9

1,7

1,5

4-15-4

1,8

1,6

1,6

4-20-4

1,8

1,7

1,6

0,10

4-6-4

2,6

2,2

1,7

4-9-4

2,1

1,7

1,3

4-12-4

1,8

1,5

1,3

4-15-4

1,6

1,4

1,3

4-20-4

1,6

1,4

1,3

0,05

4-6-4

2,5

2,1

1,5

4-9-4

2,0

1,6

1,3

4-12-4

1,7

1,3

1,1

4-15-4

1,5

1,2

1,1

4-20-4

1,5

1,2

1,2

geamuri duble

geam normal netratat

0,89

4-6-4-6-4

2,3

2,1

1,8

4-9-4-9-4

2,0

1,9

1,7

4-12-4-12-4

1,9

1,8

1,6

o suprafa tratat

0,40

4-6-4-6-4

2,0

1,7

1,4

4-9-4-9-4

1,7

1,5

1,2

4-12-4-12-4

1,5

1,3

1,1

0,20

4-6-4-6-4

1,8

1,5

1,1

4-9-4-9-4

1,4

1,2

0,9

4-12-4-12-4

1,2

1,0

0,8

0,10

4-6-4-6-4

1,7

1,3

1,0

4-9-4-9-4

1,3

1,0

0,8

4-12-4-12-4

1,1

0,9

0,6

0,05

4-6-4-6-4

1,6

1,3

0,9

4-9-4-9-4

1,2

0,9

0,7

4-12-4-12-4

1,0

0,8

0,5

5.5.3 Determinarea coeficienilor de izolare termic (rezistenelor termice unitare) a planeelor

Soluiile constructive ale planeelor care fac parte din anvelopa cldirii difer funcie de amplasarea lor.

Uzual se pot distinge urmtoarele cazuri:

a) planee teras

b) planee spre poduri nenclzite

c) planee spre ganguri

d) planee spre pivnie i subsoluri nenclzite

e) planee amplasate pe sol

Planeele teras trebuie s cuprind obligatoriu n structur un strat barier de vapori amplasat pe partea cald a structurii, un strat de difuzie a vaporilor cu rol de eliminare a vaporilor spre atmosfer (pentru a nu aprea condensul sub hidroizolaie), amplasat pe partea rece a termoizolaiei, un strat de termoizolaie, un strat hidroizolant, un strat de protecie a hidroizolaiei, fig. 5.9.

Obligatoriu pentru planeele spre poduri nenclzite este stratul termoizolant i eventual stratul barier de vapori. n cazul podurilor circulate peste termoizolaie se prevede un strat de protecie a termoizolaiei (ap de beton, pardoseal ceramic, podea, etc), fig. 5.9.

Planeele peste ganguri trebuie izolate (preferabil spre exterior) cu un strat din material izolant (vat mineral, polistiren expandat, etc) protejat.

La planeele peste subsoluri nenclzite trebuie prevzut un strat termoizolant peste sau sub placa de beton. n cazul n care sistemul de nclzire este n pardoseal, este obligatoriu montarea unui strat barier de vapori pentru evitarea apariiei condensului, fig. 5.9.

Prin planeele aezate spre sol se transfer cldur de la aerul interior spre pnza de ap freatic considerat de temperatur constant (8-10C). Din acest motiv trebuie montat un start de izolaie sub placa de beton sau peste ea i un strat de rupere a capilaritii terenului (pietri, folie PVC, etc), fig. 5.9.

beton

int

teras

tencuial

barier vapori

termoizolaie

strat difuzie

ap pant

hidroizolaie

nisip

dale

ap protecie

beton

int

tencuial

termoizolaie

ap beton

pod

beton

termoizolaie

ap

gresie

subsol

beton

termoizolaie

ap

gresie

subsol

beton

termoizolaie

ap

gresie

sol

pietri

folie PVC

pmnt

pardoseal (cald)

pardoseal

beton

termoizolaie

ap

gresie

sol

pietri

folie PVC

pmnt

pardoseal (cald)

pardoseal

beton

ap

gresie

sol

pietri

pmnt

pardoseal (rece)

beton

termoizolaie

ap

parchet

gang

parchet

beton

termoizolaie

ap

gresie

subsol

pardoseal

nclzire n

pardoseal

barier vapori

Fig. 5.9 Soluii constructive pentru planee

n aceste cazuri, determinarea coeficientului de izolare termic M respectiv cel corectat M se face principial ca n cazul pereilor opaci considernd structura punctual a elementului de construcie.

5.6 Necesarul de cldur pentru nclzire

Pentru cldiri obinuite, modalitatea de calcul a fluxului termic (sarcina termic)

n

F

a unei camere este reglementat prin SR 1907 [20], figura 5.10, i se calculeaz cu relaia:

si

ai

t

n

A

F

-

F

+

S

+

F

=

F

)

100

1

(

; [W](5.42)

n care mrimile au urmtoarele semnificaii:

t

F

[W] - fluxul termic cedat de incint prin transmisie spre mediu prin elementele anvelopei sau prin elementele delimitatoare ale incintei ctre alte spaii ntre care exist diferene de temperatur.

s

bc

Fe

Pe

pl

Pi

n

ai

si

Fig. 5.10 Bilanul incintei nclzite

A

S

- suma adaosurilor compensatorii aferente fluxului de cldur transmis;

ai

F

[W] - fluxul termic necesar nclzirii aerului proaspt rece intrat (aportat) n incint;

si

F

[W] - fluxul termic generat de surdele de cldur interne (evacuate n interiorul incintei);

5.6.1 Calculul fluxului termic cedat prin transmisie

Fluxul termic schimbat de incint prin transmisie se determin cu relaia:

s

Fe

Pe

t

F

+

F

+

F

=

F

; [W](5.43)


Pe

F

[W] - fluxul termic cedat de incint prin transmisie spre mediu prin elementele opace ale anvelopei (perei, tavane, pardoseli, etc).

Fe

F

[W] - fluxul termic cedat de incint prin transmisie spre mediu prin elementele vitrate ale anvelopei (ferestre, ui, perei cortin, etc).

s

F

[W] - fluxul termic cedat de incint prin transmisie spre mediu ctre sol (plci peste sol, perei ngropai, banda de contur, etc).

Pentru elementele opace relaia de determinare a fluxului termic este:

'

1

j

ej

i

j

n

j

j

Pe

M

t

t

S

m

-

=

F

=

; [W](5.44)

n care:

-

m

este un coeficient de masivitate termic cuprins ntre 0,9 pentru un perete din crmid plin cu grosimea de 70 cm i 1,15 pentru un perete uor (vat mineral 10 cm ntre dou straturi de rigips, etc).

-

S

[m2] este suprafaa (msurat pe exterior al elementului de anvelop;

-

i

t

[C] este temperatura medie interioar recomandat;

-

e

t

[C] este temperatura exterioar a zonei climatice (-12, -15, -18, -21 C) sau temperatura medie a incintei nvecinate corespunztoare;

-

'

M

[W/m2K] este coeficientul de izolare termic ajustat:

Pentru elementele vitrate relaia de determinare a fluxului termic este cea clasic:

=

-

=

F

n

j

j

ej

i

j

Pe

M

t

t

S

1

'

2

,

1

; [W](5.45)

unde mrimile i menin semnificaia.

Fluxul termic transferat spre sol:

bc

e

i

bc

s

f

i

p

bc

f

s

M

t

t

S

M

t

t

S

-

+

-

=

F

+

F

=

F

'

; [W](5.46)

relaie n care:

-

p

S

[m2] este suprafaa pardoselii pe sol i a pereilor ngropai;

-

bc

S

[m2] este suprafaa benzi de contur (cu lungimea egal cu a peretelui exterior i limea de 1 m);

-

f

e

i

t

t

t

,

,

[C] sunt temperaturile interioar, exterioar respectiv a pnzei de ap freatic (8-10C);

-

'

s

M

[W/m2K] este coeficientul de izolare termic ajustat a straturilor pardoselii (pn la pnza de ap freatic);

-

bc

M

[W/m2K] este coeficientul de izolare termic a benzii de contur, tabelul 5.7, [15].

Tab. 5.7 Coeficientul de izolare a benzii de contur

bc

M

[m2K/W]

Nr. crt.

Cota pardoselii ngropate

Grosimea fundaiei

Adncimea pnzei de ap freatic [m]

[m]

[cm]

(4

6

8

(10

1.

0,00

20

0,60

0,52

0,475

0,445

2.

30

0,668

0,570

0,517

0,481

3.

40

0,735

0,622

0,555

0,513

4.

50

0,802

0,665

0,593

0,547

5.

60

0,868

0,717

0,633

0,581

6.

70

0,935

0,767

0,672

0,615

7.

80

1,00

0,815

0,712

0,650

8.

-1,00

20

0,390

0,352

0,329

0,314

9.

30

0,431

0,388

0,355

0,340

10.

40

0,470

0,415

0,383

0,365

11.

50

0,509

0,445

0,410

0,386

12.

60

0,548

0,475

0,437

0,414

13.

70

0,587

0,505

0,465

0,438

14.

80

0,627

0,535

0,494

0,463

15.

-2,00

20

0,360

0,315

0,293

0,278

16.

30

0,396

0,341

0,315

0,298

17.

40

0,430

0,367

0,337

0,318

18.

50

0,465

0,392

0,357

0,336

19.

60

0,500

0,424

0,380

0,356

20.

70

0,534

0,445

0,402

0,375

21.

80

0,568

0,470

0,425

0,395

5.6.2 Determinarea adaosurilor compensatorii

Fluxul termic schimbat de incint prin transmisie este afectat de adaosurile compensatorii:

c

o

A

A

A

+

=

; [-](5.47)

relaie n care:

-

o

A

adaosul pentru orientarea elementului de construcie se determin din tabelul 5.8 [20]. Acest coeficient are rolul de a diferenia elementul de construcie funcie de expunerea la radiaia solar. Pentru ncperi cu mai multe elemente exterioare adaosul de orientare se adopt pentru elementul cel mai defavorabil.

Tab. 5.8 Adaosul de orientare

o

A

Orientare

N

NE

E

SE

S

SV

V

NV

Ao [%]

+5

+5

0

-5

-5

-5

0

+5

4

10

8

6

5

4

3

2

1,4

1,0

0,8

0,6

5

6

7

8

9

10

12

14

16

18

20

22

24

26

A

c

M

m

[m

2

K/W]

[%]

Fig. 5.11 Determinarea adaosului de compensare

c

A

-

c

A

adaosul pentru compensarea efectului de radiaie al suprafeelor reci este introdus n scopul echilibrrii bilanului energetic al corpului omenesc. Se determin n funcie de coeficientul de izolare termic mediu al incintei di diagrama 5.11. Coeficientul de izolare termic mediu al incintei se calculeaz cu relaia:

t

t

e

i

m

S

t

t

M

F

-

=

; [W/m2K](5.48)

unde

t

S

[m2] reprezint suprafaa interioar a incintei;

5.6.3 Determinarea fluxului termic necesar pentru nclzirea aerului proaspt

Exigena sanogenic impus construciilor reclam mprosptarea aerului interior n vederea meninerii compoziiei aerului n limitele prescrise.

Debitul de aer introdus sau infiltrat n incint este dependent de mai muli factori (diferena de temperatur, viteza vntului, seciunea interstiiilor, numrul de deschideri a elementelor mobile, modalitatea de ventilare, etc).

Pentru cldirile moderne sau cele reabilitate, la care debitul de aer poate fi controlat, numrul de schimburi orare este dat n tabelul 5.9 [21] n funcie de destinaia obiectivului. Prin numrul de schimburi orar,

s

n

[h-1] se definete raportul dintre debitul volumic orar al aerului proaspt de aer

ah

V

&

[m3/h] i volumul incintei

V

&

[m3].

Tab. 5.9 Numrul orar al schimburilor de aer

s

n

[h-1]

Nr.crt

Destinaia ncperii

V

m3/hm2

s

n

[h-1]

1.

Amfiteatre

8-10

2.

Ateliere

3-6

3.

Bi publice

4-6

4.

Biblioteci

3

5.

- sli de lectur

3-5

6.

- depozite de cri

3

7.

Birouri

3-6

8.

Buctrii mici

60

9.

Buctrii mijlocii

80

10.

Buctrii mari

90

11.

Cantine

6-8

12.

Clctorii

8-10

13.

Centrale telefonice

5-10

14.

Garaje

4-5

15.

Garderobe

3-6

16.

ncperi pentru decapri

5-15

17.

ncperi pentru duuri

20-30

18.

ncperi ncrcat acumulatoare

4-6

19.

ncperi pentru vopsit cu pistolul

20-50

20.

Laboratoare

8-15

21.

Magazine mici, mijlocii

4-6

22.

Magazine universale

6-8

23.

Piscine - bazine

10

24.

Piscine - sli mbrcare

10

25.

Piscine - duuri

18

26.

Piscine - coridoare

4

27.

Piscine - ncperi anexe

2

28.

Restau. - fumat interzis

5-10

29.

Restau. - fumat permis

8-12

30.

Sli de baie

4-6

31.

Sli dans - fumatul interzis

6-8

32.

Sli dans - fumatul permis

12-16

33.

Sli de mese

6-8

34.

Sli de edine

6-8

35.

Spltorii mecanice

10-15

36.

Spitale - balneofizioterap

3-6

37.

Spitale dezinf. rufriei

5-8

38.

Spitale - laboratoare

3-4

39.

Spitale - sli de operaie

8-10

40.

Spitale - sli postoperat.

5-8

41.

Spitale - sli sterilizare

8-10

42.

Spitale - saloane

5-10

43.

Spitale - sli de ateptare

5-6

44.

Spitale - radiologie

5-6

45.

Spitale cab. dentare

4-6

46.

Spitale - coridoare

3-5

47.

Teatre, cinematografe

5-8

48.

Tezaure

3-6

49.

Vopsitorii

5-15

50.

WC-uri - n locuine

4-5

51.

WC-uri - n cldiri birouri

5-8

52.

WC-uri - n fabrici

8-10

53.

WC-uri - publice

10-15

La cldirile cu destinaia locuin se recomand asigurarea unui debit volumic orar de aer de minim

20

=

ai

V

&

m3/hpers pentru fiecare ocupant n spaiile unde nu se fumeaz i

30

=

ai

V

&

m3/hpers pentru fiecare ocupant n spaiile unde este permis fumatul.

Fluxul termic necesar pentru nclzirea aerului proaspt se determin cu relaia:

)

(

3600

)

1

(

)

(

)

1

(

e

i

pa

ai

ai

o

r

e

i

pa

ai

o

r

ai

t

t

c

V

n

t

t

c

m

n

-

-

=

-

-

=

F

r

h

h

&

&

;[W](5.49)


r

h

[-] coeficientul de recuperare al cldurii din aerul viciat evacuat. La instalaiile fr recuperator de cldur valoarea lui este 0 iar pentru instalaiile cu recuperator de cldur este cuprins ntre 0,40,8, funcie de recuperator.

o

n

numrul persoanelor care ocup incinta;

ai

V

&

[m3/hpers] - debitul volumic orar de aer proaspt pentru un ocupant;

ai

m

&

[kg/hpers] - debitul masic de aer proaspt pentru un ocupant;

ai

r

[kg/m3] densitatea aerului proaspt (aprox. 1,25 kg/m3);

pa

c

[kJ/kgK] capacitatea caloric specific a aerului proaspt (aprox. 1,01 kJ/kgK);

e

i

t

t

,

[C] - temperaturile interioar i exterioar;

5.6.4 Determinarea fluxului termic al surselor interioare

Fluxul termic degajat de sursele interioare de cldur necesar pentru nclzirea aerului proaspt se determin cu relaia:

Fluxul termic aportat de sursele interioare de cldur este specific fiecrei incinte climatizate i se determin cu relaia:

....

+

F

+

F

-

F

+

F

+

F

+

F

+

F

=

F

sc

ev

mat

ab

ma

il

o

si

;[W] (5.50)

relaie n care:

o

F

[W] - fluxul termic degajat de oameni;

il

F

[W] - fluxul termic degajat de instalaia de iluminat;

ma

F

[W] - fluxul termic degajat de maini;

ab

F

[W] - fluxul termic degajat cu aburul;

mat

F

[W] - fluxul termic necesar pentru aclimatizarea materialelor;

ev

F

[W] - fluxul termic pierdut pentru evaporarea apei se pe suprafeele umede;

sc

F

[W] - fluxul termic degajat de suprafeele calde;

a) Fluxul termic degajat n incint de oameni se determin cu relaia:

=

F

oi

i

o

n

j

;[W] (5.51)

unde:

n

numrul de persoane care desfoar un anumit tip de munc;

o

j

[W/om] - fluxul termic degajat de o persoan care desfoar o anumit munc (tab. 5.10);

b) Fluxul termic degajat n incint de instalaia de iluminat se determin cu relaia:

il

il

BP

=

F

;[W](5.52)

unde:

B

- coeficient care ine seama de partea din puterea electric transformat n flux termic;

il

P

[W] - puterea instalat a surselor de iluminat;

n funcie de specificul incintei acest flux se poate introduce total, parial sau nu se introduce n ecuaia fluxului surselor interioare.

Tabelul 5.10. Degajarea specific de cldur pentru diferite activiti (

t

j

fluxul specific total,

p

j

fluxul specific transmis prin transfer termic,

l

j

fluxul specific latent)

Nr

crt

Tipul activitii

Fluxul total

t

j

[w]

Temperatura interioar a aerului [oC]

21

24

25,5

27

28

p

j

[w]

l

j

[w]

p

j

[w]

l

j

[w]

p

j

[w]

l

j

[w]

p

j

[w]

l

j

[w]

p

j

[w]

l

j

[w]

1.

Repaus (sli de spectacol)

102

77

25

67

35

62

40

57

45

51

51

2.

Aezat munc fizic foarte uoar (coli)

117

81

36

71

46

63

54

58

59

52

65

3.

Aezat munc fizic moderat (birouri). n picioare deplasri lente (magazine)

131

84

47

72

49

63

68

59

72

52

79

4.

n picioare (uniti de deservire)

147

85

62

75

72

64

83

59

88

53

94

5.

Munc uoar la banc (ateliere, fabrici)

220

107

113

86

134

72

148

64

156

56

164

6.

Dans moderat

249

118

131

95

154

80

169

72

177

67

185

7.

Munc moderat (fabrici)

293

135

158

112

181

97

196

88

205

79

214

8.

Munc grea (fabrici)

424

177

247

153

271

142

282

136

288

131

293

c) Fluxul termic degajat n incint de maini i utilaje se determin cu relaia:

ma

ma

P

4

3

2

1

y

y

y

y

=

F

;[W](5.53)

unde:

1

y

=0,7(0,9 - coeficient care ine seama de partea din puterea electric utilizat la capacitatea maxim (raportul dintre puterea maxim i cea instalat);

2

y

=0,5(0,8 - coeficient de ncrcare care este raportul dintre puterea medie i puterea maxim a instalaiei;

3

y

=0,5(1 - coeficient de simultaneitate a funcionrii mainilor;

4

y

=0,1(1 - coeficient de preluare a cldurii de ctre aerul interior;

ma

P

[W] - puterea electric instalat a mainilor;

n foarte multe cazuri produsul coeficienilor este situat n limitele (0,12-0,16).

d) Fluxul termic schimbat n incint de scprile de abur tehnologic se determin cu relaia:

ab

ab

ab

h

G

=

F

;[W] (5.54)

unde:

ab

G

[kg/s] - reprezint debitul de abur evacuat n incint;

ab

h

[W/kg] - entalpia specific a aburului;

e) Fluxul termic degajat n incint de materiale:

=

-

=

F

n

j

j

mate

j

mati

j

pmat

mat

mat

t

t

c

G

j

1

)

(

;[W](5.55)

unde:

mat

G

[kg/s] - reprezint debitul unui material necesar tehnologic;

pmat

c

[J/(kgK)] - capacitatea caloric specific masic medie la presiune constant a materialului;

mati

t

[C] - temperatura medie a materialului la intrare;

mate

t

[C] - temperatura medie a materialului la ieire;

f) Fluxul termic pierdut pentru evaporarea umiditii de pe suprafee libere:

)

84

,

1

(

w

w

ev

ev

t

r

G

+

=

F

;[W](5.56)

unde:

ev

G

[kg/s] - reprezint debitul apei evaporate de pe suprafeele libere;

w

r

[J/(kg)] cldura latent de vaporizare a apei (2500 kJ/kg);

w

t

[C] temperatura apei care vaporizeaz;

Acest flux se ia n calcul n cazul n care vaporii sunt evacuai din incint. n caz contrar procesul este adiabatic.

g) Fluxul termic degajat de suprafeele calde din incint:

=

-

=

F

n

j

i

j

sc

j

sc

t

t

A

j

1

)

(

a

;[W](5.57)

unde:

A

[m2] - reprezint aria suprafeei calde;

a

[W/(m2K)] - coeficientul de transfer termic superficial;

sc

t

[C] - temperatura suprafeei calde;

i

t

[C] - temperatura interioar;

5.7 Instalaii de nclzire central cu ap cald

Avantajele utilizrii acestei variante tehnologice de instalaie de nclzire sunt legate de caracteristicile agentul termic utilizat, de simplitatea funcional a instalaiei, de exploatarea i ntreinerea uoar i sigur i de durata de via mare a instalaiei.

Principalele dezavantaje ale adoptrii soluiei de nclzire utiliznd apa cald ca agent termic sunt legate de costul de investiie i de existena pericolul de nghe a apei neaditivate (n situaii extreme).

Apa cald este definit tehnic ca avnd temperatura de maxim 110 C i este utilizat pe scar ca agent intermediar ntre sursa termic i aerul interior sau ntre sursa termic i apa cald de consum necesar utilizrilor menajere.

Utilizarea apei calde ca agent termic confer o serie de avantaje legate de natura ecologic i economic a agentului i de proprietile termofizice de excepie ale sale i anume capacitate caloric specific mare, vscozitate dinamic mic, etc.

Apa cald se produce n cazane de ap cald sau n instalaii cu cogenerare la temperaturi tur/retur de 90/70; 80/60; 75/60C (max. 110 C) i presiuni maxime de 3-6 bar sau instalaii de pomp de cldur cu temperatura maxim de pe tur de 65C.

5.7.1 Clasificarea instalaiilor de nclzire central cu ap cald

Exist mai multe criterii de clasificare a acestor instalaii i anume:

a) dup tipul predominant de transfer termic dinte agent i aerul interior deosebim:

- prin transfer termic convectiv (convectoare, ventiloconvectoare);

- prin transfer termic radiant (panouri radiante, nclzire n pardoseal, nclzire n tavan, nclzire n perei);

- prin transfer termic mixt (convectiv i radiant) (convecto-radiatoare);

b) dup temperatura apei calde furnizate de cazan:

- cu temperatur medie obinuit tur 80C 60C retur (max. 95C pe tur);

- cu temperatur joas obinuit tur 65C 50C retur (max. 70C pe tur);

c) dup modalitatea de realizare a diferenei de presiune care asigur circulaia agentului termic prin instalaie:

- cu circulaie natural (cu termosifon) caz n care diferena de presiune este generat de diferena de nlime dintre sursa de cldur i corpul de nclzire,

h

D

i de diferena de densitate a apei la temperatura de retur i tur,

r

D

:

h

g

p

D

D

=

D

r

;[Pa](5.58)

- cu circulaie forat caz n care asigurarea circulaiei prin reeaua de nclzire se realizeaz cu ajutorul unei pompe de circulaie;

d) dup presiunea de lucru a instalaiei:

- funcionnd n legtur cu atmosfera sau cu vas de expansiune deschis caz n care creterea de volum a agentului termic este preluat de un vas de expansiune n contact cu atmosfera, amplasat n cel mai nalt punct al instalaiei;

- funcionnd la suprapresiune sau cu vas de expansiune nchis caz n care creterea de volum a agentului termic este preluat de un vas de expansiune cu o pern compresibil de azot, amplasat n instalaie la orice cot;

e) dup modalitatea de distribuie a agentului termic:

- cu distribuie radial;

- cu distribuie arborescent;

- cu distribuie inelar;

f) dup modalitatea de amplasare a reelei de distribuie a agentului termic:

- cu distribuie inferioar;

- cu distribuie superioar;

- cu distribuie la un nivel intermediar;

g) dup modalitatea de reglare a sarcinii termice:

- cu reglaj central;

- cu reglaj local;

h) dup numrul de conducte al reelei de distribuie :

- instalaii monotubulare;

- instalaii bitubulare;

Soluia tehnic se adopt n funcie de destinaia spaiului care trebuie nclzit de soluia arhitectural, confortul termic are trebuie realizat i fondurile disponibile.

Corpurile de nclzire se aleg pe considerente de design i durabilitate. Pentru nclzirea incintelor bine izolate termic este fezabil i nclzirea n pardoseal care implic costuri de investiie mai mari. Ventiloconvectoarele sunt corpuri care se monteaz n incinte cu sarcin termic mare sau atunci cnd confortul trebuie asigurat i pe perioada cald a anului prin rcirea spaiului.

Temperatura agentului se adopt funcie de sursa de agent termic. Cazanele clasice furnizeaz agent termic cu temperatur mai ridicat n timp ce cazanele cu funcionare n condensaie funcioneaz cu randament ridicat la temperaturi sczute ale agentului termic. Pompele de cldur furnizeaz n condiii economice agent termic de parametri sczui (max 55C sau 65C).

Instalaiile termice cu circulaie natural dei sunt economice (inexistena pompei de circulaie) sunt din ce n ce mai puin folosite deoarece necesit reele de dimensiuni mari i amplasarea cazanului n sub cota corpurilor de nclzire.

De asemenea instalaiile cu vas de expansiune deschis sunt evitate pentru c favorizeaz absorbia oxigenului n agentul termic i deci, coroziunea suprafeelor din oel ale instalaie.

Distribuia inelar a agentului termic asigur, din punct de vedere hidraulic, echilibrul tuturor coloanelor dar traseul de distribuie este mai lung. Soluia const n realizarea unei reele de distribuie orizontale la care dimensiunile hidraulice ale turului i returului descresc n sens contrar astfel c traseul parcurs de agent n distribuie este acelai pentru fiecare coloan.

Soluia cu distribuitoare de nivel este o soluie echilibrat hidraulic i se aplic la construciile noi i const dintr-o distribuie central care alimenteaz distribuitoarele tur/retur de nivel i legturi la corpurile de nclzire ngropate n ap.

n ceea ce privete amplasarea reelei de distribuie este preferabil distribuia inferioar care asigur i golirea natural a reelei de nclzire.

Reglajul termic local sau central se face funcie de configuraia spaiului, de funciunea sa i de utilizarea lui temporal.

Instalaiile cu o singur conduct de distribuie are dezavantaje legate de faptul c agentul termic strbate succesiv corpurile de nclzire ceea ce implic pierderi totale de sarcin mari i de faptul c reglajul termic este greu de realizat. Din aceste motive nu este recomandat.

La decizia alegerii variantei optime de instalaie de nclzire intervin o serie de elemente legate:

destinaia cldirii (de locuit, industrial, social cultural, etc);

gradul de ocupare al spaiilor;

configuraia arhitectural a spaiului;

locul de amplasare a centralei termice;

disponibilitile financiare ale investitorului;

tipul de reglare a instalaiei (local, general);

tipul de materiale utilizate la realizarea reelelor de distribuie (oel, cupru, materiale plastice, etc);

necesitatea subcontorizrii energiei termice;

gradul de automatizare al instalaiei termice;

sigurana n exploatare;

alte considerente punctuale;

5.7.2 Tipuri reprezentative de instalaii de nclzire central cu ap cald

5.7.2.1 Instalaia de nclzire central cu ap cald cu corpuri statice, circulaie natural i distribuie superioar

Corpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.

Circulaia natural a apei n instalaiile de nclzire se caracterizeaz prin faptul c nu exist un element activ (electropomp) care s asigure circulaia apei prin instalaie.

RETUR

TUR

CAZAN

SUPAP DE

SIGURAN

GOLIRE

VAS DE EXPANSIUNE

CALORIFER

CALORIFER

CALORIFER

BAIE

GOLIRE

CO

h

ROBINET DE TRECERE

ROBINET DE CALORIFER

ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

AERISITOR AUTOMAT

FILTRU DE IMPURITI

REEA TUR

REEA RETUR

REEA DE ALIMETARE CU AP

Fig. 5.12 Instalaia de nclzire central cu circulaie natural i distribuie superioar

Diferena de presiune necesar nvingerii rezistenelor hidraulice din circuit este furnizat de gravitaie, diferena de densitate tur/retur i de diferena de nlime dintre sursa de nclzire (cazan) i corpul de nclzire (calorifer) (vezi 5.58). Fenomenul poart numele de termosifon i se datorete stratificrii apei funcie de temperatur (apa cald se ridic iar apa rece coboar).

Avantaje:

costuri de exploatare reduse;

fezabil pentru zone neelectrificate;

autoreglarea instalaiei debitul prin ramurile reelei este dependent de rcirea apei n corpurile statice deci de necesarul de energie termic;

la distribuia superioar a agentului termic circulaia este activat din cauza rcirii apei n conducta de tur (reeaua roie) ct i n conducta de retur (reeaua albastr ntrerupt).

Dezavantaje:

reele cu diametre hidraulice mari;

utilizarea de cazane manufacturate, neautomatizate;

dificultatea reglrii sarcinii funcie de necesar;

posibilitatea vaporizrii apei risc de explozie;

amplasarea cazanului sub nivelul caloriferelor;

la varianta cu vas de expansiune deschis din cauza contactului cu atmosfera a agentului instalaia corodeaz datorit absorbiei oxigenului n ap;

Debitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.

Debitul agentului termic prin ntreaga instalaie

m

q

este debitul rezultat din condiia de asigurarea a fluxului termic (sarcina termic)

n

F

(vezi paragraful 5.6 Necesarul de cldur pentru nclzire i relaia 5.42) i anume:

t

c

q

p

n

m

D

F

=

[kg/s](5.59)

cu semnificaia:

p

c

- capacitate caloric specific a agentului termic (apei 4,186 kJ/kgK)

t

D

- diferena de temperatur tur-retur (1520 K)

Diferena de presiune corespunztoare diferenei de nlime h (fig. 5.12) este cea care asigur circulaia agentului termic prin caloriferele de la parter.

Condiia funcionrii corecte din punct de vedere hidraulic a instalaiei este ca pentru debitul nominal

m

q

re

h

h

D

D

[mca](5.60)

unde

re

h

D

pierderea de sarcin nominal a reelei se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat de la cota cea mai mic.

Vasul de expansiune deschis are rolul de a prelua diferenele de densitate ale a agentului termic, de a realiza aerisirea instalaiei i de a evacua agentul n surplus.

5.7.2.2 Instalaia de nclzire central cu ap cald cu corpuri statice, circulaie natural i distribuie inferioar


RETUR

TUR

CAZAN

SUPAP DE

SIGURAN

GOLIRE

VAS DE EXPANSIUNE

CALORIFER

CALORIFER

CALORIFER

BAIE

GOLIRE

ROBINET DE TRECERE


ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

CO

AERISITOR AUTOMAT

h

FILTRU DE IMPURITI

REEA TUR

REEA RETUR

REEA DE ALIMETARE CU AP

Fig. 5.13 Instalaia de nclzire central cu circulaie natural i distribuie inferioar

Circulaia natural a apei n instalaiile de nclzire se caracterizeaz prin faptul c nu exist un element activ (electropomp) care s asigure circulaia apei prin instalaie.

Diferena de presiune necesar nvingerii rezistenelor hidraulice din circuit este furnizat de gravitaie, diferena de densitate tur/retur i de diferena de nlime dintre sursa de nclzire (cazan) i corpul de nclzire (calorifer) (vezi 5.58). Fenomenul poart numele de termosifon i se datorete stratificrii apei funcie de temperatur (apa cald se ridic iar apa rece coboar).

Avantaje:

costuri de exploatare reduse;

fezabil pentru zone neelectrificate;

autoreglarea instalaiei debitul prin ramurile reelei este dependent de rcirea apei n corpurile statice deci de necesarul de energie termic;

Dezavantaje:

reele cu diametre hidraulice mari;

utilizarea de cazane manufacturate, neautomatizate;

dificultatea reglrii sarcinii funcie de necesar;

posibilitatea vaporizrii apei risc de explozie;

amplasarea cazanului sub nivelul caloriferelor;

la varianta cu vas de expansiune deschis din cauza contactului cu atmosfera a agentului instalaia corodeaz datorit absorbiei oxigenului n ap;

la distribuia inferioar a agentului termic circulaia este ncetinit din cauza rcirii apei n conducta de tur (reeaua roie). Pentru evitarea scderii diferenei de depresiune active se recomand izolarea conductei de tur



m

q


n

F


t

c

q

p

n

m

D

F

=

[kg/s](5.59)

cu semnificaia:

p

c


t

D


Diferena de presiune corespunztoare diferenei de nlime h (fig. 5.12) este cea care asigur circulaia agentului termic prin caloriferele de la parter.


m

q

re

h

h

D

D

[mca](5.60)

unde

re

h

D

pierderea de sarcin nominal a reelei se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat de la cota cea mai mic.

Vasul de expansiune deschis are rolul de a prelua diferenele de densitate ale a agentului termic, de a realiza aerisirea instalaiei i de a evacua agentul n surplus.

5.7.2.3 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice i circulaie forat


Circulaia forat a apei prin instalaiile de nclzire este o soluie modern care implic montarea n circuitul de nclzire a unei pompe de circulaie care s genereze o diferen de presiune activ

p

D

capabil s nving cderile de presiune

re

p

D

(pierderile de sarcin

re

h

D

) pe traseul de nclzire.

Cderea de presiune

re

p

D

nominal respectiv pierderea de sarcin nominal pe reea

re

h

D

utilizat pentru dimensionarea pompei de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).



m

q


n

F


t

c

q

p

n

m

D

F

=

[kg/s](5.59)

cu semnificaia:

p

c


t

D


GOLIRE

VAS DE

EXPANSIUNE

CALORIFER

CALORIFER

CALORIFER

BAIE

ROBINET DE TRECERE


ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

CO

AERISITOR AUTOMAT

FILTRU DE IMPURITI

REEA TUR

REEA RETUR

AP RECE (AR)

SUPAP DE SENS

VAN CU TREI CI ON/OF

SUPAP DE SIGURAN

AR

AR

AP CALD SANITAR (ACS)

FILTRU

h

RETUR

TUR

CAZAN

POMP

Fig. 5.14 Instalaia de nclzire central cu circulaie forat i distribuie inferioar


m

q

re

pomp

h

h

D

D

[mca](5.61)

Avantaje:

reele de distribuie cu diametre hidraulice mici (costuri de investiie mai mici, trasee uor de amplasat i mascat) ;

posibilitatea amplasrii centralei termice la orice nivel al cldirii (fa de nlimea de pompare a pompei fenomenul de termosifon are pondere nesemnificativ);

automatizarea facil a instalaiei;

utilizarea de cazane moderne, automatizate;

utilizarea de vase de expansiune nchise care protejeaz instalaia mpotriva corodrii (oxidrii);

Dezavantaje:

costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropomp;

necesitatea reglrii hidraulice a instalaiei din robinetele de reglaj ale caloriferelor astfel nct temperatura n fiecare incint s fie cea dorit;

n figura 5.14 este prezentat o instalaie de nclzire cu circulaie forat la care pompa de circulaie este amplasat n cazan.

Specific instalaiei este dotarea ei cu un vas de expansiune nchis, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum a apei din instalaie datorat modificrii temperaturii.

5.7.2.4 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice, circulaie forat i preparare instantanee de ap cal sanitar

Instalaia se preteaz pentru apartamente sau cldiri cu extindere mic cu necesar limitat de ap cald sanitar.



p

D


re

p

D


re

h

D


Cderea de presiune

re

p

D


re

h

D




m

q


n

F


t

c

q

p

n

m

D

F

=

[kg/s](5.59)

cu semnificaia:

p

c


t

D


GOLIRE

VAS DE

EXPANSIUNE

CALORIFER

CALORIFER

CALORIFER

BAIE

ROBINET DE TRECERE


ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

CO

AERISITOR AUTOMAT

h

FILTRU DE IMPURITI

REEA TUR

REEA RETUR

AP RECE (AR)

RETUR

TUR

CAZAN

POMP

SUPAP DE SENS


SUPAP DE SIGURAN

AR

AR

SCHIMBTOR DE CLDUR

ACS


FILTRU

CONSUMATORI

Fig. 5.15 Instalaia de nclzire central cu circulaie forat i preparare instantanee de ap cald sanitar


m

q

re

pomp

h

h

D

D

[mca](5.61)

Avantaje:






prepararea instantanee de ap cald sanitar

Dezavantaje:


5.7.2.5 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice, circulaie forat i acumulare de ap cal sanitar

Instalaia se preteaz pentru cldiri cu extindere medie cu necesar de ap cald sanitar.



p

D


re

p

D


re

h

D


Cderea de presiune

re

p

D


re

h

D




m

q


n

F


t

c

q

p

n

m

D

F

=

[kg/s](5.59)

cu semnificaia:

p

c


t

D



m

q

re

pomp

h

h

D

D

[mca](5.61)

Avantaje:



AR

ACS

REC

POMP

RECIRCULARE

GOLIRE

VAS DE

EXPANSIUNE

CALORIFER

CALORIFER

CALORIFER

BAIE

ROBINET DE TRECERE


ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

CO

AERISITOR AUTOMAT

FILTRU DE IMPURITI

SUPAP DE SENS


SUPAP DE SIGURAN

AR

FILTRU

h

RETUR

TUR

CAZAN

POMP

GOLIRE

BOILER

VAN CU 3 CI

TERMOSTATIC

CONSUMATORI

VAS DE

EXPANSIUNE

REEA TUR

REEA RETUR

AP RECE (AR)


RECIRCULARE AP CALD (REC)

COMAND

Fig. 5.16 Instalaia de nclzire central cu circulaie forat i boiler de ap cald sanitar




asigurarea de cantiti mai mari de ap cald sanitar pentru funcionarea simultan a mai multor consumatori;

regimul stabile de funcionare a cazanului

Dezavantaje:


costuri de investiie sporite;


n figura 5.16 este prezentat o instalaie de nclzire cu circulaie forat i preparare de ap cald sanitar n regim de acumulare.

Cazanul alimenteaz cu agent termic alternativ serpentina boilerului (prioritar) respectiv instalaia de nclzire cu corpuri statice.

Dup filtrare apa rece alimenteaz circuitul de ap rece al cldirii i boilerul de preparare a apei calde sanitare. Agentul termic care circul prin serpentina boilerului nclzete prin transfer termic apa rece care se stratific din cauza modificrii densitii cu temperatura.

Apa cald sanitar este livrat de la partea superioar a boilerului dup ce este finisat la temperatura de utilizare cu ajutorul unei vane cu 3 ci termostatice prin amestec cu ap rece.

Reeaua de recirculare ap cald sanitar, dotat cu o pomp de recirculare are rolul de a readuce n boiler apa cald sanitar rcit pe traseu astfel ca utilizatorul de apa cald sanitar s nu atepte apariia ei la baterie.

Instalaia este dotat dou vase de expansiune nchise, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum datorat modificrii temperaturii a agentului termic respectiv a apei calde sanitare din instalaie.

Supapele de descrcare au rolul de a proteja circuitele de suprapresiunile termice prin eliminarea unei cantiti de lichid la o depirea presiunii de setare iar supapele de sens de a mpiedica eventualele circulaii n sens invers.

5.7.2.6 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice, circulaie forat i boiler bivalent

Instalaia se preteaz pentru cldiri cu extindere medie cu necesar de ap cald sanitar i posibilitate de instalare de panouri solare.



p

D


re

p

D


re

h

D


Cderea de presiune

re

p

D


re

h

D




m

q


n

F


t

c

q

p

n

m

D

F

=

[kg/s](5.59)

cu semnificaia:

p

c


t

D



m

q

re

pomp

h

h

D

D

[mca](5.61)

Avantaje:







AR

ACS

REC

POMP

RECIRCULARE

ALIMENTARE

SOLAR

TERMOMANOMETRU

GOLIRE

VAS DE

EXPANSIUNE

CALORIFER

CALORIFER

BAIE

ROBINET DE TRECERE


ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

CO

AERISITOR AUTOMAT

FILTRU DE IMPURITI

SUPAP DE SENS


SUPAP DE SIGURAN

AR

FILTRU

h

RETUR

TUR

CAZAN

POMP

GOLIRE

BOILER

VAN CU 3 CI

TERMOSTATIC

CONSUMATORI

VAS DE

EXPANSIUNE

TM

PANOU SOLAR

TM

TM

REEA TUR

REEA RETUR

AP RECE (AR)



COMAND

Fig. 5.17 Instalaia de nclzire central cu circulaie forat i boiler de ap cald sanitar

regimul stabile de funcionare a cazanului;

economii de energie rezultate prin nclzirea apei din boiler prioritar cu energie solar;

Dezavantaje:


costuri de investiie sporite inclusiv datorate panourilor solare pentru care amortizarea investiiei se face dup aprox. 5-8 ani;


n figura 5.17 este prezentat o instalaie de nclzire cu circulaie forat i preparare de ap cald sanitar n regim de acumulare cu un boiler de acumulare bivalent. Boilerul este echipat cu dou serpentine i anume:

serpentina inferioar rezervat nclzirii cu agent termic nclzit cu ajutorul radiaiei solare (soluie ap glicol;

serpentina superioar alimentat cu agent termic preparat n centrala termic cu rol de finisare a temperaturii apei calde sanitare;

Cazanul alimenteaz cu agent termic alternativ serpentina boilerului (prioritar) respectiv instalaia de nclzire cu corpuri statice.

Dup filtrare apa rece alimenteaz circuitul de ap rece al cldirii i boilerul de preparare a apei calde sanitare. Agentul termic care circul prin serpentina boilerului nclzete prin transfer termic apa rece care se stratific din cauza modificrii densitii cu temperatura.



Instalaia este dotat dou vase de expansiune nchise, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum datorat modificrii temperaturii a agentului termic respectiv a apei calde sanitare din instalaie.


Specific instalaiei sunt panourile solare unde prin efect de ser se transform radiaia solar difuz i direct n energie termic a agentului din sistemul solar.

Circuitul solar este activat de o pomp de circulaie comandat de diferena de temperatur dintre agentul din panoul solar i cea din boiler iar variaia de volum a agentului este preluat de un vas de expansiune cu pern de azot.

5.7.2.7 Instalaia de nclzire central cu ap cald, cu serpentine n pardoseal, circulaie forat i acumulator de energie termic

Instalaia se preteaz pentru cldiri foarte bine izolate termic, cu extindere medie cu necesar de ap cald sanitar i posibilitate de instalare de panouri solare.

Energia termic este transferat aerului interior prin convecie natural i radiaie de pardoseala ncperilor prin care sunt montate ntr-o ap de beton serpentine din eav din material plastic special.

n acest caz exist trei circuite hidraulice distincte:

1. Circuitul agentului termic prin instalaia de nclzire n pardoseal - asigurat de o pomp de circulaie care genereaz o diferen de presiune activ

p

D


re

p

D


re

h

D


2. Circuitul agentului termic de la centrala termic la acumulatorul de energie termic - asigurat de pompa de circulaie a cazanului care genereaz o diferen de presiune activ capabil s nving cderile de presiune pe acest traseu.

3. Circuitul agentului termic de la panourile solare la serpentina acumulatorul de energie termic - asigurat de pompa de circulaie a circuitului solar care genereaz o diferen de presiune activ capabil s nving cderile de presiune pe acest traseu.

Cderile de presiune

re

p

D

nominale respectiv pierderile de sarcin nominale pe reele

re

h

D

utilizate pentru dimensionarea pompelor de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).

Avantaje:

nclzirea uniform a spaiilor;

temperaturi de interior cu 1-2 K mai mici dect n cazul nclzirii cu corpuri statice;





regimul stabile de funcionare a cazanului;

economii de energie rezultate prin nclzirea apei din boiler prioritar cu energie solar;

AR

ACS

REC

POMP

RECIRCULARE

TERMOMANOMETRU

ALIMENTARE

SOLAR

P

1

2

3

5

4

5

1

4

2

8

6

3

9

8

7

6

7

9

BAIE

AR

FILTRU

ACUMULATOR

VAN CU 3 CI

TERMOSTATIC

CONSUMATORI

TM

BOILER

ROBINET DE TRECERE


ROBINET DE REGLARE

AERISITOR

AERISITOR AUTOMAT

FILTRU DE IMPURITI

REEA TUR

REEA RETUR

AP RECE (AR)

SUPAP DE SENS


SUPAP DE SIGURAN



PANOU

SOLAR

TM

TM

VAS DE

EXPANSIUNE

CO

POMP

CAZAN

TUR

RETUR

VAS DE

EXPANSIUNE

VAN CU 3 CI

POMP

NCLZIRE

5

4

1

2

3

BAIE

DEBITMETRU (ROTAMETRU)

ROBINET DE REGLARE

ELECTROVAN

CRONORTERMOSTAT

COMAND

5

4

1

2

3

E

T

S

Fig. 5.18 Instalaia de nclzire central n pardoseal cu acumulator de energie termic i boiler de ap cald sanitar

Dezavantaje:

costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropompe;

costuri de investiie sporite inclusiv datorate panourilor solare pentru care amortizarea investiiei se face dup aprox. 5-8 ani;

automatizarea facil a instalaiei dar cu costuri de investiie importante;

necesitatea reglrii hidraulice a instalaiei din robinetele de reglaj ale distribuitoarelor astfel nct debitele (indicate de debitmetre) s fie cele care asigur cderile de temperatur proiectate;

n figura 5.18 este prezentat o instalaie de nclzire n pardoseal i preparare de ap cald sanitar n regim de acumulare cu boiler de acumulare.

Particularitatea instalaiei este dat de existena acumulatorului de energie termic cu dou surse de energie termic: solar respectiv clasic.

Datorit faptului c temperatura indicat a pardoselii nu trebuie s depeasc 26 C (30 C n bi) temperatura de tur a agentului de nclzire este limitat la 40 C. Aceast constrnge face ca s devin fezabil utilizarea surselor secundare de energie de parametri sczui inclusiv utilizarea parial a energiei solare pentru nclzire.

Serpentina prin care circul agentul termic solar este amplasat n partea inferioar a acumulatorului unde din cauza fenomenului de stratificare a apei, temperatura ei este sczut astfel nct sursa solar este sursa primar pentru nclzirea agentului din acumulator. Sursa secundar (secundare) este cazanul funcionnd cu combustibil clasic automatizat n funcie de temperatura apei din acumulator.

Finisarea temperaturii agentului termic nclzitor se realizeaz cu o van cu trei ci termostatic sau dotat cu actuator (electromotor pas cu pas) comandat de o instalaie de automatizare.

Acumulatorul este n construcie tanc n tanc astfel c boilerul, amplasat ntr-un acumulatorul de energie termic n partea superioar, preia energia termic prin convecie natural de la agent nclzind apa cald sanitar la temperatura de utilizare.

Dup filtrare apa rece alimenteaz circuitul de ap rece al cldirii i boilerul de preparare a apei calde sanitare.



Ca variant constructiv n locul boilerului de acumulare poate fi montat o serpentin din inox sau cupru cu traseu ascendent, de suprafa mare prin care apa sanitar se nclzete pe msura utilizrii.

Instalaia este dotat trei vase de expansiune nchise, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum datorat modificrii temperaturii a agentului termic respectiv a apei calde sanitare din instalaie.


Serpentinele nglobate n apa de pardoseal sunt evi din polietilen, polibutilen, cupru, etc, speciale cu mbinare prin sertizare sau prin strngere cu muf mobil prin care circul agentul termic i transfer prin conducie energia termic apei ceramice iar aceasta, prin convecie i radiaie o transfer aerului din incint.

apa de pardoseal se realizeaz din beton aditivat mpotriva fisurrii sau pe baz de ghips i la partea inferioar este realizat o barier de vapori i sunt izolate la termic.

Se recomand amplasarea ramurilor serpentinelor alternativ (tur retur) cu pasul 7,5 30 cm i lungimi ale serpentinelor care s nu depeasc 100 m.

n figura 5.19 sunt prezentate cteva exemple de configurare ale serpentinelor utilizate curent n practic.

10

10

15

15

20

Pe-Xa 16, L= 100m

p= 10/15 mm

Pe-Xa 16, L= 100m

p= 20 mm

a) N SPIRAL DUBL

CU PAS NEUNIFORM

b) N SPIRAL DUBL

CU PAS UNIFORM

c) MEANDRE DUBLE

DSTRIBUITOR TUR RETUR

Pe-Xa 16, L= 100m

p= 15 mm

Fig. 5.19 Tipuri uzuale de configurare a serpentinelor de nclzire

Spirala dubl asigur rezistene hidraulice minime (coturi cu raze mari), posibilitatea de realizrii de pai mici (flux termic specific sporit) n zonele perimetrale dar implic o trasare precis traseului serpentinei.

Configurarea n meandre duble este mai puin pretenioas la execuie dar, la pai mici, raza de curbur a evii interioar este mic determinnd creterea rezistenei hidraulice locale.

PAGE

222

aer

r

cv

cd

o

F

+

F

+

F

+

F

=

F

_1354597238.unknown

_1355641382.unknown

_1355986049.unknown

_1362406894.unknown

_1485328271.unknown

_1485328279.unknown

_1486448043.unknown

_1485333168.unknown

_1485333133.unknown

_1485333153.unknown

_1485328570.unknown

_1

Cap 5. Termice

Documents

Transcript of Cap 5. Termice