6. C11 CAPITOLUL 5: SISTEME PENTRU CLĂDIRI CIVILE [iv · recuperator de căldură, compresoare, servomotoare, generatoare de abur, alimentare baterii electrice etc.) și automatizare

Versiunea din 3 iunie 2016 5.3. Climatizarea

6. C11 CAPITOLUL 5: SISTEME PENTRU CLĂDIRI CIVILE [iv]

Sistemele de ventilare și climatizare îmbracă o mare diversitate atât sub aspectul alcătuirii, al modului de echipare a instalațiilor, al tipului elementelor componente, al dimensiunii instalațiilor după mărimea debitelor de aer vehiculate, al puterilor termice (de încălzire, de răcire) și al presiunilor generate cât și după modul de realizare a schimbului de aer al încăperilor, al nivelurilor de temperatură, presiune și umiditate realizate în încăperi. Tipul clădirii căreia îi este destinată o instalație de ventilare sau climatizare își pune amprenta specifică asupra instalației, în special, prin soluția adoptată, modul de realizare tehnică (aspect, trasee, etanșeitate, asigurare parametri, nivel de zgomot, automatizare, exploatare și întreținere etc.).

1.4 5.1. Ventilare naturală (VN)

6.1.1 5.1.1. Ventilare naturală neorganizată

6.1.2 5.1.2. Ventilare naturală organizată 5.1.2.1 Factorii care asigură schimbul natural de aer 5.1.2.1.1 Presiunea termică 5.1.2.1.2. Presiunea vântului 5.1.2.1.3. Presiunea totală; presiunea convențională 5.1.2.2 Dispozitive de ventilare naturală 5.1.2.2.1 Ferestre {ochiuri mobile) 5.1.2.2.2. Coșuri de ventilare

1.5 5.2. Ventilare mecanică (VM)

6.1.3 5.2.1. Alcătuirea unei instalații de ventilare mecanică

6.1.4 5.2.2. Regimuri de funcționare

6.1.5 5.2.3. Sisteme de ventilare mecanică

6.2 5.3. Climatizarea

6.2.1 5.3.1. Probleme generale Instalațiile de climatizare (condiționare) a aerului trebuie să asigure menținerea parametrilor aerului, din încăperile deservite, în limite dinainte prescrise, în tot timpul anului, indiferent de variația factorilor meteorologici, de gradul de ocupare a încăperilor, cu alte cuvinte, indiferent de modificarea sarcinilor termice (de încălzire, de răcire) și de umiditate. Ele au rolul de a asigura condițiile de confort termic în clădirile social-culturale, administrative, de locuit etc., sau de a asigura parametrii necesari ai aerului interior (temperatură, umiditate relativă) în cazul instalațiilor de climatizare tehnologică. În același timp trebuie să se asigure introducerea de aer proaspăt necesar diluării CO2 degajat de ocupanți (funcțiunea de ventilare). Deoarece sarcinile termice și de umiditate ale încăperilor se modifică permanent și în limite largi, iar parametrii microclimatului trebuie menținuți constanți, rezultă că aerul tratat, introdus în încăperi, trebuie să aibă permanent (în tot timpul anului) parametri variabili. Ca urmare, aerul trebuie tratat într-un aparat (agregat) unde suferă o suită de 4 procese termodinamice simple (încălzire, răcire, uscare, umidificare), într-o anumită ordine.

177

C11 Capitolul 5: Sisteme pentru clădiri civile [3F]

Instalațiile ale căror agregate de tratare a aerului suferă numai două sau trei procese termodinamice simple poartă denumirea de instalații de climatizare parțială. Foarte adesea, instalațiile de climatizare parțială sunt desemnate (mai ales de către comercianți) drept instalații de climatizare, ceea ce nu este corect.

Instalațiile de climatizare sunt folosite în două categorii de clădiri, civile și industriale, luându-și de aici și denumirea de:

• instalații de climatizare în scopuri de confort și

• instalații de climatizare tehnologică (în scopuri industriale).

Instalațiile de climatizare de confort sunt destinate asigurării microclimatului pentru menținerea sănătății și desfășurării muncii optime în toate categoriile de clădiri civile (birouri, spitale, teatre, magazine, săli de audiție și concerte etc.) pe parcursul întregului an. După anotimp și dorință, temperatura încăperilor este menținută între 20 și 26 °C iar umiditatea relativă între 40 și 60 % (§2.3).

Instalațiile de climatizare tehnologică au funcțiunea de a asigura acei parametri ai încăperilor care convin procesului de producție, pentru a preveni rebutarea produselor. Temperatura și umiditatea relativă a aerului trebuie să fie optime pentru desfășurarea procesului de fabricație și primează alegerea acestora. În cazul în care valorile acestor parametri creează disconfort pentru personalul de deservire se iau măsuri suplimentare pentru a preveni îmbolnăvirile și a asigura randamentul necesar muncii. Condițiile realizării producției (temperatură, umiditate) pentru diverse ramuri industriale sunt indicate, după Carrier Handbook of Air Conditioning System Design, ASHRAE - Handbook și alte surse bibliografice, în tabelul 5.3.1.

6.2.2 5.3.2. Clasificarea instalațiilor de climatizare. Principii de funcționare

6.2.2.1 5.3.2.1 Clasificarea instalațiilor instalații „numai aer", cu: 1 canal cu debit constant, pentru: o singură zonă; mai multe zone cu:

• reîncălzirea aerului; • clapete de reglare; • grupuri de ventilare zonale;

1 canal cu debit variabil; 2 canale de aer cu: debit constant sau variabil;

instalații „aer-apă" (cu aer primar) cu: climaconvectoare (aparate cu inducție); sisteme cu:

• 2 conducte (cu și fără comutare), 3 sau 4 conducte; aparate cu:

• reglare (prin ventil sau clapetă); • debit constant sau variabil;

ventiloconvectoare: cu aer primar; cu priză de aer exterior; numai cu recirculare; diagrame de reglare a parametrilor;

178


racordarea climaconvectoarelor la rețeaua de agenți termici, sistem cu: 2, 3 sau 4 conducte;

încălzire terminală; alte sisteme.

6.2.2.2 5.3.2.2 Principii de funcționare a instalațiilor de climatizare Elementul principal al oricărei instalații de climatizare îl reprezintă aparatul (agregatul) de climatizare de care sunt legate modalitățile de funcționare a instalației. Aerul de climatizare este tratat (încălzit, răcit, uscat, umidificat) în aparat și cu ajutorul acestuia instalația poate funcționa într-unul din regimurile:

• cu amestec de aer exterior și de aer interior; • numai cu aer exterior; • în regim de recirculare totală.

În figura 5.3.1 este prezentată schema de principiu a unei instalații de climatizare care deservește o singură încăpere (de exemplu, o sală de spectacol dintr-un teatru).

Figura 1.1 Fig. 5.3.1. Schema unei instalații de climatizare deservind o singură încăpere : CTA -

cantrala de tratare aer; T - termostat; H - higrostat; VI - ventilator de introducere; VE - ventilator de evacuare; F - filtru de praf; BPI - baterie preîncălzire: BAI - baterie reîncălzire: BA - baterie răcire; CU - cameră umidificare; C - cazan apă caldă; CP - compresor; CD - condensator; VL - ventil de laminare; EP - evaporator; RC - recuperator de căldură; CR - clapetă de reglare; VP - vas expansiune; V - ventil cu 3 căi; P - pompă de circulație; AZ - atenuator de zgomot; PA - priză de aer; GE - gură de evacuare în

exterior a aerului viciat; GR - gură de refulare; GA - gură de aspirație; CH - aparat de răcire a apei (chiller).

Instalația de climatizare se compune din: agregat (aparat) de climatizare, instalația de reglare automată aferentă, recuperator de căldură, atenuatoare de zgomot, grile de refulare și absorbție pentru încăpere, priză de aer proaspăt, gură de evacuare a aerului viciat în exterior și rețeaua de canale pentru introducere și evacuare. Pentru a funcționa, instalația mai are nevoie de câte o sursă de: căldură (apă caldă, apă fierbinte, abur), frig (apă rece, apă răcită, freon), energie electrică pentru instalația de forță (antrenare ventilatoare, pompe, recuperator de căldură, compresoare, servomotoare, generatoare de abur, alimentare baterii electrice etc.) și automatizare (circuite de comandă, semnalizare etc.).

Aerul proaspăt este preluat din exterior prin priza de aer (P.A.) cu ajutorul ventilatorului de introducere (V.L), trecut prin recuperatorul de căldură (R.C.) și amestecat cu aer recirculat din încăpere.

179


Agregatul de climatizare se compune din:

• Filtrul de praf (F) - are rolul de a reține particulele de praf din aerul exterior și recirculat.

• Bateria de preîncălzire (BPI) și bateria de reîncălzire (BRI). Acestea preîncălzesc și reîncălzesc, în anumite limite, debitul total de aer al instalației.

• Camera de umidificare (CU) - are rolul de a îmbogăți conținutul de umiditate al aerului introdus în încăperea climatizată. Această umidificare se poate face cu ajutorul unei camere de pulverizare a apei (umidificarea adiabatică), cu pompare în circuit închis sau prin injectare cu abur viu (umidificare izotermică) provenit de la un generator de abur sau preluat dintr-o rețea de abur tehnologic (§8.8.3). în cazul utilizării aburului, BRI poate lipsi.

• Ventilatorul de introducere (Vl) asigură mișcarea aerului pe circuitul de introducere de la priza de aer (PA) până la gura (gurile) de refulare (GR) învingând rezistențele din PA, RC, F, BPI, BR, CU, BRI, AZ, GR și de pe rețeaua canalelor de introducere.

• Ventilatorul de evacuare (VE) asigură mișcarea aerului pe circuitul de evacuare (GA, AZ, RC, GE și rețeaua de canale aferentă). Presiunea acestui ventilator este mai mică decât a celui de introducere care are de învins mai multe rezistențe (rezistențele elementelor componente ale aparatului de climatizare).

Acționarea și reglarea diverselor elemente care participă la tratarea aerului se fac cu ajutorul unor traductoare: termostat (T); higrostat (H) montate în încăpere sau pe canalele de aer (în principal, pe cel de evacuare a aerului din încăpere, dar nu numai). În figura 5.3.1, T și H au fost prevăzute în încăpere. (Pentru diverse scheme tehnologice de reglare automată a instalațiilor de climatizare a se vedea §12.4 și §12.5).

• Termostatul de cameră (T) acționează secvențial asupra agentului termic al BRI și asupra agentului de răcire al BR. La scăderea temperaturii aerului din încăpere este pus, mai întâi, în funcțiune RC și, ulterior, se deschide Va al BRI. Acțiunea continuă până la restabilirea temperaturii interioare prestabilite. La creșterea temperaturii interioare peste valoarea prescrisă se închide, mai întâi, V3 și, apoi, se oprește RC. Dacă temperatura interioară continuă să crească se deschide V1 al BR. La restabilirea temperaturii interioare se închide V1.

• Higrostatul de cameră (H), la scăderea umidității relative a aerului interior sub valoarea prescrisă, deschide, mai mult, V2 al BPI și pornește pompa de circulație P2 a camerei de umidificare. La atingerea umidității relative prescrise se oprește P2. La umidități relative interioare mai mari decât valoarea prescrisă se închide V2 al BPI și se deschide V1 al BR astfel că aerul este răcit și uscat. Corectarea scăderii temperaturii interioare se face prin deschiderea Vs al BRI. La oprirea instalației (a ventilatoarelor VI și VE) se comandă și închiderea CR de pe aerul proaspăt și evacuat.

6.2.3 5.3.3. Instalații „numai aer" La aceste sisteme aerul este tratat într-un agregat central după care este refulat, în încăperi, fără a mai suferi retratări ulterioare. Aerul trebuie să asigure, în mod integral, atât încălzirea cât și răcirea încăperilor, în încăperi ne mai existând sisteme suplimentare de încălzire (de exemplu, cu corpuri de încălzire) sau de răcire. Pentru unele categorii de încăperi, unde o inundație prin spargerea conductelor de apă ar produce pagube mari, este singurul mod de climatizare. Instalațiile „numai aer" se pot executa în două variante, după mărimea presiunii ventilatorului:

• instalații de presiune joasă (tradiționale). În instalațiile de presiune joasă aerul este

180


vehiculat în canale cu viteze cuprinse între 3 și 8 m/s și conduce la presiuni ale ventilatoarelor cuprinse între 100 și 500 Pa. Ca urmare, nivelul de zgomot în instalație este redus și, de cele mai multe ori, nu este necesară prevederea unor atenuatoare de zgomot

• instalații de presiune înaltă. La instalațiile cu debite mari de aer (hoteluri, clădiri cu birouri) spațiul necesar pentru amplasarea canalelor este mai mare și reclamă mărirea suprafeței construite. Pentru a reduce debitul de aer și spațiul aferent amplasării canalelor s-a recurs la două metode: mărirea diferenței de temperatură dintre aerul încăperii și aerul răcit de la 5...8 la 10...12 °C și mărirea vitezei de circulație a aerului în canale la 15...25 m/s. Acest ultim aspect a condus la creșterea pierderii de sarcină în instalațiile de climatizare la valori de ordinul 1000...2000 Pa (uneori chiar mai mult). Aceste instalații au căpătat denumirea de instalații de presiune înaltă. Creșterea presiunii a atras după sine creșterea importantă a nivelului de zgomot, fiind necesare măsuri de tipul: o prevederea atenuatoarelor de zgomot, o adaptarea de grile pentru introducere cu atenuarea zgomotului, o prevederea unor aparate de detentă. Toate acestea scumpesc instalația. Odată cu creșterea prețului energiei, scumpirile enumerate mai sus nu au mai putut fi acoperite și s-a recurs la reducerea, din nou, a vitezei de circulație a aerului în canale. Se recomandă ca viteza să nu depășească 12... 15 m/s astfel ca presiunea în sistem să scadă la 1000...1200 Pa. Creșterea diferenței de temperatură la 10... 12 °C se poate face, pentru a preveni curenți reci de aer, cu adoptarea unor dispozitive de introducere performante, deci mai scumpe.

Din punct de vedere al debitului de aer, instalațiile de climatizare „numai aer" pot fi realizate, de asemenea, în două variante de instalații: cu debit constant și cu debit variabil.

6.2.3.1 5.3.3.1 Instalații „numai aer" cu 1 canal cu debit constant Instalația poartă denumirea de instalație cu „un canal" luându-se în considerare canalul de introducere. Instalația are însă și un al doilea canal, cel de evacuare. Instalația funcționează tot timpul cu același debit de aer, atât vara cât și iarna.

6.2.3.1.1.1 5.3.3.1.1 Instalații pentru o zonă Instalația din figura 5.3.2 deservește fie o singură încăpere, fie mai multe încăperi, având aceeași orientare sau aceeași variație a sarcinilor termice și de umiditate, alcătuind o zonă, astfel încât, în timpul anului, să nu fie necesară modificarea debitelor de aer între încăperi.

181


Figura 1.2 Fig. 5.3.2 Instalație de climatizare cu un canal de presiune joasă/înaltă pentru o singură zonă, deservind mal multe încăperi: 1 - cameră de amestec; 2 - filtru de praf; 3 - baterie de încălzire; 4 -

baterie de răcire; 5 - cameră de umidificare; 6 - ventilator introducere; 7 - ventilator evacuare; 8 - aparat de detentă (în cazul instalațiilor de presiune înaltă ); 9 - încăpere climatizată; 10 - regulator de umiditate; 11 - regulator de temperatură; 12 - ventil cu două căi; 13 - ventil cu trei căi; 14 - clapetă de

reglare; T - termostat de cameră al zonei; H - higrostat de cameră al zonei.

În cazul existenței mai multor încăperi, traductoarele de temperatură (T) sau de umiditate (H) se montează în camera reprezentativă a zonei sau pe aerul evacuat (după colectarea de la toate încăperile), (varianta 2, din figura 5.3.2).

Dacă instalația de climatizare este realizată în sistemul de presiune înaltă pe circuitul de introducere a aerului în încăpere (încăperi) se intercalează un aparat de detentă care reduce presiunea aerului de la circa 150...200 (sau chiar mai mult) la 10...30 Pa.

Pentru instalații cu nivel de zgomot ridicat se iau măsuri de atenuare a acestuia prin prevederea atenuatoarelor de zgomot sau a unor grile de aer (în special, pe introducere) prevăzute cu materiale fonoabsorbante. Se pot combina, dacă este necesar, ambele modalități.

6.2.3.1.1.2 5.3.3.1.2 Instalații pentru mai multe zone Pentru încăperi cu orientări diferite, încăperi exterioare și interioare sau încăperi cu variații diferite ale sarcinilor termice și de umiditate, care ar conduce la modificări ale debitelor de aer, de la un sezon la altul, în cazul folosirii unui singur grup, este necesară tratarea ulterioară a aerului, corespunzător fiecărei zone în parte.

• Instalații cu reîncălzirea aerului pe fiecare zonă (fig. 5.3.3)

încăperile din clădire se grupează pe zone după diversele criterii enunțate la §5.3.3.1.1. în agregatul de climatizare se tratează aerul pentru toate zonele (fig. 5.3.3) la parametri convenabili atât pentru vară cât și pentru iarnă. Termostatul (T) se montează în camera reprezentativă a fiecărei zone (varianta 1) sau pe canalul de evacuare al fiecărei zone dacă, termic și economic, este posibil (varianta 2). Se poate diferenția, pe fiecare zonă, temperatura încăperilor în perioadele reci și de tranziție, nu și în sezonul cald.

Figura 1.3 Fig. 5.3.3. Instalație de climatizare cu debit constant cu 1 canal de presiune joasă/înaltă,

multizonală, cu baterii de post-încălzire: 1-14, T - vezi fig. 5.3.2; 13a - ventil cu trei căi pentru zonele 1, 2, 3; T1 - termostat de canal; H1 - higrostat de canal; BI - baterie de încălzire aferentă unei zone.

182


La variantele de presiune înaltă trebuie să se prevadă aparate de detentă. Reglarea temperaturii aerului fiecărei zone se face prin reglarea debitului de agent termic al bateriilor BI1...BI3. Dezavantajul principal al acestei soluții este faptul că toate încăperile unei zone primesc aer cu aceeași temperatură. • Instalații cu clapete de reglare (fig. 5.3.4)

Figura 1.4 Fig. 5.3.4. instalație de climatizare cu debit constant, cu 1 canal de presiune joasă/înaltă,

multizonală, cu clapete de reglare: 1 ... 14, T - vezi fig. 5.3.2; 15 - termostat pentru aerul cald; 16 - termostat pentru aerul rece; 17 - cameră de presiune.

Canalul fiecărei zone este racordat la fiecare din cele două camere de presiune 17. Pe fiecare racord se găsește câte o clapă de reglare (CR1, CR1’). Cele două clapete pereche, CR1 și CR1’, sunt astfel cuplate încât, în timp ce una se deschide, cealaltă se închide, în aceeași proporție. Comanda lor se face cu ajutorul termostatului T, montat în camera reprezentativă a zonei (varianta 1) sau în canalul de evacuare al zonei (varianta 2). Prin amestecul aerului cald cu cel rece, în diverse proporții, se furnizează, fiecărei zone, aer cu temperaturi diferite, fiind posibilă, în același timp, încălzirea unei zone și răcirea alteia. Încălzirea aerului în bateria de încălzire a fiecărei zone se face la circa 25... 35 °C iar răcirea la circa 12... 15 °C. Soluția se pretează la încăperi cu sarcini termice foarte diferite. Ca dezavantaje se pot enumera: spațiu mare necesar amplasării canalelor, pierderi importante prin amestecul aerului cald și rece. • Instalații cu grupuri de ventilare zonală (fig. 5.3.5)

183


Figura 1.5 Fig. 5.3.5. Instalație de climatizare, cu debit constant, cu 1 canal de presiune joasă/înaltă, multizonală, cu grup suplimentar pentru fiecare zonă : 1..14 - vezi fig. 5.3.2; T - termostat de canal

pentru toate zonele; H - higrostat de canal pentru toate zonele; T1 - termostat de cameră al unei zone; BIZ - baterie de încălzire pentru zonă; VZ - ventilator de zonă.

În instalațiile prezentate anterior trebuie să se vehiculeze, uneori, un debit de aer mare sau să se lucreze cu diferențe mari de temperatură între aerul încăperii și aerul refulat (10...12 °C în perioada caldă a anului) ceea ce poate avea ca urmare apariția de curenți supărători. Se recurge, în acest caz, la un agregat central mai mic și la prevederea a câte unui agregat auxiliar pe fiecare zonă sau pe anumite zone (fig. 5.3.5). Pe zona unde a fost prevăzut un agregat auxiliar se poate vehicula un debit de aer local mult mai mare, operând cu o diferență de temperatură (tinterior - trefulare) mai mică, ceea ce preîntâmpină apariția curenților reci de aer. Grupul auxiliar poate fi realizat ca în figura 5.3.5 sau poate fi conceput și cu clapete de reglare ca în figura 5.3.4.

6.2.3.2 5.3.3.2 Instalații „numai aer" cu debit variabil Instalațiile cu debit variabil reprezintă o soluție care se practică din ce în ce mai mult, din considerente economice. Este mult mai rațional să se vehiculeze în instalație un debit de aer mai mic, pe măsură ce temperatura exterioară crește (iarna) sau scade (vara) față de temperaturile de calcul, și să se încălzească, respectiv, răcească mai puțin aer. în cazul instalațiilor cu debit constant se menține debitul de aer al instalației (respectiv, al încăperilor) constant și se modifică temperatura aerului refulat în încăperi. în cel de-al doilea caz, debitul instalației este variabil, iar temperatura aerului refulat constantă, respectiv, mărindu-se sau micșorându-se debitul de aer al încăperilor după cum bilanțurile termice de încălzire cresc sau bilanțurile termice de răcire scad. O asemenea schemă de instalație este prezentată în figura 5.3.6.

184


Figura 1.6 Fig. 5.3.6. instalație de climatizare cu 1 canal de presiune joasă/înaltă cu debit variabil: 1..14, T. H, - vezi fig. 5.3.2; RD1/RD2 - regulator de debit pentru un grup de încăperi/o încăpere; RP - regulator

de presiune

Modificarea debitului de aer al încăperilor se realizează cu ajutorul regulatoarelor de debit (RD). Reglarea debitului de aer se poate face pe grupe de încăperi (rezultând o economie pe partea de reglare automată) sau la fiecare încăpere, în parte. Reglarea debitului de aer al ventilatorului de introducere (6), respectiv, al ventilatorului de evacuare (7) se face pe baza variației presiunii în instalație cu ajutorul unui traductor de presiune (RP) și a unei bucle de automatizare. La scăderea debitului de aer cerut de încăperi, viteza de circulație a aerului se micșorează corespunzător (cu pătratul vitezei) și presiunea aerului din punctul considerat crește. Pe baza valorii măsurate de RP se reduce corespunzător debitul de aer al ventilatoarelor folosind una din metodele indicate la §7.1.4. La creșterea debitului de aer cerut în încăperi se acționează invers. Dimensionarea racordului la gurile de introducere a aerului în încăperi se face pentru debitul total, în timp ce pentru rețeaua de distribuție, se poate ține seama de o simultaneitate de ordinul 75...85 % în funcție de orientarea încăperilor sau alte elemente care contribuie la modificarea bilanțurilor termice ale încăperilor. Dacă instalația de climatizare este executată în varianta de presiune înaltă este necesară intercalarea aparatelor de detentă (8).

6.2.3.3 5.3.3.3 Instalații „numai aer" cu 2 canale

6.2.3.3.1 5.3.3.3.1 Probleme generale, clasificare Instalațiile pot realiza temperaturi diferite în fiecare încăpere în parte, în care se introduce aer cu ajutorul unui aparat sau a mai multor aparate (la încăperi mari) cu temperatură diferită de la o încăpere la alta. Umiditatea relativă a aerului interior nu este controlată în fiecare încăpere în parte. Datorită prezenței a două canale de aer pentru introducere se folosește, de regulă, varianta de presiune înaltă, pentru a se ocupa un spațiu mai mic. Instalațiile cu 2 canale se clasifică astfel: • de presiune joasă / înaltă cu debit constant / variabil; • cu 1…2 ventilatoare de introducere; • fără / cu umidificarea aerului:

o cald; o cald și rece;

• cu reglarea temperaturii aerului:

185


o cald; o cald și rece.

între tipurile de instalații enunțate se pot face, în funcție de condițiile concrete, diverse combinații, de exemplu, instalație de presiune înaltă cu un ventilator de introducere, cu umidificarea aerului cald și rece și cu reglarea temperaturii aerului cald etc.

6.2.3.3.2 5.3.3.3.2 Instalații fără umidificarea aerului Schema de principiu a unei astfel de instalații este prezentată în figura 5.3.7. în cadrul acestei scheme a fost prevăzut un singur ventilator de introducere. Se poate utiliza și varianta cu 2 ventilatoare de introducere, caz în care, pe fiecare canal (de aer cald/rece), înaintea fiecărei baterii, se montează câte un ventilator. Deoarece pot exista situații în care în încăperi trebuie trimis numai aer rece sau numai aer cald, ambele ventilatoare trebuie să aibă debitul total, la fel ca în situația unui singur ventilator de introducere.

Figura 1.7 Fig. 5.3.7. Schema unei Instalații de presiune joasă/înaltă , cu 2 canale de aer, fără

umidificarea aerului: 1 ... 14, T - vezi fig. 5.3.2; H - higrostat de canal pentru toate zonele; T1 - termostat pe canalul de aer exterior; T2 - termostat pe canalul de aer amestecat; Ta - termostat pe canalul de aer cald; Î4 - termostat pe canalul de aer rece; Ts - termostat de amestec; TC - termostat de cameră; M -

servomotor; AM - aparat de amestec.

Pe aceleași considerente, atât canalul de aer cald cât și cel de aer rece se dimensionează la debitul total, instalația fiind costisitoare. După cum se vede în figură, după ventilator (6) canalul de refulare se împarte în două canale egale ca secțiune cu cel dinainte. Pe o ramură (canal) se prevede o baterie de încălzire (3), pe cealaltă baterie de răcire (4) astfel că pe un canal se vehiculează aer cald iar pe cel de-al doilea, aer rece. Cu ajutorul unui aparat de amestec (AM) se preia, în proporții variabile, aer cald și aer rece (suma debitelor însă este întotdeauna constantă) din canalele corespunzătoare. Modificarea proporției este realizată de un termostat (TC). Dacă instalația este de presiune înaltă, înaintea dispozitivului de refulare (sau pe racordul camerei, în cazul când se prevăd mai multe aparate pentru aceeași încăpere, se prevede un aparat de detentă (8). Instalația de reglare automată este prevăzută pentru a realiza: • temperatură variabilă pe canalul de aer cald; • temperatură constantă pe canalul de aer rece, de exemplu, 12...15 °C, vara, și 24...28

°C, iarna. în sezonul rece umiditatea relativă a aerului interior scade până la 15... 20 % la temperaturi exterioare scăzute.

186


Pentru a se reduce secțiunea canalelor de aer cald și rece, de la 100 % la 50...60 %, se utilizează o instalație la care, atât pe canalul de aer cald cât și pe cel de aer rece, se montează înseriate câte o baterie de încălzire și una de răcire, pentru ca, în sezonul rece, să se beneficieze de aportul celor 2 baterii de încălzire, iar în sezonul cald, de aportul celor 2 baterii de răcire. Costurile de investiție cresc pe partea bateriilor și a instalației de automatizare care este mai complexă și scad pe partea canalelor și a construcției (spații mai mici pentru amplasare).

6.2.3.3.3 5.3.3.3.3 Instalații cu umidificarea aerului Pentru a preveni umidități relative scăzute ale aerului interior, în sezonul rece, se poate prevedea umidificarea aerului înainte de a fi refulat în încăperi. Umidificarea se poate prevedea numai pentru aerul cald (fig. 5.3.8) sau pentru întregul debit (fig. 5.3.9).

Figura 1.8 Fig. 5.3.8. Instalație de climatizare cu 2 canale de aer cu umidificare parțială a aerului:

Pentru legendă vezi fig. 5.3.2 şi 5.3.7.

Figura 1.9 Fig. 5.3.9. Instalație de climatizare, cu 2 canale de aer, cu umidificarea întregului debit de

aer: Pentru legendă vezi fig. 5.3.2 şi 5.3.7.

Ultima variantă este mai bună, dar mai scumpă. Umidificarea se poate face cu apă (este preferabil să se aleagă o cameră de pulverizare cu corpuri de umplutură) sau cu abur (soluție utilizată tot mai frecvent). în ambele cazuri se prevede un agregat de climatizare care prepară aerul la parametri convenabili din punct de vedere al temperaturii. Controlul umidității relative se face centralizat cu ajutorul unui higrostat de canal (H, varianta 2) sau higrostat de cameră (H, varianta 1) amplasat în cea mai reprezentativă încăpere.

6.2.3.3.4 5.3.3.3.4 Aparate de amestec

187


6.2.4 Instalații „aer - apă“ (cu aer primar)

6.2.4.1 5.3.4.1 Schema de principiu Instalațiile "aer - apă" pot realiza, ca şi instalațiile cu 2 canale de aer, temperaturi diferite de la o încăpere la alta (dacă este cazul) sau, altfel spus, se poate regla în mod individual temperatura fiecărei încăperi. Acest sistem se pretează, în special, la clădirile cu multe încăperi, situate de o parte și de alta a unui coridor central. Folosește atât aerul cât și apa (caldă, răcită) ca agenți termici, ponderea deținând-o apa caldă și răcită, deoarece necesită mai puțin spațiu pentru amplasarea conductelor. în figura 5.3.14 se arată schema de principiu a unei astfel de instalații.

Fig. 5.3.14. Schema de principiu a unei instalații „aer-apă“ (cu aer primar) cu aparate de

inducție/ventilo-convectoare: 1 - grup de climatizare; 2 - ventilator de evacuare; 3 - aparat cu inducție/ventilo-convector; 4 - conducte de agent termic (2,3,4) și evacuare condensat; 5 - grilă de

absorbție (aer recirculat); 6 - grilă refulare aer tratat.

Există un agregat central (1) pentru tratarea aerului, pentru întreaga clădire. De la acest aparat pleacă o rețea de canale la care se racordează toate încăperile. în unele situații se tratează, central, în agregatul 1, numai debitul de aer proaspăt, caz în care instalația de evacuare se desființează, reducându-se spațiul pentru amplasarea tubulaturii. în fiecare încăpere se montează unul sau mai multe aparate (3). Aceste aparate de climatizare parțială se execută în 2 tipuri constructive: • clima-convectoare (aparate cu inducție); • ventilo-convectoare. Fiecare din aceste aparate conține

• un schimbător de căldură prin care circulă, alternativ, apă caldă (iarna) sau apă răcită (vara) sau

• schimbătoare de căldură (printr-un schimbător circulă apă caldă și se numește baterie de încălzire, prin celălalt schimbător circulă apă răcită și se numește baterie de răcire).

Bateria (de încălzire/răcire), respectiv, bateriile de încălzire și răcire sunt racordate la rețeaua de agenți termici alcătuită

• din 2 conducte (ducere - întoarcere prin care circulă iarna apă caldă și vara apă răcită), • din 3 conducte (ducere - apă caldă, ducere - apă răcită, întoarcere apă caldă/rece) și • din 4 conducte (ducere - întoarcere pentru apă caldă; ducere - întoarcere pentru apă

răcită). în cele 3 situații (cu 2, 3, și 4 conducte) se prevede și câte o conductă de colectare a condensatului, care se produce pe suprafața exterioară a bateriilor, în procesul de răcire și uscare a aerului. Modul de racordare a bateriilor este arătat în figura 12.2.3.

6.2.4.2 5.3.4.2 Instalații „aer - apă“ cu 2 conducte Sistemul de climatizare „aer-apă" cu 2 conducte rămâne, în continuare, sistemul cel mai utilizat datorită cheltuielilor de investiție mai reduse. El răspunde cerinței de reglare

188


individuală în fiecare încăpere. Instalația, echipată cu ventilo-convectoare, poate fi utilizată și în variante mai simplificate; un exemplu ÎI poate constitui utilizarea ventilo-convectoarelor fără racord de aer primar, introducerea aerului făcându-se direct în încăpere, printr-o grilă. Alteori, când clădirea are ferestre care se pot deschide se renunță la introducerea de aer primar, acesta fiind introdus prin deschiderea ferestrelor. Folosirea acestui sistem trebuie făcută cu discernământ pentru că. la încăperi aglomerate, uneori interioare, nu se pot realiza condiții interioare corespunzătoare din punct de vedere al împrospătării aerului. Prin rețeaua de conducte circulă, în sezonul rece, apă caldă. Sistemul însă nu permite ca, simultan, unele încăperi să fie răcite și altele încălzite. • instalații „aer-apă" cu 2 conducte cu comutare Instalația poate fi cu sau fără aer primar. In figura 5.3.15, varianta 1, este prezentată o instalație cu 2 conducte cu ventilo-convectoare fără aer primar. Alternarea alimentării cu apă caldă și rece (comutarea de pe apă caldă, pe apă rece și invers) se face cu ajutorul unui termostat montat în exterior. Preluarea de apă caldă, respectiv, rece se face prin racorduri independente, în schimb, returnarea în rețeaua de apă caldă și rece se face cu ajutorul unui ventil cu 3 căi (V3CC). Pentru a se preîntâmpina amestecul apei reci cu apa caldă se intercalează (pe racordul de apă caldă) un schimbător de căldură (SC) (fig. 5.3.15, varianta 2). Variația temperaturii apei pe fiecare zonă se face folosind o pompă de amestec Pa. Diagrama temperaturilor este arătată în figura 5.3.21a.

Fig. 5.3.15. Instalație de climatizare „aer-apă" cu 2 șl 4 conducte cu și fără aer primar: TC - termostat

ventilo-convector; Ri și R2 - ventil da reglare pentru încălzire și respectiv răcire; V3CC - ventil de comutare încălzire/răcire; T - termostat exterior (+ influență insolație, vânt); P1 - pompă circuit încălzire P2 - pompă circuit răcire; P3 - pompă circuit zonal; SC - schimbător de căldură; AZ -

atenuator de zgomot; R3C1/R3C2 - robinete cu 3 căi.

• Instalații „aer - apă" cu 2 conducte fără comutare Schema unei asemenea instalații este prezentată în figura 5.3,16.

189


Sarcina de răcire a încăperii se asigură, pe de o parte, prin alimentarea cu apă răcită a bateriei aparatului de inducție și, pe de altă parte, prin intermediul aerului primar, iar sarcina de încălzire, numai cu ajutorul aerului primar. Instalația, după cum se vede, este mat simplă. Diagrama temperaturilor este arătată în figura 5.3.21b. în varianta originală americană, apa de răcire pentru aparatele cu inducție reprezintă circuitul secundar al bateriei de răcire (BR) a agregatului de climatizare. Apa de răcire are temperatura 12…16 °C iar aerul primar 40..50 - 14…16 °C. Schema se pretează pentru zonele geografice cu climă blândă. Ca principal dezavantaj trebuie semnalat faptul că trebuie vehiculat un debit de aer primar mare în perioada rece a anului.

Fig. 5.3.16. Instalare de climatizare „aer-apă" cu 2 conducte și aparate de inducție fără comutare. C -

cazan de apă caldă; R - aparat răcire apă; P - pompă de circulație; A - aparat cu inducție; RC - recuperator de căldură; CA - cameră de amestec; F - filtru de praf; BI - baterie de încălzire; BR - baterie

de răcire; U - umidificator; VI - ventilator de introducere; VE - ventilator de evacuare

6.2.4.3 Instalația „aer - apă“ cu 3 conducte Aparatele cu inducție sau ventilo-convectoare sunt racordate la câte o conductă de ducere atât de apă caldă cât și de apă rece. Conducta de întoarcere este comună. Apa caldă și rece sunt prezente în permanență șt deci se poate realiza fie răcirea, fie încălzirea spațiilor deservite; în acest caz nu mai este necesară împărțirea încăperilor pe zone. Racordarea aparatelor se face prin intermediul ventilelor termo-regulatoare secvențiale (fig. 12.2.3 b). Este dezavantajos faptul că în conducta de întoarcere se poate amesteca apa caldă cu cea rece.

190


6.2.4.4 Instalații „aer - apă" cu 4 conducte Din punct de vedere tehnic este sistemul cel mai avantajos. Circuitele de apă (caldă și rece) sunt complet separate iar agenții termici, cald și rece, sunt prezenți, în aparate, tot timpul anului astfel că se poate încălzi sau răci orice încăpere, după necesități. Fiecare aparat (cu inductie/ventilo-convector) este prevăzut cu ventile termo-regulatoare cu by-pass, astfel că regimul hidraulic al rețelelor de apă nu este perturbat. O îmbunătățire a sistemului o constituie folosirea a 2 schimbătoare de căldură independente (baterie de răcire, baterie de încălzire) sau a unui schimbător de căldură cu 2 circuite independente. Avantajele sistemului: posibilitatea reglării individuale, în limite largi, a temperaturii fiecărei încăperi, sistem de reglare relativ simplu. Dezavantajele sistemului: sistem de conducte dublu, complicat, producerea apei răcite, scumpă, ventilele de reglare nu prezintă suficientă siguranță în exploatare.

6.2.4.5 Aparate cu inducție Aparatele cu inducție sunt elemente ale instalațiilor de presiune înaltă în sistemul „aer - apă". Prin ele circulă aer cu viteză mare care creează sub- presiuni și, ca urmare se antrenează aer din încăperi, aer ce traversează schimbătorul de căldură al aparatului (după sezon, se încălzește sau se răcește), se amestecă cu cel primar și pătrunde în încăperile deservite. Aceste aparate pot funcționa numai prin racordarea la sistemul de aer primar care asigură energia de antrenare a aerului din încăpere. • Aparate cu inducție cu reglare prin ventil Elementele componente ale unui aparat cu inducție cu reglare prin ventil sunt indicate în figura 5.3.17 a1, a2. Aparatul este conceput pentru a fi montat vertical, în dreptul ferestrei. Există și aparate pentru montare orizontală, la plafon. Aparatul are un racord la rețeaua de aer primar (1). Acest aer pătrunde prin distribuitorul cu duze (3) cu viteză mare și, prin ejecție, antrenează aer din încăpere, prin grila 5. Aerul trece prin schimbătorul de căldură 2 și se încălzește/răcește, se amestecă cu aerul primar și amestecul rezultat pătrunde în încăpere prin grila 6 prevăzută cu jaluzele fixe sau reglabile. Schimbătorul de căldură poate fi realizat sub 3 forme constructive: radiator, convector. placă. Reglarea sarcinii termice (de încălzire sau răcire) se face cu ajutorul unui ventil termo-regulator care modifică debitul de agent termic ce trece prin schimbătorul de căldură.

191


Fig. 5.3.17. Aparate cu inducție (climaconvectoare): a1, a2 - cu reglare prin ventil; b1, b2, b3 - cu reglare prin clapetă; b4 - pentru instalații cu debit variabil: 1 - racord aer primar; 2 - baterie de

încălzire/răcire; 2a - baterie de răcire; 2b - baterie de încălzire; 3 - duze de aer; 4 - carcasă metalică fon o izolată; 5 - grifă de absorbție (recirculare); 6 - grilă de refulare; 7 - tavă colectare condensat; 8 -

clapetă de reglare; 8a - clapetă reglare aer primar; Lmin - debit minim de aer primar; L - debit total de aer primar.

• Aparate cu inducție cu reglare prin clapetă Aparatele se construiesc cu 1 schimbător de căldură (2) (fig. 5.3.17 b1, b2) sau cu 2 schimbătoare de căldură: 2a - baterie de răcire; 2b - baterie de încălzire (fig. 5.3.17 b3) si se racordează la instalațiile cu aer primar (de presiune înaltă) cu debit constant sau variabil (fig, 5.3,17 b4). Reglarea sarcinii termice de încălzire/ răcire se (ace prin modificarea debitului de aer (recirculat) care trece prin schimbătorul de căldură. Reglarea este mai rapidă la aparatele cu clapetă decât ta cele cu ventil. Modalitățile de amplasare a aparatelor cu inducție și de racordare la rețeaua de aer primar sunt arătate în figura 5.3.18A.

192


Fig. 5.3.18. Modalități de amplasare a aparatelor cu inducție șl a ventlloconvectoarelor: A - aparate cu inducție; canalul de aer primar amplasat în: a - plafonul fals al încăperii de dedesubt; b - în încăperea deservită; c - în plafonul fals din coridor; B - ventiloconvectoare: a - cu aspirație în partea inferioară; b

- cu aspirație laterală; c - cu priză de aer exterior; d - amplasat la plafon.

• Considerații asupra sistemului „aer - apă" Instalațiile cu aer primar, echipate cu aparate cu inducție, se folosesc din ce în ce mai puțin datorită nivelului ridicat de zgomot generat de vitezele cu care trebuie să circule aerul și al consumului de energie mare, specific instalațiilor de presiune înaltă. Asistăm, în prezent, la utilizarea aproape în exclusivitate a ventilo-convectoarelor care, deși au piese în mișcare, au un nivel de zgomot mult mai coborât. Aparatele din încăperi se pot opri în mod individual. încălzirea, respectiv, răcirea încăperilor se face rapid datorită turației mari a ventilatorului. Este recomandabil ca, în cazul utilizării acestui sistem, să se recurgă la instalații cu debit variabil. Se remarcă cheltuielile de întreținere relativ ridicate ca șt consumul de energie pentru pompe, ventilatoare etc.

6.2.4.6 Ventilo-convectoare Ca aspect exterior, acestea seamănă cu aparatele cu inducție (fig. 5.3.19). într-o carcasă metalică (1) se găsesc 1 sau 2 schimbătoare de căldură (2a - baterie de încălzire și 2b - baterie de răcire), 1 sau 2 ventilatoare (3) (mult mai rar 3 ventilatoare), 1 filtru de praf lavabil (10) și 1 tavă pentru colectarea condensatului rezultat în procesul de răcire. Aparatul are grile pentru absorbția și refularea aerului tratat (încălzit/răcit). Ventilo-convectoarele pot fi de tip vertical (fig. 5.3.19 a, b) sau orizontal (fig. 5.3.19 c, d) și pot fi echipate cu cameră de distribuție (11) pentru racordarea la tubulatură (fig. 5.3.19 f), cu cameră de amestec (9) în care se amestecă aer primar/exterior (7) cu aer recirculat din încăpere (5) în proporții diferite, cu ajutorul olapetei de reglare 8 (fig. 5.3.19 e) sau se echipează atât cu cameră de amestec cât și cu cameră de distribuție (fig. 5.3.19 g).

193


Figura 1.10 Fig. 5.3.19. Ventîlo-convectoare: a, b - verticale (tip cabinet); c, d - orizontale, pentru

montat la plafon; e - cu cameră de amestec, racord de aer primar și clapetă de reglare; f - idem cu cameră de distribuție pentru racordare la tubulatură; g - idem cu cameră de amestec și de distribuție; 1 - carcasă metalică fonoizolată; 2 - baterie de Încăi2ire/răcire; 2a - baterie de încălzire; 2b - baterie de

răcire; 3 - ventilator; 4 - tavă colectare condensat; 5 - grilă de absorbție (recirculare); 6 - grilă de refulare cu palete fixe/reglabile; 7 - racord aer primar; 8 - clapetă de reglare; 9 - cameră de amestec; 10

- filtru de praf; 11 - cameră de distribuție.

Modul de amplasare a ventilo-convectoarelor este prezentat în figura 5.3.18 B. Debitul de aer al ventilo-convectoarelor, reglat, de regulă, în 3 trepte, variază (orientativ) între 150/190/240 și 1050/1450/1750 m3/h în funcție de mărimea aparatului (valorile 150/190/ 240 reprezintă debitul minim/mediu/ maxim). Sarcina de răcire (totală) este cuprinsă între 0,70 și 11 kW. Sarcina de încălzire oscilează între și 21,5 kW la care se poate adăuga o încălzire electrică de 1...5 kW. Turațiile ventilatorului corespunzător celor 3 trepte de reglare [minimă/me- die/maximă) sunt de circa 550...700/650…900/900...1059 rot/min. Puterile motoarelor sunt cuprinse între 35 și 175 W iar alimentarea se face cu 220...240 V/1/50 Hz. Valorile concrete se iau din prospectele firmelor producătoare. Schemele funcționale și de racordare la rețeaua de conducte (sistemul cu 2 și cu 4 conducte) sunt indicate sub formă sintetică în figura 5.3.20.

194


Figura 1.11 Fig. 5.3.20. Scheme funcționale și de racordare a ventiloconvectoarelor: a1 - sistem cu 2

conducte, 1 schimbător de căldură, acționare electrotermică, reglare continuă sau închis/deschis; a2 - idem, acționare pneumatică; bi - sistem cu 4 conducte, 2 schimbătoare de căldură, acționare

electronică, 2 circuite de apă. reglare continuă sau închis/deschis; b2 - idem, acționare pneumatică; c - idem b1, b2 cu 2 ventilatoare, încălzire suplimentară electrică;

1 - motor de antrenare, monofazic; 2 - ventilator dublu aspirant/curent transversal; 3 - schimbător de căldură, încălzire/râcire; 3a - baterie de răcire; 3b - baterie de încălzire; 4 - ventil termoregulator; 5 -

baterie de încălzire electrică.

6.2.5 5.3.6. Instalații de climatizare cu debit variabil, cu un canal şi cu două canale de aer Bibliografie:

195

Documents

6. C11 CAPITOLUL 5: SISTEME PENTRU CLĂDIRI CIVILE [iv · recuperator de căldură, compresoare, servomotoare, generatoare de abur, alimentare baterii electrice etc.) și automatizare