ALIMENTRI CU ENERGIE TERMIC. PARTEA A DOUA.

ALTE COMPONENTE ALE SISTEMELOR CENTRALIZATE DE ALIMENTARE CU CLDUR.n cadrul unui sistem centralizat de alimentare cu cldur, reeaua termic asigur transferul energiei termice de la surs la consumatori. Cu ct numrul consumatorilor racordai este mai mare, cu att reeaua este mai extins iar lungimea total a traseului agentului termic este mai mare.

Preul final al cldurii furnizate consumatorilor racordai include n principiu costul de producere, costul aferent transferului acesteia pe traseul surs - consumator i un beneficiu (profit) proporional cu capitalul investit. Prin urmare, reducerea preului final presupune eforturi nc din etapa de concepie, pentru reducerea costului de capital, urmate de o preocupare continu n etapa de operare a sistemului pentru reducerea costurilor (cheltuielilor) curente.

Reducerea costurilor curente i de capital aferente transferului energiei termice pe traseul surs - consumator presupune reducerea dimensiunilor reelei (lungimi i diametre), reducerea energiei consumate pentru pomparea agentului termic, micorarea pierderilor de cldur asociate transferului cldurii de la surs la consumatori i reducerea cheltuielilor de mentenan. Pe lng minimizarea cheltuielilor i deci a preului final, la configurarea unei reele termice trebuie avut n vedere i sigurana n alimentarea cu cldur.

n cazul sistemelor centralizate de capacitate medie i mare, reeaua termic cuprinde de regul dou pri distincte. Prima parte a reelei asigur transportul cldurii de la surs pn n centrul de greutate al fiecrei grupri de consumatori i se numete reea primar. Partea a doua realizeaz distribuia cldurii din centrul gruprii respective ctre fiecare consumator racordat i se numete reea secundar. Reeaua termic a unui sistem de alimentare centralizat cu cldur se compune prin urmare dintr-o singur reea primar i mai multe reele secundare.

n cazul n care sistemul alimenteaz cu cldur cldiri de tip bloc cu destinaia de birouri sau de locuine, fiecare cldire dispune la rndul ei de o reea interioar de distribuie care alimenteaz fiecare element de nclzire i fiecare robinet de ap cald. Din acest motiv este recomandabil s ne referim la cele dou pri ale reelei termice exterioare cldirilor utiliznd denumirile de reea primar i respectiv reea secundar i nu reea de transport i respectiv reea de distribuie.

Elementul aflat la interfaa reelei primare cu fiecare reea secundar se numete punct termic sau modul termic. Din punct de vedere al funciei, punctul sau modulul termic este o staie sau substaie de transformare termic. Reeaua termic primar se deosebete de reelele termice secundare prin numrul de conducte i prin parametrii agentului termic. n cazul sistemelor centralizate de capacitate mic, legtura ntre sursa de cldur i consumatori este direct, ntreaga reea termic fiind numai o reea secundar. Este evident faptul c o astfel de reea nu mai necesit puncte sau module termice.

Diferena ntre modulele i punctele termice, care n principiu realizeaz aceeai funcie, const n principal n amplasament. n timp ce punctele termice sunt de regul amplasate ntr-o cldire special construit n acest scop amplasat suprateran i asigur alimentarea mai multor cldiri (blocuri), modulele termice sunt amplasate de regul n subsol i asigur alimentarea acelei cldiri sau chiar alimentarea unei singure scri dintr-o cldire. Din punctul de vedere al capacitii instalate (sarcina termic maxim transferabil), punctele termice se situeaz de regul deasupra modulelor termice, ns acest aspect nu este relevant i nu poate fi utilizat drept unic criteriu de departajare ntre puncte i module termice. Trebuie totui amintit faptul c exist unele puncte termice cu capacitate instalat mic, instalate n subsolul unor cldiri. Denumirea de modul termic este relativ recent i este legat de generalizarea soluiei prin care punctele termice sunt nlocuite cu module termice.

Concepia sistemului de alimentare centralizat cu cldur include numrul i destinaia conductelor care alctuiesc reeaua termic primar, modul de racordare al consumatorilor arondai la reeaua termic primar i schemele punctelor sau modulelor termice. Ea este influenat de numrul i tipul consumatorilor de cldur racordai, de distana ntre sursa de cldur i centrul de greutate al consumatorilor, de valoarea densitii consumului i nu n ultimul rnd de nivelul tehnologic care caracterizeaz zona de amplasament. n cele ce urmeaz se va considera numai cazul consumatorilor de cldur de tip rezidenial, a cror cerere de cldur este compus din dou componente i anume cldur pentru nclzirea spaiilor i cldur pentru prepararea apei calde. Consumatorii industriali se caracterizeaz printr-o cerere de cldur mai complex, att sub aspectul naturii ct i sub cel al parametrilor agentului termic.

De asemenea, soluiile prezentate sunt cele ntlnite n ara noastr i n celelalte ri foste socialiste, n care aceast concepie a fost preluat de la fosta Uniune Sovietic n urm cu circa 60 de ani. Ea a fost fr ndoial perfect compatibil i justificat n raport cu situaia economic, social i politic existent dup cel de-al doilea rzboi mondial n toate aceste ri i mai ales cu nivelul tehnologic de care aceste ri dispuneau la acea dat. n momentul de fa conjunctura este cu totul alta. n afara manifestrilor fenomenului globalizrii, nivelul tehnologic este mult diferit, sistemul economic socialist nu mai exist iar preurile resurselor materiale i energetice epuizabile au crescut considerabil. Exist de asemenea la nivel mondial o preocupare susinut pentru mediul nconjurtor i au fost impuse condiii severe pentru activitile umane care polueaz apele, solul i aerul atmosferic.

Din acest motiv, n rile dezvoltate din vestul Europei au nceput s se dezvolte sisteme centralizate de alimentare cu cldur a cror concepie nu mai corespunde ntru totul celei sovietice. Diferenele nu sunt fundamentale, dar ele reflect cerinele i realitile contextului economic actual, n care consumatorul de cldur (clientul) are iniiativa iar restul sistemului se la cerinele acestuia. 1. Reele termice.

Reeaua termic a unui sistem de alimentare cu cldur este ansamblul conductelor prin care circul agentul termic care are rolul de a asigura transportul i distribuia cldurii de la sursa sau sursele de cldur la consumatori. Reeaua termic constitue un subsistem care cuprinde pe lng totalitatea conductelor de agent termic i instalaiile auxiliare specifice lor (elemente constructive, elemente mecanice, elemente de reglaj, de automatizare, de msur i control). Ca urmare, reelele termice trebuie s asigure condiiile cantitative, calitative i de siguran impuse de consumatorii de cldur cu costuri minime pentru ansamblul sistemului.

Sub aspect juridic, reeaua termic poate fi considerat ca un bun care asigur serviciul public al alimentrii cu cldur a consumatorilor racordai la sistemul respectiv. Din funcia sa de utilitate public deriv toate aspectele caracteristice, indiferent de cine este proprietarul sau administratorul reelei termice respective. Pentru consumatorii racordai, reeaua termic reprezint un monopol natural. Aceasta implic o serie de avantaje dar i unele condiii suplimentare, privitoare la satisfacerea cerinelor consumatorilor de cldur arondai.

n prezent, durata normat de via a unei reele termice este de circa 30 ani, n timp ce restul componentelor sistemului au durate normate de via de cel mult 20 ani. Ca urmare, nlocuirea sau reabilitarea reelei termice se impune a fi fcut la intervale de timp mai mari dect pentru celelalte subansamble ale sistemului. De asemenea, n situaia n care se impune retehnologizarea sistemului i a componentelor sale, att soluiile ct i ealonarea lor n timp vor fi influenate de acest decalaj.

n concluzie, subsistemul reelelor termice are un rol pasiv dar bine definit n funcinarea sistemului, de care trebuie inut seama nc din faza de concepie i proiectare a ansamblului, pe toat durata normat de via i pentru orice regim nenominal de funcionare. Importana fiabilitii sale este cu att mai mare cu ct numrul de consumatori racordai este mai mare comparativ cu situaia alimentrii cu cldur a unui singur consumator.

Deci, ca subansamblu al sistemului de alimentare cu cldur, reeaua termic trebuie s ndeplineasc toate atributele conceptului strategiei durabile din domeniul alimentrii cu cldur.

Reelele termice se pot clasifica dup mai multe criterii. Astfel, dup natura agentului termic care asigur transportul i distribuia cldurii avem: - abur; - ap fierbinte (ap cu temperatura egal sau mai mare dect 100 oC); - ap cald (ap cu temperatura strict mai mic dect 100 oC).

Dup poziia n raport cu sursa de cldur i consumatorii, reelele se pot clasifica n:

- primare, de la surs pn la punctul sau modulul termic, care vehiculeaz agentul termic la parametrii de transport;

- secundare, de la punctul sau modulul termic pn la instalaiile consumatoare propriu-zise, care vehiculeaz agentul termic la parametrii impui de consumatori.

Dup gradul de returnare de la consumatori a agentului termic utilizat, reelele se clasific n : - reele deschise (fr returnare sau cu returnare parial a agentului termic); - reele nchise (cu returnarea total a agentului termic). Din punct de vedere al configuraiei reelelor termice, acestea pot fi: - radiale (ramificate); - inelare (buclate).

Dup modul de pozare, conductele i deci i reelele pot fi, n integralitate sau doar pe anumite poriuni:

- subterane (ngropate);

- supraterane (situate la o anumit nlime deasupra solului).

Reelele termice radiale sau simplu ramificate se caracterizeaz prin faptul c ntre sursa de cldur i fiecare consumator exist un singur traseu posibil de parcurs ntr-un singur sens. Reelele radiale sunt ieftine, uor de exploatat, ns prezint dezavantajul c n cazul unei avarii ntr-un anumit punct, toi consumatorii aflai n aval de locul avariei rmn nealimentai. Acest dezavantaj se poate elimina prin prevederea uneia sau mai multor bretele de legtur ntre dou ramuri principale. Aceste bretele de legtur se dimensioneaz pentru 50% din sarcina termic de pe conducta magistral cu sarcina termic cea mai mare. De asemenea, conducta magistral se supradimensioneaz pe poriunea cuprins ntre surs i punctul de legtur cu breteaua, cu 50% din sarcina termic a celeilalte conducte magistrale.

n condiii normale de funcionare, vana amplasat pe breteaua de legtur dintre cele dou ramuri este nchis. O avarie pe una din cele dou ramuri permite alimentarea cu cldur a consumatorilor cu agent termic provenit de pe cealalt ramur prin breteaua de legtur avnd vana deschis. Ca urmare, n funcie de poziia avariei pe una din cele dou magistrale, breteaua poate fi parcurs de agentul termic n ambele sensuri.

Existena bretelei de legtur i supradimensionarea altor tronsoane ale reelei va mri sensibil investiia n reeaua termic. Cu ct punctele de racord ale bretelei de legtur sunt mai apropiate de sursa de cldur, cu att cresc supradimensionrile poriunilor din amomte i dimensiunile bretelei.

De aceea, existena i poziia bretelei sau bretelelor de legtur se stabilete de ctre proiectant pe baza considerentelor legate de creterea siguranei acelor consumatori care nu accept ntreruperea alimentrii cu cldur. Decizia privind amplasarea bretelelor de legtur i poziia lor n cadrul reelei are la baz comparaia ntre costurile suplimentare ocazionate de realizarea bretelei i daunele pltite de furnizorul de cldur n cazul nealimentrii consumatorilor.

Reelele termice radiale se recomand atunci cnd alimentarea cu cldur se face dintr-o singur surs de cldur amplasat, fie n centrul de greutate al zonei de consum, fie excentric fa de aceasta (la limita zonei de consum, sau n afara acesteia).

Reelele termice inelare (buclate) se caracterizeaz prin faptul c ntre sursa sau sursele de cldur i unii consumatori exist mai multe trasee posibile de parcurs. n cazul unei avarii pe una din ramurile reelei, sau a uneia din sursele de cldur existente, aceti consumatori pot fi alimentai n continuare pe un alt traseu de la aceeai surs sau de la o alt surs, cu excepia celor cuprini ntre vanele care izoleaz poriunea defect de reea. Reeaua inelar implic investiii mai mari dect reeaua radial i este mai greu de exploatat chiar i n regim normal de funcionare. Ideal ar fi ca avantajul unui al doilea traseu s fie disponibil oricrui consumator racordat, nu doar unora dintre ei. O astfel de reea ar fi ns mult mai complicat, mult mai scump i probabil foare greu dac nu chiar imposibil de exploatat. n realitate, reelele inelare au de regul n compunere un inel magistral din care pleac mai multe reele radiale. Reelele inelare se pot ntlni att n cazul sistemelor cu o singur surs de alimentare ct i n cazul sistemelor cu mai multe surse de alimentare.

Adoptarea schemei inelare se face pe baza unor calcule tehnico-economice, n care se ine seama de importana consumatorilor, de necesitatea asigurrii unei alimentri continue i de sporul de investiii pe care le implic.

n cazul schemelor inelare cu mai multe surse de alimentare, proiectarea reelei trebuie fcut astfel ca n cazul ieirii din funciune a unei surse, celelalte s asigure alimentarea n continuare a consumatorilor, chiar dac, pentru scurt timp se diminueaz cantitatea de cldur livrat.

De asemenea, n cazul n care sursele racordate la reea sunt centrale de cogenerare, unele dintre acestea sunt oprite n perioada de var, pentru a evita funcionarea tuturor la sarcini termice reduse, care uneori sunt att de mici nct nu se poate asigura nici mcar minimul lor tehnic. Sarcina termic existent se repartizeaz n acest fel celor mai performante utilaje de producie, reducnd astfel costul de producere al energiei electrice i cldurii produse vara. n schimb cresc mult distanele medii de transport al cldurii,cresc pierderile de cldur aferente transportului i distribuiei,cresc consumurile de energie de pompare ale agentului termic.Reelele termice se caracterizeaz printr-un traseu i prin numrul i diametrul conductelor amplasate pe acest traseu. Din punctul de vedere al numrului de conducte, reelele termice pot fi monotubulare, bitubulare, tritubulare i multitubulare.

Reelele termice monotubulare au o singur conduct (de tur) pentru tranzitul agentului termic, de la sursa de cldur la consumatori. Este un sistemul deschis, n care, indiferent de natura agentului termic de transport, se renun la returnarea sa de la consumatori napoi la sursa de cldur.

Astfel, n cazul sistemelor utiliznd apa fierbinte ca agent termic, dup ce aceasta a fost utilizat pentru nclzire, ea este consumat n continuare sub form de ap cald. Ceea ce nu se consum sub form de ap cald la un moment dat, se arunc la canal sau se recircul local la nivelul zonei de consum, pentru a completa astfel diferena de debit consumat n calitate de ap cald.

Aplicarea soluiei respective este recomandat n cazul unor sisteme urbane cu distane foarte mari de transport a apei fierbini (50 - 100 km), la care calculele de eficien economic arat c este mai rentabil s se renune la conducta de retur i s se asigure permanent la surs un debit egal de ap de adaus pentru compensare. Pentru sistemele cu distane maxime de ordinul zecilor de km, soluia este nerentabil.

De asemenea, soluia se aplic n cazul alimentrii cu abur la o singur presiune a unui consumator care, din motive tehnice nu returneaz condensatul.

Reelele termice bitubulare au de regul n compunere dou conducte, una de ducere (tur) i cealalt de ntoarcere (retur), dimensionate pentru acelai debit de agent.n cazul utilizrii aburului ca agent termic, cele dou conducte pot fi ambele de tur, deoarece consumatori nu returneaz condensatul. Cele dou conducte de tur transport de regul abur cu parametrii diferii.

Reelele termice tritubulare au de regul n compunere trei conducte, dou de ducere (tur) i o a treia de ntoarcere (retur). Este evident faptul c returul trebuie dimensionat pentru suma debitelor celor dou conducte de tur. n cazul utilizrii ca agent termic a apei fierbini, cele dou conducte de tur au temperaturi i scopuri diferite, una alimentnd consumatorii de nclzire iar cealalt pe cei de ap cald. n cazul utilizrii ca agent termic a aburului, cele dou conducte de tur au parametrii diferii i scopuri diferite. De asemenea, cele trei conducte pot fi toate de tur, transportnd abur cu parametrii diferii, n condiiile condensatul nu este returnat.

O comparaie ntre sistemul bitubular i sistemul tritubular, ambele utiliznd ca agent termic apa fierbinte, arat c, din punctul de vedere al costului reelei, sistemul tritubular conduce ntotdeauna la o valoare total mai mare a investiiei dect n cazul sistemului bitubular. Sub aspectul regimului termic al apei n conductele de ducere, o central de cogenerare cu cazane i turbine cu abur conectat printr-un sistem tritubular cu consumatorii de cldur va produce o cantitate anual de energie electric n cogenerare mai mare dect n cazul sistemului bitubular. Totui, n cazul utilizrii apei fierbini ca agent termic, sistemul bitubular este de regul mai eficient economic fa de cel tritubular.

Reelele termice multitubulare au patru sau mai multe conducte montate pe acelai traseu i sunt ntlnite n sistemele mixte, care asigur alimentarea unor consumatori industriali i a unor consumatori urbani sau n cazul n care un sistem asigur alimentarea unor consumatori urbani i cu cldur i cu frig pentru condiionare. Astfel, iarna sistemul asigur alimentarea cu cldur pentru nclzire i pentru ap cald iar vara el asigur alimentarea cu ap cald i cu frig pentru condiionare.

Caracteristicile tehnice ale unui tronson de conduct oarecare sunt lungimea, diametrul nominal, diametrul interior i diametrul exterior. Caracteristicile unei reele formate din mai multe tronsoane de conduct cu lungimi i diametre diverse sunt lungimea traseului, presiunea nominal, presiunea de ncercare i presiunea de lucru.

Conductele pot fi metalice (oel, font, alam, bronz), nemetalice anorganice (beton, azbociment, sticl) sau nemetalice organice (faolit, textolit, materiale plastice). Ele sunt obinute prin procedeele de turnare, laminare, extrudare, sudare. n cazul reelelor termice, conductele au fost realizate ntr-o prim etap din oel i izolate termic cu un strat de asbociment sau vat de sticl adugat ulterior (la montaj). Pentru a asigura rezistena la intemperii (vnt, precipitaii), proiectantul a prevzut de regul acoperirea conductelor amplasate suprateran cu un strat protector (un nveli de tabl zincat peste izolaia termic). Dei soluia era perfect justificat, s-a renunat la ea pentru c tabla zincat a fost n multe cazuri furat. Conductele reelelor termice clasice erau pozate n canale din beton de tip vizitabil, semivizitabil sau nevizitabil.

n prezent sunt avute n vedere aa numitele conducte preizolate. Acestea au n compunere o conduct propriu-zis din oel sau din polietilen i un strat de izolaie termic dintr-un material plastic (poliuretan sau polipropilen) nedemontabil, fixat pe conduct nc din faza de producie. Pentru protecie, conductele sunt acoperite cu un strat prefabricat din rini poliesterice armate cu fibr de sticl.

Conducta propriu-zis este i din oel pentru c materialul plastic nu rezist la temperaturi prea ridicate. Astfel, durata sa de via este de circa 50 ani pentru o temperatur de lucru de 115 oC, de 30 ani pentru 120 oC de 5 ani pentru 135 oC i de 5 luni pentru 160 oC. Conductele preizolate pot fi pozate direct n pmnt, n anuri, pe un strat (pat) de pietri fin sau nisip, montajul lor fiind deci mai ieftin dect al celor clasice.

Conductele din materiale plastice sunt elastice (se ndoaie) i deci nu sunt prevzute cu coturi i nici cu compensatoare de dilatare, aa cum sunt conductele din oel. Conductivitatea termic a izolaiei de poliuretan este mai mic dect a izolanilor clasici (circa 66 %) iar rezistena ei n timp este mai mare. n comparaie cu oelul, polietilena are o rugozitate mai mic, ceea ce reduce pierderile de presiune lineare pe aceste conducte.

Durata de via a acestui tip de conducte este estimat la 30 de ani, ns din pcate preul unei reele termice realizat cu conducte preizolate este i el mare, fiind cuprins ntre 300 i 800 EUR pentru un metru de traseu. Acest lucru se datoreaz i faptului c n Romnia anurile n care se pozeaz conductele preizolate sunt spate mai mult manual pentru c nu se cunoate configuraia subsolului n zona respectiv. Reelele termice din conductele preizolate sunt prevzute cu sisteme de detecie i localizare a avariilor (fisurilor i spargerilor).

Armturile aflate n compunerea unei reele termice sunt de nchidere (ventile, vane, clapete de reinere, robinete), de reglaj (ventile sau clapete de reglare i de siguran (supape). n reelele de abur-condensat sunt amplasate i oale de condensat, care asigur utilizarea integral a coninutului de cldur al aburului n aparatele consumatoare.

Pe traseul conductelor aflate n compunerea unei reele termice se ntlnesc de obicei i compensatoare de dilatare diverse. Indiferent de modul de pozare, conductele sunt de regul montate pe supori, care asigur stabilitatea, rigiditatea i transmit eforturile mecanice ctre elementele de construcie.

Proiectarea unei reele termice presupune un calcul de rezisten, un calcul de dimensionare a grosimii izolaiei termice i un calcul al pierderilor de presiune pe ntregul traseu. n cazul utilizrii unor conducte preizolate, calculul termic are ca scop stabilirea pierderilor de cldur prin suprafa ale agentului termic pe ntregul traseu (tur + retur).

2. Sisteme de racordare a consumatorilor de cldur de tip urban la reelele termice

n general, natura agentului termic i parametrii si difer ntre reeaua primar i reeaua secundar. Ansamblul instalaiilor situate ntre reeaua termic primar i reeua termic secundar poate fi denumit n mai multe feluri (staie sau substaie termic, punct sau modul termic). n literatura de specialitate din ara noastr denumirile consacrate sunt cele de punct sau modul termic.

Tipul punctelor sau modulelor termice depinde n principal de urmtorii factori:

natura, mrimea i caracteristicile consumurilor de cldur;

natura i parametrii agentului termic livrat de sursa de cldur; natura i parametrii agentul termic cerut de consumatori;

numrul de conducte al reelei termice primare.

Punctele sau modulele termice asigur n prezent prepararea centralizat a apei calde i transformarea parametrilor pentru instalaia de nclzire a consumatorilor. n viitor ele ar putea prelua i distribuia centralizat a frigului.

Ca agent termic n reelele de transport al cldurii, apa fierbinte are temperaturi maxime cuprinse ntre 120 150C pe ducere (tur) i ntre 60 80C pe ntoarcere (retur). La temperaturi peste 100 C, presiunea n conducte trebuie s fie superioar presiunii de saturaie corespunztoare temperaturii respective. Prin urmare, pentru o temperatur maxim de 150 oC, presiunea pe traseul de la sursa de cldur pn la punctul sau modulul termic trebuie s fie mai mare de 6 bar.

2.1Racordarea instalaiilor de nclzire

Alegerea celor mai adecvate soluii de racordare a instalaiilor interioare de nclzire la reelele de ap fierbinte prezint o importan deosebit pentru funcionarea sistemului. Soluia de racordare trebuie s satisfac att condiiile funcionale impuse de sursa de cldur, ct i pe cele impuse de consumatorul de cldur racordat.

Modul de racordare la reeaua termic trebuie s asigure un anumit regim termic i hidraulic pentru fiecare tip de aparat, existnd posibilitatea racordrii a mai multor tipuri de aparate la aceeai reea termic. Datorit varietii instalaiilor interioare de nclzire racordate, punctele termice au un la rndul lor un caracter complex. Majoritatea instalaiilor de nclzire utilizeaz ca agent termic apa cald cu temperaturi sub 100C pe ducere. Sistemele de alimentare centralizat cu cldur din ara noastr au fost proiectate pentru valorile maxime tur/retur 90/70 i 95/75 C. n prezent acestea nu depesc 80/62 C.

Instalaiile de nclzire se pot racorda la reeaua de ap fierbinte directsau indirect. La rndul su, racordarea direct se poate realiza fr sau cu amestec.

Racordarea indirect se caracterizeaz prin separarea hidraulic a instalaiilor de nclzire ale consumatorilor fa de reeaua termic. Aceasta permite funcionarea aparatelor de nclzire ale consumatorilor la presiunea hidrostatic determinat de propriul vas de expansiune. Ca urmare, aparatele de nclzire nu sunt supuse presiunii, n general ridicate, din reeaua termic i variaiilor ei inevitabile. Se garanteaz astfel izolarea complet a instalaiilor consumatoare fa de eventualele creteri accidentale ale presiunii n reeaua termic exterioar. Aceast separare hidraulic este deosebit de util pentru racordarea sistemelor de nclzire mai vechi (convecto-radiatoare din font).

Racordarea indirect se recomand a fi utilizat n special n cldirile unde avarii accidentale i nensemnate pot avea totui urmri grave (muzee, arhive etc.), precum i n zonele unde presiunea n conducta de ntoarcere a reelei termice este mai mare dect valoarea admis de instalaiile de nclzire ale consumatorilor.

Separarea hidraulic i cuplajul termic ntre reeaua termic primar i reeaua termic secundar se realizeaz cu ajutorul schimbtoarelor de cldur ap fierbinte ap cald. Diferena de presiune n punctul de racordare la reeaua termic primar trebuie s fie suficient pentru acoperirea tuturor pierderilor de presiune pe circuitul apei fierbini, estimate la cca. 0,4 0,5 bar.

Circuitul secundar de nclzire include pompele de circulaie, schimbtorul de cldur, aparatele consumatoare i vasul propriu de expansiune. Alimentarea cu ap de adaos a circuitului secundar poate fi fcut periodic cu ap din reeaua termic primar (dedurizat i degazat), printr-o van acionat manual sau automat, n funcie de nivelul n vasul de expansiune.

Schemele de racordare indirect permit, cu ajutorul regulatorului care acioneaz ventilul amplasat pe conducta de intrare a agentului primar n schimbtorul de cldur, funcionarea cu debit constant sau variabil n reeaua termic primar. De asemenea, ele permite reglajul prin nchiderea ventilului pe partea de ap fierbinte, funcionarea pompei de circulaie asigurnd vehicularea continu a apei n instalaiile de nclzire i reducerea treptat a temperaturii ei. Pentru satisfacerea n bune condiiuni a cerinelor consumatorilor i pentru evitarea supraconsumurilor de cldur, se pot utiliza scheme mai complexe de reglare automat.

Pompele de circulaie sunt n numr de dou, dimensionate 2 x 100 %, pentru acoperirea pierderilor de presiune din circuitul secundar. De regul una din pompe funcioneaz, cealalt este oprit. Punerea n funciune a pompei de lucru se poate face manual sau automat, iar pompa de rezerv intr automat n funciune la oprirea celeilalte.n funcionare normal, comutarea pentru nlocuirea unei pompe cu cealalt se poate face periodic i automat, la intervale de 12 - 24 ore. n caz de defect al pompei n funciune, se conecteaz automat pompa de rezerv.

Dezavantajul principal al racordrii indirecte l constituie costul echipamentului i cheltuielile pentru construcii-montaj aferente punctului termic. De asemenea, cresc cheltuielile de exploatare determinate de consumul de energie electric al pompelor de circulaie, de cele pentru ntreinerea instalaiilor i pentru retribuirea personalului de exploatare. Schimbul de cldur la diferene finite de temperatur conduce la creterea temperaturii apei fierbini din reeaua de ducere i ntoarcere, fa de racordarea direct. n acelai timp ea permite reelei termice primare funcionarea cu regimuri termice mai mari dect cele admise de instalaiile de nclzire, ceea ce conduce la reducerea debitelor de ap fierbinte vehiculate n reea, cu toate avantajele care rezult.

n ambele circuite, schimbtorul de cldur funcioneaz cu ap dedurizat i degazat. De aceea el se poate realiza din evi de oel. Experiena a artat c aceste prenclzitoare nu necesit rezerv. Atunci cnd, din considerente deosebite de siguran n alimentarea cu cldur este necesar o rezerv, se pot instala dou grupuri de prenclzitoare, dimensionate fiecare pentru sarcini ntre 50% i 100% din sarcina termic maxim de cldur pentru nclzire, n funcie de gradul de siguran dorit.Racordarea direct se poate face fr amestec i cu amestec. Spre deosebire de racordarea indirect, la racordarea direct regimul hidraulic al consumatorilor de nclzire este determinat de regimul presiunilor din reea. De aceea, toate schemele directe se pot aplica numai dac presiunea n regim dinamic sau static n conducta de ntoarcere de la consumatori la punctul termic nu depete presiunea maxim admis de aparatele de nclzire.

Racordarea direct fr amestec este cea mai simpl soluie de racordare. Ea se utilizeaz de regul n puine cazuri, regimul de presiuni i temperaturi din reea fiind acelai cu cel admis de instalaiile interioare. Pentru evitarea pericolului de vaporizare local a agentului termic, este necesar ca n punctul de cot maxim, presiunea n conduct s fie mai mare dect presiunea de saturaie corespunztoare temperaturii maxime de regim.

Schema este specific instalaiilor de nclzire destinate halelor industriale (aeroterme, baterii de nclzire, registre din evi de oel), sau la nclzirea cu calorifere din oel, rezistente la presiunea i temperatura din reea. Trebuie amintit i condiia ca, la contactul acestor instalaii cu pielea, se fie evitat senzaia de inconfort datorit temperaturii ridicate a suprafeei lor exterioare.

Aceast schem asigur o mare economie de investiii n conductele de distribuie deoarece permite reducerea debitului de ap vehiculat i o reducere sensibil a suprafeelor de schimb de cldur a aparatelor de nclzire, datorit folosirii apei cu temperatur ridicat (120150C). n ceea ce privete modul de racordare al aparatelor de nclzire ale diverilor abonai, aceasta se poate face: n serie, n paralel sau o combinaie ntre ele.

Schema serie asigur o rezisten hidraulic mare, ceea ce permite funcionarea n bune condiii chiar i la debite mici ale apei. n cazul unui numr mare de aparate de nclzire, se recomand montarea n paralel a ami multor grupuri de aparate montate n serie. Dac pierderile de presiune din instalaia interioar depesc presiunea disponibil din punctul de racord, iar temperaturile maxime de regim corespund cerinelor abonatului, se aplic racordarea direct fr amestec, cu pompe de ridicare a presiunii pe conducta de ducere.

Atunci cnd presiunea necesar pentru asigurarea circulaiei n instalaiile interioare este mai mare dect diferena de presiune disponibil n punctul de racord, se utilizeaz schema de racordare direct, fr instalaii de amestec, cu pomp de ridicare a presiunii pe conducta de ntoarcere.

Racordarea direct prin amestec cu hidroelevator se face cel mai adesea n sistemele de alimentare centralizat cu cldur n care temperatura admis de instalaiile interioare de nclzire este mai mic dect aceea a reelei termice care utilizeaz apa fierbinte. Reducerea temperaturii apei fierbini de pe conducta de ducere se face prin amestec cu apa din conducta de ntoarcere a instalaiei de nclzire. Pentru toate variantele de realizare a amestecului, acest mod de racordare impune funcionarea instalaiilor de nclzire cu debite mai mari de ap din reea, fa de racordarea direct fr amestec.

Schema de racordare direct prin amestec cu hidroelevator este posibil dac instalaiile interioare de nclzire sunt construite astfel nct s accepte regimul de presiuni din conducta de ntoarcere a reelei primare. Hidroelevatorul este un ejector ap-ap, deci un aparat fr piese n micare, a crei durat de via este din acest motiv mai mare dect durata de via a unei pompe.

Din punct de vedere hidraulic, orice perturbaie care apar n reeaua exterioar de ap fierbinte este resimit i n instalaiile interioare. Aceasta impune echiparea punctului termic respectiv cu aparatur de reglare automat i supap de siguran montat pe conducta de ntoarcere de la instalaiile consumatoare.

Funcionarea acestei scheme este caracterizat de coeficientul de amestec, care se determin din sistemul de dou ecuaii format dinbilanul material ibilanul termic al hidroelevatorului. innd seama de regimul termic, valoarea coeficientului de amestec determin valoarea relativ a debitului de ap din instalaiile de nclzire ale consumatorilor, pentru un anumit debit de ap fierbinte.

Diferena de presiune disponibil n reeaua termic la intrarea n punctul termic trebuie s fie circa 15 18 mca iar diferena de presiune disponibil n instalaiile de nclzire ale consumatorilor de circa 1,2 1,5 mca. Randamentul energetic al hidroelevatorului este egal cu circa 0,20 - 0,30. n acest fel este exprimat domeniul posibil de folosire a hiroelevatoarelor.

Instalaiile de nclzire au pierderi de presiune relativ mici, rezultnd c sunt de capacitate redus. Ca urmare, n general se utilizeaz cte un hidroelevator la o instalaie de nclzire cu un consum maxim de cldur de cca. 1,163 MW (1 Gcal/h).

Dac la proiectarea i exploatarea sistemelor de nclzire nu se ia n considerare diferena de presiune necesar pentru funcionarea normal a hidroelevatorului, aceasta conduce la reducerea coeficientului de amestec i ca urmare la creterea debitului de ap de reea i la creterea cantitii de cldur consumat.

Pentru evitarea creterii ulterioare a diferenei de presiune necesar n faa hidroelevatorului, trebuie ales foarte atent locul instalrii sale i determinat corect diametrul conductelor de legtur. Hidroelevatorul se amplaseaz n subsolurile tehnice ale cldirilor consumatorilor, ct mai aproape de nceputul sistemului de nclzire al consumatorului. De asemenea, pentru a reduce pierderile de presiune din instalaiile consumatorilor este necesar ca n exploatare i mai ales la reviziile din timpul verii, s se elimine depunerile interioare sub form de nmol.

Datorit acestor aspecte, folosirea hidroelevatoarelor pentru racordarea direct a instalaiilor de nclzire este limitat. Atunci cnd, n regim dinamic, la punctul termic nu se poate asigura o diferen de presiune necesar pentru a putea folosi n bune condiii hidroelevatorul, se poate utiliza racordarea direct cu pompe. n general, acesta este cazul capetelor reelei de ap fierbinte unde diferena de presiune disponibil tur-retur scade. n asemenea situaii poate deveni neraional mrirea presiunii n toat reeaua de ap fierbinte (sau numai pe o poriune a sa), pentru a o consuma apoi cu un randament cobort n cadrul hidroelevatorului.

Principalele avantaje ale hidroelevatoarelor constau n construcia lor simpl, posibilitatea de a fi confecionate uor i rapid (din oel, mbinate prin sudur), robusteea n exploatare, nu au piese n micare, deci nu necesit o ntreinere special i implic investiii relativ mici. Dezavantajele sunt: randamentul energetic redus n funcionare, ceea ce conduce la limitarea utilizrii hidroelevatoarelor la cldiri urbane cu necesarul de cldur pentru nclzire de maximum 0,5 MW i pierderile de sarcin pe aparatele consumatoare de maximum 1,5 mca. Aceasta menine regimul hidraulic ntre limite strnse, aspect care nu se nscrie satisfctor n specificul sistemelor unde se aplic reglarea mixt a furnizrii cldurii sau n al acelor sisteme cu o dezvoltare i restructurare continu.

Racordarea direct cu pompe de amestec se practic n instalaiile n care disponibilul de presiune din punctul de racordare nu poate asigura funcionarea hidroelevatorului sau nu acoper nici pierderile de sarcin din instalaia interioar. Pompele de amestec se monteaz pe conducta de legtur ntre firul de ducere i cel de ntoarcere al reelei termice primare (cnd disponibilul de presiune depete pierderile de sarcin), pe conducta de ducere sau pe conducta de ntoarcere (cnd disponibilul de presiune este mai mic dect pierderile de sarcin din instalaia consumatorului).

Acest sistem se mai poate utiliza i n cazul dezafectrii unor centrale termice existente, odat cu apariia sistemului centralizat, pstrnd pompele de circulaie ca pompe de amestec. O alt situaie n care este indicat soluia cu pompe de amestec este aceea a halelor industriale cu degajri mari i variabile de cldur sau cu inerie termic redus, soluia permind reglarea uoar i n limite largi a instalaiilor consumatoare de cldur.

Varianta cu pompe montate pe conducta de legtur se aplic atunci cnd n reeaua de ap fierbinte presiunea dinamic este suficient de mare pentru a face fa pierderilor de presiune din instalaia de nclzire. n acest caz pompa de amestec vehiculeaz debitul de amestec, avnd un consum de energie pentru pompare mai mic dect n variantele celelalte.

Curent, se folosesc dou sau trei pompe de amestec, din care una de rezerv. Deoarece temperatura apei din instalaia interioar este mai mic dect 100C pentru consumatorii urbani, nu se pune problema vaporizrii agentului termic, dac se evit golirea acesteia ca urmare a depirii nlimii hidrostatice.

Schema cu pompe montate pe conducta de ducere se adopt atunci cnd presiunea disponibil n punctul de racord este mai mic dect pierderile de sarcin din instalaia interioar. Poziia pompei pe conducta de ducere trebuie s rezulte din analiza situaiei concrete, din punct de vedere hidraulic, respectnd condiia de a nu depi presiunea maxim admis. n acest caz, montarea pompei pe conducta de ntoarcere ar fi condus la realizarea unor presiuni mai mici dect presiunea hidrostatic, ceea ce ar fi nsemnat golirea instalaiei la partea superioar. n zona conductei de legtur este obligatoriu ca presiunea pe conducta de ntoarcere s fie mai mare dect presiunea pe conducta de ducere.

Schema cu pompe montate pe conducta de ntoarcere se aplic atunci cnd se dorete reducere presiunii n conducta de ntoarcere din instalaia interioar de nclzire. n aceste condiii, dac s-ar fi montat pompe pe conducta de ducere, aceasta ar fi condus la depirea presiunii maxime admise.

Pentru corelarea graficului piezometric al instalaiei interioare cu graficul piezometric al reelei se prevede o rezisten local variabil (de exemplu robinet de reglare), cu ajutorul cruia se pot corecta perturbaiile hidraulice din sistem sau din instalaia interioar. n general, racordarea direct cu pompe de amestec permite realizarea unor coeficieni mari de amestec, pentru diferene de presiune disponibile la punctul termic mult mai mici dect n cazul hidroelevatoarelor.

n poriunile terminale ale reelei termice unde se folosesc n general schemele de racordare cu pompe de amestec, diferena de presiune n reeaua de ap fierbinte la intrarea n punctul termic nu numai c este mic, dar este supus i modificrilor zilnice sau sezoniere. Uneori, aceste modificri sunt att de mari nct conduc la livrarea incomplet a debitelor de ap din reea i deci a cantitii de cldur primit de consumatori. n aceste cazuri, instalarea pompei n variantele pe ducere i pe ntoarcere permite obinerea unei diferene suplimentare de presiune necesar circulaiei apei n instalaiile de nclzire ale consumatorilor. Astfel, printr-o cretere relativ redus a consumului de energie pentru pompare i a puterii instalate n pompe, se mrete sigurana n funcionare a schemei. Amplasarea pompei de amestec nu influeneaz mrimea presiunii de refulare, deoarece n ambele cazuri pompa trebuie s asigure aceleai pierderi de presiune care apar n instalaiile de nclzire. Aceste pierderi de presiune depind de debitul de ap vehiculat, deci de valoarea coeficientului de amestec real.

Alegerea ntre schemele de racordare cu pompe de amestec se face n funcie de condiiile concrete de funcionare a sistemului de nclzire mpreun cu reeaua termic. n general se aplic mai mult schema cu pompa pe retur deoarece n sectoarele terminale ale reelei termice, de regul, are loc creterea presiunii n conducta de retur a instalaiilor de nclzire. Existena pompei de amestec pe conducta de retur permite aplicarea unei scheme de automatizare mai bune, cu meninerea unui regim termic mai aproape de cel necesar.

Oprirea pompelor de amestec poate conduce la creterea presiunii n instalaiile de nclzire sau la golirea acestora. Toate aceste situaii trebuie evitate. Astfel, alimentarea cu energie electric a pompelor de amestec se face cu rezerv iar circuitul consumatorilor este prevzut cu dispozitive de protecie care sa izoleze instalaiile de nclzire de restul reelei de ap fierbinte n cazul opririi pompelor.

Pompele de amestec se instaleaz, de regul, n cldirile consumatorilor. Ca urmare, ele trebuie s fie silenioase i cu o fiabilitate mrit. innd seama de toate acestea i n special de cerina unei sigurane sporite la funcionarea pompelor de amestec, poate apare oportun utilizarea schemelor combinate de racordare direct prin amestec cu hidroelevator i pomp de amestec

Schema racordrii directe cu hidroelevator i pomp de amestec are i avantajul c permite o reglare mai fin a temperaturii agentului termic n instalaiile de nclzire. Instalarea pompelor de amestec mpreun cu hidroelevatorul, care funcioneaz normal, permite creterea considerabil a coeficientului de amestec, micornd astfel temperatura apei care intr n instalaiile de nclzire.

La utilizarea tuturor schemelor de racordare direct apar adesea cazuri n care presiunea n conducta de ntoarcere de la instalaiile de nclzire este mai mic dect aceea necesar. n aceste cazuri, pe conducta de retur trebuie montat un regulator de presiune care are rolul de a menine presiunea necesar n instalaiile de nclzire. n perioadele sezonului de nclzire n care reeaua termic funcioneaz cu opriri centralizate, regulatorul de presiune poate preveni golirea apei din instalaiile de nclzire prin conducta de retur. Din acelai motiv, schema de racordare poate fi completat cu o clapet de reinere montat pe conducta de ducere.

n Romnia, proiectantul general al sistemelor centralizate de alimentare cu cldur (ISPE Bucureti) a promovat cu precdere schema de racordare indirect, datorit siguranei mai mari n exploatare i elasticitii la variaiile regimului de funcionare. Ea se adapteaz cel mai bine la reglarea mixt a furnizrii cldurii. Buna ei funcionare necesit ns aparate schimbtoare de cldur n contracurent eficiente, robuste i uor de ntreinut.

2.2 Racordarea instalaiilor pentru prepararea apei calde.

Racordarea instalaiilor pentru prepararea apei calde la reelele de ap fierbinte, trebuie s in seama de urmtoarele aspecte specifice:

temperatura apei calde trebuie s fie de 60C, constant n timp, independent de mrimea momentan a consumului, de temperatura momentan a apei fierbini din reeaua termic i de temperatura apei reci din care se prepar apa cald;

trebuie respectate condiiile de potabilitate, motiv pentru care prepararea apei calde se face cu ap rece din reeaua de ap potabil;

tot debitul consumat sub form de ap cald nu se mai returneaz la sursa de ap rece, ea fiind evacuat la canal.

Racordarea n sistem nchis este caracterizat de prezena schimbtororului de cldur, care asigur o separare hidraulic total ntre instalaiile consumatoare i reeaua de ap fierbinte. Schemele de racordare n sistem nchis pot fi fr sau cu acumulare de ap cald. Acumulatoarele de ap cald asigur o rezerv n cazul ntreruperii alimentrii cu ap cald i aplatizeaz sarcina termic la schimbtorul de cldur. n general, acumulatoarele de ap cald se instaleaz numai n cazurile n care consumatorii nu admit ntreruperea alimentrii cu ap cald. Volumul lor se dimensioneaz pentru a asigura timp de 1 2 ore consumul maxim de ap cald. Existena acumulatoarelor conduce la posibilitatea reducerii debitelor de ap fierbinte folosit pentru nclzirea apei calde, deci la reducerea corespunztoare a diametrului reelei respective. Capacitatea de acumulare crete odat cu raportul ntre consumul maxim i cel mediu zilnic de ap cald.

n perioadele n care consumul de ap cald este nesemnificativ sau chiar nul, apa cald care staioneaz n coloanele sistemului de alimentare al cldirii i pe conducta care leag cldirea de punctul termic se rcete. Ea nu mai corespunde cerinelor de temperatur ale consumatorului care ar deschide robinetul de ap cald n acel moment. Pompele de recirculare asigur returnarea acestei ape la punctul termic i renclzirea ei.

Din aceste motive se recomand instalarea a dou pompe de recirculare, din care una n funciune i cealalt n rezerv. Intrarea n funciune a pompei de rezerv se face automat, la scderea temperaturii apei calde sub valoarea minim (45 50 C) i cnd presiunea la aspiraie este maxim. Aceasta corespunde lipsei sau valorii minime a consumului de ap cald. Pompa este oprit cnd temperatura apei n conducta de recirculare depete valoarea de calcul (60C).

Aceast schem de automatizare este nesigur n funcionare, deoarece timpul de rcire al apei n conducta de recirculare este variabil i dependent de diametrul conductelor, starea izolaiei termice a acestora i temperatura mediului ambiant. Un alt mod de comand a pompei de recirculare este n funcie de mrimea debitului de ap cald. Astfel ea va intra n funciune cnd debitul de ap cald scade sub o anumit limit. Exist i propunerea funcionrii intermitente a pompei pe anumite intervale de timp, la comanda unui releu de timp. Pompele de recirculare sunt montate n punctele termice centralizate, evitndu-se amplasarea lor n cldirile consumatorilor.

O problem deosebit pe care o ridic racordarea n sistem nchis pentru prepararea apei calde este aceea a coroziunii i depunerilor n instalaiile punctului termic i ale consumatorilor. Aceasta se datoreaz faptului c n circuitul secundar al schimbtorului i n instalaiile de consum se utilizeaz ap rece netratat chimic i nedegazat. Din acest motiv, schimbtorul pentru prepararea apei calde este confecionat din evi de alam i dimensionat cu rezerv 2 x 100 %.

n scopul reducerii fenomenului de coroziune intern a instalaiilor un rol important l are meninerea constant a temperaturii apei calde la valoarea de calcul (60C). O mrire a acestei temperaturi conduce la creterea cantitii de oxigen degajat, intensificnd procesul de coroziune. n cazul apei calde folosit n scopuri industriale, pentru reducerea intensitii coroziunii se introduce hidrazin. Aceasta formeaz pe suprafaa interioar a conductelor un strat hidrofob protector, care reduce reacia ntre metal i O2 sau CO2 din ap.

Pentru reducerea efectului negativ al depunerilor pe suprafeele interioare ale evilor din prenclzitor i ale conductelor de ap cald este necesar instalarea unor filtre la intrarea apei reci n instalaie i curirea periodic a acesteia. Din aceast cauz schimbtoarele de ap cald se instaleaz cu rezerv, pentru a asigura continuitatea alimentrii cu ap cald n perioadele de revizii i reparaii ale unuia din aparatele de schimb de cldur. Ca urmare, instalaia necesit spaii mai mari, special construite, mrind investiiile n partea termomecanic i de construcii-montaj, precum i cheltuielile anuale pentru exploatare, ntreinere i reparaii.

Din punctul de vedere al ariei de aplicabilitate, schema n sistem nchis necesit un sistem de distribuie bitubular pentru apa fierbinte. Din punct de vedere energetic, n perioadele din timpul iernii n care n reeaua termic consumatorii de nclzire ar permite nivele termice sub 6070C, sistemul nchis de preparare a apei calde nu permite acest lucru. Mai mult, existena schimbtorului de cldur prin suprafa introduce o diferen de temperatur suplimentar fa de aceea de calcul a apei calde. Aceasta are efecte negative asupra produciei de energie electric n regim de cogenerare, atunci cnd sursa de cldur este o central de cogenerare cu turbine cu abur.

De asemenea, aceast schem de racordare necesit un consum suplimentar de energie electric pentru antrenarea pompei de recirculare, mrind astfel preul de vnzare al cldurii.

Racordarea n sistem deschis se caracterizeaz prin faptul c prepararea apei calde se face prin amestecul apei din conducta de ducere a reelei termice primare cu aceea din conducta de ntoarcere. Amestecul se face n scopul asigurrii n punctul de amestec a temperaturii necesare apei calde de consum de 60C.

Att timp ct temperatura apei din conducta de ntoarcere este cel puin egal cu aceea impus pentru apa cald (60C), consumul de ap cald este asigurat integral din aceast conduct. n perioadele n care temperatura apei n conducta de retur este mai mic de 60C, consumul de ap cald este asigurat prin amestecul ntre apa din conducta de retur i aceea din conducta de tur. Debitul de ap fierbinte preluat din conducta de ducere este reglat cu un regulator de temperatur, astfel nct temperatura de amestec s fie meninut constant la 60C.

Acest mod de racordare impune completarea debitului de ap fierbinte luat din reea, pentru consumul sub form de ap cald, cu ap de adaos. n sistemele nchise de racordare a consumatorilor de ap cald debitul de ap de adaos este cel mult 1-2 % din debitul vehiculat. n sistemele deschise valoarea ajunge la 40-50 % n sistemele bitubulare i la 100 % n sistemele monotubulare. Ca urmare, sursa de cldur trebuie s asigure capacitatea necesar pentru tratarea chimic (dedurizarea) i degazarea unui debit de ap de adaos mult mai mare.

Din punct de vedere hidraulic, sistemele deschise de preparare a apei calde se caracterizeaz prin variaii mari ale debitelor de ap vehiculate n reea, corespunztor consumului momentan de ap cald. Principalele avantaje ale sistemelor deschise de preparare a apei calde sunt:

a)instalaiile aferente preparrii apei calde sunt simple i ieftine;

b)conducta de ntoarcere se poate dimensiona pentru debite mai mici dect cele din conducta de ducere, reducndu-se investiiile n reea;

c)folosirea sistemului deschis de preparare a apei calde permite recuperarea cldurii din apa rezultat de la instalaiile de nclzire, ceea ce mrete cantitatea de cldur preluat util din apa fierbinte. De asemenea, este posibil utilizarea sistemului de transport monotubular.

Una din condiiile de baz impuse de racordarea deschis este asigurarea calitilor igienico-sanitare, biochimice i biologice ale apei din reea, corespunztor condiiilor impuse de folosirea sa ca ap cald de consum. Aceasta necesit msuri suplimentare pentru tratarea apei de reea nainte de a fi utilizat ca ap cald, ceea ce impune investiii i cheltuieli suplimentare.

n vederea reducerii variaiilor de debit n reeaua de ap fierbinte, determinate de variaiile consumului de ap cald, racordarea deschis poate fi asociat cu acumulatoare de ap cald amplasate n punctul termic. Tot n acest scop se recomand i variantele mixte de racordare de tip nchis deschis (racordare nchis pe tur i deschis pe retur sau invers).

Alegerea schemei de racordare a instalaiilor pentru prepararea apei calde depinde de urmtoarele caracteristici tehnice ale sistemului de alimentare cu cldur:

sistemul de transport adoptat pentru reeaua termic (bitubular sau monotubular) i distanele de transport;

calitatea apei potabile folosit n sistemul de alimentare cu cldur, din punctul de vedere al calitilor sale biochimice i biologice;

posibilitile tehnice ale sursei de alimentare cu cldur privind debitul necesar de ap de adaos i tratarea acesteia;

mrimea sistemului de alimentare cu cldur, corelat cu regimurile hidraulice i termice admise de diveri consumatori.

Afar de aceste caracteristici tehnice, decizia privind soluia de racordare trebuie luat n baza calculelor tehnico-economice comparative. n cadrul acestora un rol esenial l are economia de investiii realizat prin reducerea diametrului conductelor de retur ale reelei termice de transport i distribuie (eventual renunarea la ea, n cazul sistemului de transport monotubular), reducerea nivelului termic mediu al apei n conducta de ducere, fa de investiiile i cheltuielile anuale suplimentare necesitate de tratarea chimic a apei de adaos i tratarea suplimentar biologic a apei n vederea consumului.

n general, racordarea deschis a instalaiilor pentru prepararea apei calde devine eficient economic cu ct ponderea consumului de ap cald fa de cel pentru nclzire crete, cu ct distanele de transport n cadrul sistemului sunt mai mari i cu ct apa de adaos are o duritate mai cobort.

n prezent, datorit dificultilor deosebite n asigurarea condiiile de potabilitate impuse apei calde, n practic s-a renunat aproape complet la racordarea deschis pentru apa cald.

2.3 Puncte i module termice.

n cadrul sistemelor de alimentare centralizat cu cldur cererea de cldur are un caracter eterogen. n cazul consumatorilor urbani i al celor asimilabili acestora cererea include cldur pentru nclzire i cldur pentru prepararea apei calde, iar n cazul celor industriali mai poate apare n plus cldur pentru ventilare. Ca urmare, cele dou sau trei categorii de consumatori se racordeaz n cadrul aceluiai ansamblu de instalaii, denumit punct sau modul termic.

Schemele complexe de racordare utilizate n aceste cazuri depind n primul rnd de modul de racordare ales pentru instalaiile de nclzire (direct, indirect), pentru prepararea apei calde (nchis, deschis sau mixt) i de numrul de conducte al reelei termice primare. n cele ce urmeaz se vor considera numai racordarea indirect a instalaiilor de nclzire, racordarea nchis a instalaiilor pentru preparaea apei calde i reelele termice primare bitubulare.

Concepia schemelor punctelor termice trebuie s in seama de o serie de aspecte specifice. Astfel,un parametru important este structura cererii totale de cldur, exprimat prin raportului ntre valorile de calcul ale cererilor componente. Aspecte la fel de importante suntdiferenele de nivel termic ntre cererile de cldur,duratele diferite de alimentare, modurile diferite de variaie n timp i cerinele diferite privind sigurana alimentrii.

Variantele posibile de realizare a punctelor sau modulelor termice sunt definite prin numrul i poziia schimbtoarelor de cldur pentru prepararea apei calde n raport cu schimbtorul de cldur pentru nclzire. Astfel, nclzirea apei calde se poate face ntr-o singur treapt sau n dou trepte iar fiecare dintre acestea se poate afla n mai multe poziii posibile n raport cu schimbtorul de cldur pentru nclzire. n cazul unei singure treapte de nclzire a apei calde, schimbtorul de cldur respectiv poate fi amplasat n paralel, n serie nainte (n amonte) sau n serie dup schimbtorul de cldur pentru nclzire (n aval).

Dac nclzirea apei calde se face n dou trepte, prima dintre ele este plasat ntr-o singur poziie i anume n serie dup schimbtorul de cldur pentru nclzire (n aval) i are rolul de a recupera o parte din coninutul de cldur al agentului termic primar care iese din acest schimbtor. A doua treapt, aflat fie n paralel fie n serie nainte de schimbtorul de cldur pentru nclzire (n amonte), intervine numai atunci cnd temperatura agentului termic primar care iese din schimbtorul de cldur pentru nclzire nu permite nclzirea apei calde pn la temperatura de regim (60 oC).

Schema de racordare ntr-o treapt paralel pentru prepararea apei calde este o schem care asigur alimentarea separat (independent) a celor dou categorii de consumatori, fr ca ei s se influeneze unul pe cellalt. n orice moment schema poate asigur ambelor categorii de consumatori condiiile calitative i cantitative impuse de fiecare n parte, cu condiia ca sistemul de transport i de producere a cldurii s poat asigura aceast independen.

Alimentarea cu agent termic a schimbtorului de cldur pentru prepararea apei calde se face n paralel cu alimentarea schimbtorul de cldur pentru nclzire. Cota de debit de ap fierbinte necesar preparrii apei calde este asigurat de un regulator direct de debit. Acesta regleaz debitul de ap fierbinte care intr n schimbtor n funcie de consumul momentan de ap cald, astfel nct temperatura acesteia la consumatori s rmn n orice moment constant la valoarea impus de 60C.

Pe partea de nclzire, meninerea constant a temperaturii interioare la valoarea dorit este asigurat de un regulator de debit, care compar diferena de temperatur din circuitul de nclzire al consumatorilor cu aceea impus de graficul de reglare pentru nclzire, introdus n memoria sa.

Ca urmare a independenei ntre variaiile celor dou consumuri, n oricare moment de timp considerat, debitele de ap fierbinte necesare pentru nclzire i ap cald vor varia ntre valoarea maxim i minim specific cererii respective. Prezena sau absena acumulatorului de ap cald influeneaz la rndul ei modul de variaie al debitului de ap fierbinte destinat preparrii apei calde.

Avantajele schemei constau n simplitate i n faptul c tot timpul anului cele dou categorii de consum sunt asigurate independent n orice moment.Dezavantajele schemei sunt determinate de faptul c n orice moment debitul de ap fierbinte la intrarea n punctul termic reprezint suma debitelor necesare nclzirii i preparrii apei calde i deci nu este constant. Ca urmare valoarea maxim (de calcul) a debitului aferent punctului termic este mai greu de stabilit. Introducerea acumulatorului de ap cald n schema punctului termic reduce gradul de variaie a acestui debit.

Acest tip de schem este recomandat pentru punctele termice mici, n care att coeficientul de structur ct i gradul de neuniformitate al cererii de cldur pentru prepararea apei calde sunt mari.

Schema de racordare ntr-o treapt serie pentru prepararea apei calde se caracterizeaz prin faptul c schimbtorul pentru prepararea apei calde este parcurs de apa fierbinte din reea naintea schimbtorului de nclzire. Cele dou schimbtoare sunt deci n serie pe partea agentului termic primar, cu observaia c, de regul, numai o parte din debitul total de agent termic trece efectiv prin schimbtorul pentru prepararea apei calde, restul debitului ocolind aparatul. Cota de debit de ap fierbinte aferent efectiv preparrii apei calde este determinat de poziia unui regulator de temperatur, care are rolul de a menine constant temperatura apei calde la consumator.

Caracteristic acestui tip de punct termic este faptul c, n funcie de consumul momentan de ap cald, dac debitul de ap fierbinte intrat i temperatura sa rmn constante, temperatura agentului termic la intrarea n schimbtorul pentru nclzire variaz invers propoional cu variaia sarcinii termice pentru preparaea apei calde. Cu alte cuvinte, consumatorului de nclzire nu i se mai poate asigura n orice moment o temperatur interioar constant. innd seama de ineria termic a cldirilor nclzite i de faptul c variaia temperaturii interioare are loc n ambele sensuri, pe parcursul celor 24 ore ale unei zile acest efect poate fi compensat.

n concluzie, n cazul schemei o treapt serie, variaiile momentane ale cererii de ap cald fa de valoarea medie zilnic pot conduce la nivelul consumatorului de nclzire la subnclziri sau la supranclziri, determinnd o influen negativ asupra asigurrii cererii de cldur a consumatorului de nclzire, ceea ce reprezint principalul dezavantaj. Ca urmare, schema respectiv se recomand n cazul unui coeficient de structur mic i n cazul unor cldiri cu inerie termic mare.

Schema de racordare n dou trepte mixt (serie paralel) pentru prepararea apei calde este o combinaie ntre cele dou scheme prezentate mai sus.

Prima treapt de preparare a apei calde, aflat dup schimbtorul de cldur pentru nclzire i n serie cu acesta, recupereaz o parte din cldura coninut de apa fierbinte care vine din instalaia de nclzire i care altfel ar fi fost returnat sursei de cldur. De aceea se spune c aceast schem asigur un grad sporit de utilizare a cldurii intrat n punctul termic cu apa de reea.

A doua treapt de preparare a apei calde este racordat n paralel cu instalaia de nclzire. Instalaia poate fi prevzut cu acumulatoare de ap cald. Schema serie-paralel este o dezvoltare a schemei de racordare n paralel, constnd n introducerea unei trepte suplimentare cu rol recuperatv, n scopul majorrii capacitii de transport a reelei termice prin utilizarea cldurii de potenial termic sczut al apei de reea la ieirea din sistemul de nclzire. Ea se poate aplica cu sau fr acumulare local de ap cald. Fa de schema o treapt paralel, rezult o diminuare a debitului de ap de reea aferent preparrii apei calde cu o cantitate proporional cu cantitatea de cldur preluat de ctre apa cald de consum n prima treapt de nclzire.

n perioada rece a iernii, exist posibilitatea ca ntregul consum necesar preparrii apei calde s fie asigurat numai de prima treapt, prin care trece ntreg debitul care iese din schimbtorul pentru nclzire i care are o temperatur ridicat. Pe msur ce aceast temperatur scade, diferena este complectat de treapta a doua.

Din cele prezentate mai sus, rezult c debitul total de ap fierbinte necesar la intrarea n punctul termic este mai mare dect debitul de ap fierbinte destinat schimbtorului de cldur pentru nclzire. Dimensionarea debitului de ap fierbinte necesar i a suprafeelor de schimb de cldur ale celor trei schimbtoare de cldur se face inndu-se seama de cele expuse mai sus.

Avantajele schemei dou trepte mixt pentru prepararea apei calde fa de schemele prezentate anterior sunt:

fa de schema o treapt paralel, conduce la o valoare de calcul a debitului de agent termic care intr n punctul termic mai mic, pentru aceleai condiii din punctul de vedere al existenei sau nu a acumulatorului de ap cald;

fa de schema o treapt serie, permite o asigurare independent a celor dou categorii de consumuri, ca i n cazul variantei o treapt paralel, reducnd influenele negative ale preparrii apei calde asupra consumatorilor de nclzire;

fa de ambele scheme de preparare a apei calde ntr-o treapt, se reduce temperatura de ieire a apei fierbini din punctul termic.

nu apar limitri privitoare la valoarea coeficientului de structur.

Dezavantajele schemei constau n investiii mai mari pentru ansamblul celor dou schimbtoare de cldur pentru ap cald i pentru un regulator de temperatur suplimentar montat pentru prima treapt de preparare a apei calde.

Trebuie remarcat ns faptul c, atunci cnd sarcina termic pentru ap cald de calcul este mult mai mic dect sarcina termic de calcul pentru nclzire, aportul treptei a doua de nclzire a apei calde se reduce. Ca urmare, avantajul principal al acestei scheme, de reducere a debitului de ap fierbinte devine nensemnat i nu mai justific economic plusul de investiii ocazionat de introducerea treptei a doua.

Schema de racordare n dou trepte serie pentru prepararea apei calde este o extindere a schemei dou trepte mixt, n scopul reducerii ct mai mult posibil a valorii de calcul a debitului de ap fierbinte necesar la intrarea n punctul termic.

Prepararea apei calde se realizeaz n cele dou trepte legate n serie cu schimbtorul de cldur pentru nclzire, una n amonte i cealalt n aval n raport cu acesta.Regimurile de funcionare, pe partea apei calde a celor dou trepte sunt similare celor prezentate n cazul schemei dou trepte serie paralel.

Funcionarea pe partea de ap fierbinte a treptei a doua de preparare a apei calde este similar schemei o treapt serie, avnd aceleai efecte asupra cantitii de cldur primit de consumatorul de nclzire. Eliminarea complet a acestui dezavantaj presupune o variaie a debitului de ap fierbinte la intrarea n punctul termic asigurat de un regulator.

Avantajul schemei dou trepte serie fa de schema dou trepte mixt const n faptul c debitul total de ap fierbinte la intrarea n punctul termic este mai mic dect la celelalte scheme prezentate mai sus. Dezavantajul schemei dou trepte serie pentru prepararea apei calde fa de schema dou trepte mixt const n faptul c automatizarea sa este mai complicat deoarece fiecare schimbtor este influenat de cel din amonte.

Schema de racordare ntr-o treapt cu injecie sau cu amestec pentru prepararea apei calde este oarecum o alternativ a schemei cu dou trepte mixt. Schimbtorul care asigur prepararea apei calde este iniial alimentat cu ntreg debitul de agent primar care iese din schimbtorul de cldur pentru nclzire. Cele dou aparate sunt deci iniial n serie, primul fiind schimbtorul pentru nclzire i apoi schimbtorul pentru ap cald. Pe msur ce temperaturile agentului termic primar scad, scade i temperatura sa la ieirea din schimbtorul de cldur pentru nclzire. La un moment dat, ea nu va mai putea asigura nclzirea apei calde pn la 55 - 60 oC. n acest moment este iniiat amestecul debitului de ap care iese din schimbtorul de cldur pentru nclzire cu un debit de ap din tur, care are o temperatur mai mare. Acest debit ocolete schimbtorul de cldur pentru nclzire. Amestecul apei fierbini care iese din schimbtorul de cldur pentru nclzire cu apa fierbinte care intr n punctul termic are ca scop meninerea temperaturii amestecului la 65 70 oC. Cu ct apa din tur este mai rece, cu att debitul necesar pentru asigurarea acestei temperaturi este mai mare, el atingnd la un moment dat circa 50 % din debitul de ap nominal care intr n punctul termic.

Din momentul n care se iniiaz amestecul, cele dou schimbtoare de cldur nu mai sunt n serie. Meninerea debitului total de ap la intrarea n punctul termic la valori apropiate de cea nominal necesit trecerea la schema paralel. Trecerea se poate face brusc, prin acionarea unor ventile de tip nchis deschis sau treptat, prin reducerea debitului de ap care se amestec concomitent cu creterea debitului de ap injectat cu care acesta se amestec. Astfel, o parte din ce n ce mai mic de debit care iese din schimbtorul de cldur pentru nclzire este utilizat dup amestec pentru prepararea apei calde.

Avantajul schemei o treapt cu injecie fa de schema dou trepte mixt este costul mai redus, investiia n unicul schimbtor de cldur fiind mai mic dect aceea aferent celor dou aparate. Domeniul de utilizare a schemei o treapt cu injecie este acelai cu cel valabil n cazul schemei dou trepte mixt.

Dimensionarea unui punct sau modul termic presupune stabilirea debitului maxim de agent termic primar i a suprafeelor de schimb de cldur pentru fiecare schimbtor aflat n schem. Calculul suprafeelor de schimb de cldur presupune cunoaterea sarcinii termice i a temperaturilor de intrare i de ieire ale celor doi ageni n regimul considerat cel mai puin favorabil, adic n regimul n care raportul ntre sarcina termic respectiv i diferena medie de temperatur ntre agenii termici este maxim.

n principiu, schimbtorul de cldur pentru nclzirea spaiilor se dimensioneaz pentru sarcina termic maxim, corespunztoare momentelor n care temperatura exterioar atinge valoarea ei convenional de calcul. Mrimea cererii de cldur pentru prepararea apei calde este i ea influenat de temperatura exterioar, n sensul c ea este maxim n regimul maxim de iarn i minim n regimul de var corespunztor celei mai mari valori a temperaturii exterioare. Temperaturile apei fierbini pe tur i pe retur sunt variabile n cursul anului i sunt influenate de sarcina termic relativ de nclzire. Ca urmare, raportul ntre sarcina termic i diferena medie de temperatur amintit mai sus poate atinge un maxim fie n regimul de var, fie n regimul maxim de iarna.

Schimbtorul sau schimbtoarele de cldur pentru prepararea apei calde se vor dimensiona pentru unul dintre aceste regimuri (regimul maxim de iarn) i se vor verifica pentru cellalt regim (regimul minim sau mediu de var). Ele se dimensioneaz pentru sarcina termic medie zilnic n cazul existenei unei capaciti de acumulare suficiente n raport cu variaiile zilnice sau pentru o sarcin termic mai mare, dac capacitatea disponibil de acumulare a cldurii nu este suficient. Este evident c n cazul a dou trepte de nclzire a apei calde, dimensionarea fiecreia dintre acestea mai necesit nc o condiie. Capacitatea disponibil de acumulare poate include capacitatea reelei termice primare, capacitatea reelei termice secundare de nclzire i capacitatea acumulatorului de ap cald instalat n punctul sau modulul termic.

n timpul iernii, livrarea cldurii ctre consumatorii de tip urban se poate face continuu constant de la surs, deoarece toate aceste capaciti au rolul de a aplatiza i compensa variaiile zilnice ale cererii de ap cald. Compensarea se poate face direct ntre nclzire i prepararea apei calde pe seama ineriei termice a cldirilor nclzite. Astfel, cnd cererea de ap cald crete peste valoarea medie zilnic, sarcina termic de nclzire este redus pentru a asigura sarcina termic mai mare pentru apa cald. La nclzirea cldirilor contribue o parte din cldura acumulat n masa acestora. Atunci cnd cererea de ap cald scade sub valoarea medie zilnic, surplusul de cldur este dirijat spre nclzire i acumulat de masa cldirilor. n timpul verii nu este disponibil pentru acumulare dect capacitatea reelei termice primare. Ea poate fi sau nu suficient pentru a prelua variaiile cererii de ap cald. Trebuie artat faptul c sistemele care nu au reea termic primar au de regul acumulatoare de ap cald instalate la sursa de cldur (centralele termice de cvartal).

Fiecare dintre cele cinci variante de schem de punct sau modul termic prezint avantaje i dezavantaje care decurg din configuraia respectiv. Astfel, toate variantele care au o treapt de nclzire a apei calde amplasat n paralel cu schimbtorul de cldur pentru nclzire consum un debit suplimentar de agent termic primar n comparaie cu debitul de agent termic primar aferent schimbtorului de cldur pentru nclzire (considerat debit de referin), cea ce constitue un dezavantaj. Cele dou schimbtoare de cldur sunt ns independente i nu se influeneaz reciproc, ceea ce constitue un avantaj.

Toate variantele de punct sau modul termic care au n componen o singur treapt de nclzire a apei calde, deci numai dou schimbtore de cldur n funciune, sunt mai ieftine, mai compacte i mai uor de exploatat. Dezavantajul lor const n faptul c, la aceeai sarcin termic real, ele necesit fie un consum mai mare de agent termic primar fie o temperatur de tur mai mare dect variantele cu dou trepte de nclzire a apei calde.

Amplasarea treptei sau treptelor de nclzire a apei calde n serie cu schimbtorul de cldur pentru nclzire are ca efect dependena aparatului din aval de aparatul din amonte, deoarece temperatura agentului primar care iese din primul schimbtor devine temperatura de intrare pentru al doilea schimbtor. Avantajul meninerii debitului de agent termic primar la valoarea de referin sau ct mai aproape de aceasta conduce la creterea diferenei de temperatur ntre tur i retur peste valoarea ei de referin. Creterea diferenei de temperatur se face n special pe seama creterii temperaturii pe tur, care nu poate fi orict de mare i din motive legate de comportarea n timp a materialului din care este construit conducta. Operarea unui astfel de punct sau modul termic, fie c este manual fie c este automat, se complic.

n cazul amplasrii n serie a schimbtorului sau schimbtoarelor de cldur aflate n componena unui punct sau modul termic, reducerea temperaturii agentului termic primar la intrarea n schimbtor poate fi compensat printr-o majorare a debitului acestuia. Un efect similar l are i amplasarea n paralel a celor dou aparate de schimb de cldur.

Prin urmare, dac coeficientul de structur a sarcinii termice totale a consumatorilor arondai (raportul ntre cererea medie de cldur pentru prepararea apei calde i cererea maxim de cldur pentru nclzire) este mare, sunt recomandabile variantele de punct sau modul termic n care prepararea apei calde se face numai n sau i n paralel cu nclzirea.

Un debit de agent termic primar mai mare nseamn att un cost mai mare al reelei termice primare (datorat dimensiunilor mai mari ale conductelor i schimbtoarelor de cldur), ct i un consum mai mare de energie de pompare a agentului termic. O temperatur mai mare pe turul reelei primare are de regul consecine negative asupra performanelor sistemului de alimentare cu cldur prin creterea pierderilor de cldur pe conducta de tur, prin creterea grosimii izolaiei termice a acesteia, prin scderea indicelui de cogenerare realizat la sursa de cldur sau prin reducerea cantitii de cldur recuperate pentru cogenerare.

Un alt aspect care trebuie avut n vedere la alegerea unei anumite variante de schem de punct sau modul termic este comportarea acestuia la alte regimuri de funcionare dect cel de dimensionare i deci la reacia sa la o anumit concepie i o anumit metod de reglare a sarcinii termice.

Automatizarea punctelor termice din sistemele bitubulare nchise de ap fierbinte se face pornind de la modalitatea aplicat pentru reglajul cantitii de cldur livrate consumatorilor n sistemele de alimentare centralizat. Deoarece sarcina termic total este de regul eterogen, incluznd componente diferite (nclzire, ventilaie, ap cald), soluia recomandat este reglarea la toate nivelurile (centralizat, semicentralizat i local).

n Romnia, nainte de 1990, reglarea se fcea practic numai la surs, deoarece cantitatea de cldur pus la dispoziia consumatorilor era mai mic dect cererea. n aceste condiii, consumatorii nu erau interesai de posibilitatea reglrii locale. n prezent, datorit creterii preului cldurii, consumatorii sunt foarte interesai de aceast posibilitate iar furnizorii care nu o asigur sunt n pericolul de a-i pierde clienii prin debranare. Pentru a putea pstra consumatorii nc racordai la reeaua termic, concepia de reglare a sarcinii termice n sistemele de alimentare centralizat cu cldur trebuie s se plieze n orice moment pe cererea efectiv a consumatorilor. Reglajul local pe aparatele consumatoare este un reglaj prin variaia debitului de agent primar. Celelalte nivele de reglare (centralizat i semicentralizat) trebuie s adapteze buna funcionare a sistemului n ansamblul su la modificrile de debit rezultate prin aciunea fiecruia dintre consumatorii interconectai.

Alegerea impulsului de baz pentru reglarea n punctul sau modulul termic depinde de tipul i regimul de funcionare a instalaiei consumatoare. Pentru apa cald de consum se alege, n general, temperatura apei pe turul spre consumatori, dup prenclzitor n sistemele nchise sau dup dispozitivele de amestec n sistemele deschise. Pentru reglarea local a instalaiilor de nclzire este posibil folosirea separat sau combinat a impulsurilor de temperatur interioar a ncperilor nclzite (luat separat sau mediat), de temperatura interioar a unei ncperi considerat etalon sau din instalaia care modeleaz regimul termic interior al incintelor nclzite, de temperatura exterioar, de vitez a vntului i de intensitate a radiaiei solare.

Toate aceste variante sunt subsumate dorinei consumatorilor exprimat prin modificarea debitelor prin fiecare aparat consumator de nclzire. Prin urmare, la nivelul punctului sau modulului termic se poate lua n considerare doar temperatura pe returul circuitului secundar, n funcie de care se poare regla debitul de agent termic secundar (debitul se reduce cnd temperatura respectiv crete i se majoreaz cnd temperatura respectiv scade). Indiferent de concepia reglajului, el trebuie s evite situaiile n care oscilaiile datorate regulatoarelor de debit sunt permanente sau se amortizeaz greu.

3. Funcionarea sistemelor de alimentare centralizat cu cldur.

3.1 Reglarea regimurilor termice n sistemele de alimentare cu cldur.

Consumurile sau cererile de cldur componente ale sarcinii termice urbane, fie c sunt nsumate fie c sunt luate separat, indiferent de scopul lor, sunt variabile n timp (pe parcursul unei ore, al unei zile, al unei sptmni, al unui sezon sau al unui an). Astfel, sarcina termic total pe care sursa de cldur a unui sistem de alimentare centralizat a consumatorilor de tip urban o livreaz la gardul centralei variaz pe parcursul unui an calendaristic de la 100 % la circa 15%. Aceast sarcin termic este determinat de cererea de cldur agregat a consumatorilor, care include cldur pentru nclzire, cldur pentru prepararea apei calde i pierderile de cldur pe reeaua termic. ntr-un astfel de sistem se pune problema modului n care sursa de cldur asigur variaia sarcinii termice transmise consumatorilor prin intermediul reelei termice.

Modificarea sarcinii termice transferate unui consumator de cldur se poate obine n general prin modificarea duratei de alimentare cu cldur, a debitului de agent termic primar i a diferenei de temperatur ntre intrarea i ieirea agentului termic din aparatul consumator. Modificarea sarcinii termice transferate consumatorului trebuie s asigure condiiile cerute privind buna desfurare a procesului de consum. Trebuie precizat faptul c muli consumatori de cldur sunt n realitate sau pot fi asimilai din punct de vedere al comportrii lor cu un schimbtor de cldur prin suprafa.

Variaia perioadei de alimentare cu cldur a aparatului consumator nseamn reglaj prin intermiten (prin porniri i opriri succesive). Utilizarea acestei metode local (direct la aparatul consumator) este posibil practic i uor de implementat. La aplicarea ei n mod centralizat apar dificulti din cauz c momentul i durata opririlor trebuie s satisfac simultan toi consumatorii racordai. Reglarea centralizat prin intermiten este de asemenea neconvenabil pentru sursa de cldur.

n cazul consumurilor tehnologice, temperaturile agentului termic sunt de regul constante, deoarece procesele se desfoar n mod continuu i constant. n aceste cazuri reglarea cantitii de cldur consumat se face numai prin variaia debitului de agent termic primar.

n cazul consumurilor de cldur pentru asigurarea condiiilor de lucru, de locuit sau de odihn n interiorul unor incinte (cldiri), reglarea cantitii de cldur se face fie numai prin variaia temperaturii pe tur, fie numai prin variaia debitului de agent termic, fie prin variaia simultan a temperaturii i a debitului. Aceste metode de reglare sunt determinate de natura consumului i de condiiile sau restriciile impuse de consumatori. Pentru un schimbtor de cldur, modificarea temperaturii pe turul agentului termic primar determin i o modificare a temperaturii pe returul acestuia, deci o modificare a diferenei de temperatur tur retur. Modificarea temperaturii pe retur depinde i de sarcina termic a aparatului i constitue rspunsul acestuia la modificarea temperaturii pe turul agentului termic primar.

Variaia debitului de agent termic, att n circuitul primar ct i n circuitul secundar de nclzire, presupune modificarea regimurilor hidraulice (de presiune) ale agentului termic n ntreg circuitul respectiv. La stabilirea sau definirea acestor regimuri trebuie avute n vedere nlimile geodezice de amplasare a consumatorilor, rezistenele hidraulice asociate aparatelor consumatoare i pericolul dereglrii hidraulice (modificarea necorespunztoare a repartiiei debitelor de agent termic destinate fiecrui consumator).

Reglarea sarcinii termice transmise consumatorilor se poate face n mod centralizat (la sursa de cldur, n mod semicentralizat (la punctul sau modulul termic) sau n mod local (la fiecare aparat consumator). Reglarea prin variaia debitului de agent termic se poate face n mod centralizat (la sursa de cldur), semicentralizat (la punctele termice) i local (la aparatele consumatoare). Variaia n ambele sensuri a temperaturii pe tur se poate obine numai la sursa de cldur. La nivelul unui punct sau modul termic se poate obine fie reducerea temperaturii pe turul agentului termic primar fie majorarea temperaturii pe returul acestuia prin amestecul ntre tur i retur. La intrarea n aparatul consumator singura modalitate de reglare a sarcinii termice este modificarea debitului de agent termic.

n principiu, variaia sarcinii termice transmise de la surs la consumatori n sistemele de alimentare cu cldur sub form de ap fierbinte se pot realiza tehnic aplicnd trei metode (moduri) de reglare distincte.

Reglarea pur calitativ const n modificarea cantitii de cldur livrate consumatorilor prin variaia temperaturii agentului termic la intrarea n aparatul consumator i pstrarea constant a debitului su. Aceast modalitate de reglare se aplic numai n mod centralizat, deoarece variaia temperaturii agentului termic n ambele sensuri se poate face numai la sursa de cldur. Ea se aplic n funcie de natura i caracteristicile consumului de cldur i de modul de racordare al consumatorilor respectivi la reeaua de ap fierbinte, n condiiile i cu limitrile prezentate mai sus.

Reglarea pur cantitativ const n modificarea cantitii de cldur livrate consumatorilor prin variaia debitului de agent termic i meninerea constant a temperaturii acestuia la intrarea n aparatul consumator. Aceast metod de reglare se poate aplica la orice nivel (centralizat, semicentralizat sau local), cu unele limitri determinate de regimurile hidraulice necorespunztoare care pot aprea.

Astfel, reducerea debitului de ap n circuitul secundar de nclzire determin modificarea necorespunztoare a distribuiei agentului termic pe vertical, ntre aparatele consumatoare aflate la etaje (nlimi) diferite. Cu ct este mai mic pierderea de presiune din instalaiile consumatoare n condiiile de calcul nominale i mai mare diferena de nivel ntre acestea, cu att crete efectul dereglrii gravitaionale pe vertical.

Pentru evitarea acestui fenomen i reducerea sa la minim, n cazul aplicrii locale a reglrii cantitative pe fiecare aparat consumator sau pe grupe de aparate aflate la acelai nivel geodezic, se recomand utilizarea n acest scop a robinetelor de reglaj speciale, care introduc o rezisten hidraulic local corespunztoare i compenseaz astfel reducerea pierderilor de presiune determinate de reducerea debitului.

Reducerea debitului de ap vehiculat n circuitul primar sau n cel secundar de nclzire permite reducerea consumului de energie electric pentru antrenarea pompelor de reea fa de reglarea calitativ.

Reglarea calitativ-cantitativ (mixt) const n modificarea cantitii de cldur livrate consumatorilor prin variaia simultan a debitului i a temperaturii agentului termic. Variaia celor doi parametri poate avea loc continuu sau n trepte, n funcie de posibilitile tehnice (numrul i tipul pompelor care asigur vehicularea apei fierbini) i de efectele att asupra consumatorilor ct i asupra sursei de cldur. Reglarea mixt reprezint un compromis care permite respectarea tuturor restriciilor menionate mai sus pentru cele dou moduri de reglare amintite.

Cele trei metode de reglare prezentate mai sus, se pot aplica n cursul anului singular sau combinat, pentru diversele perioade caracteristice de variaie a consumului agregat de cldur. n sistemele de alimentare cu cldur, reglarea regimului termic nseamn prestabilirea n orice moment al anului a valorilor debitelor i temperaturilor agentului termic n diversele puncte caracteristice ale sistemului, de la aparatele consumatoare pn la sursa sau sursele de cldur.

n realitate, reglajul sarcinii termice urbane se realizeaz printr-un compromis ntre cele dou moduri pure de reglare, cantitativ i calitativ. Prin urmare, reglajul mixt este n realitate singura metod care permite obinerea unor rezultate bune pe ntreaga perioad a unui ciclu anual de funcionare i pentru consumatorii de tip urban sau cei asimilai lor. Acest lucru este determinat n primul rnd de cele dou perioade caracteristice acestor consumatori i anume perioada rece (iarna) i perioada cald a anului (vara). Diferena ntre ele const n compoziia sarcinii termice totale. Iarna aceasta include cldur pentru nclzire, cldur pentru prepararea apei calde i pierderile de cldur pe reeaua termic. Vara ea include numai cldur pentru prepararea apei calde i pierderile de cldur pe reeaua termic.

Din acest motiv regimul termic al agentului termic din circuitul primar este variabil n timpul iernii, fiind legat de temperatura exterioar medie zilnic, i constant n timpul verii, cnd trebuie asigurat doar temperatura apei calde de 60 oC. De regul, n perioada rece a anului, regimul termic al agentului termic primar este influenat n primul rnd de nclzire, n timp ce n perioada cald a anului el este influenat numai de prepararea apei calde.

Astfel, n cazul n care s-ar alege modul de reglare pur calitativ, debitul de ap fierbinte care asigur transportul sarcinii termice maxime totale n timpul iernii ar trebui s asigure i transportul a circa 15 % din aceast sarcin n timpul verii, cu condiia ca temperatura pe tur s fie cel puin egal cu 70 oC. Dac gradientul de temperatur tur retur este egal cu 50 grade n regimul maxim de iarn, vara el ar trebui s fie egal cu 7 8 grade, ceea ce este iraional. Prin urmare, vara debitul de agent termic trebuie s fie mai mic dect cel utilizat iarna, reglarea nemaifiind n acest caz pur calitativ. O situaie similar apare i n cazul n care s-ar dori aplicarea reglajului pur cantitativ.

n realitate, se poate vorbi despre metode diferite aplicate pentru reglajul sarcinii termice doar n perioada iernii i n legtur cu sarcina termic pentru nclzire. n perioada de var, regimul termic este constant iar variaiile mrimii sarcinii termice pentru prepararea apei calde se asigur prin variaia debitului de agent. Amplitudinea acestor variaii este cu att mai mic cu ct capacitatea de acumulare disponibil este mai mare.

Pentru a avea o imagine mai simpl a modului n care diferitele metode de reglare a sarcinii termice livrate modific regimul de temperaturi al agenilor termici, n cele ce urmeazse prezint cazul unui sistem de alimentare cu cldur compus dintr-o surs, o reea termic bitubular avnd ambele componente (primar i secundar) i un consumator de cldur pentru nclzire. n aceast situaie, punctul sau modulul termic aflat ntre reeaua primar i reeaua secundar include numai un singur schimbtor de cldur i are deci o singur variant de schem, pe care o putem defini ca fiind varianta de referin.

Componenta consumului de cldur pentru preparea apei calde, care exist n realitate n cazul marii majoriti a consumatorilor, este diferit din punct de vedere al modului de variaie n timp i al cerinelor privind regimul termic. Din acest motiv ea poate fi considerat ca o complicaie care nu afecteaz ns n mod semnificativ regimul de temperatur din circuitele primar i secundar. Cererea de cldur pentru nclzire este aceea care are cea mai mare influen asupra temperaturilor agenilor termici. Prin urmare, evidenierea acestei influene n mod separat d o imagine mai simpl i mai uor de neles privind modul n care tipul de reglare a sarcinii termice influeneaz nivelul i modul de variaie al temperaturilor agenilor termici.

Pentru a defini modalitatea de reglare a sarcinii termice exist o infinitate de soluii (analitice, grafice, numerice, etc). n cele ce urmeaz se va prezenta una singur, propus acum circa 40 de ani de un autor sovietic. Soluia propus este simpl i convenabil, chiar elegant din punct de vedere matematic, ns trebuie subliniat faptul c nu este singura posibil i disponibil. Modul de definire a tipului de reglaj propus de autorul sovietic este urmtorul :

n relaia de mai sus, C este capacitatea caloric a debitului de agent termic la un moment dat, egal cu produsul ntre debitul masic i cldura specific masic a agentului termic, Cmax este valoarea maxim a capacitii calorice, Q este sarcina termic pentru nclzirea spaiilor la un moment dat iar Qmax este valoarea maxim a sarcinii termice respective, care corespunde temperaturii exterioare convenionale de calcul. n principiu, coeficientul de reglaj r ia valori de la 0 la infinit. Valoarea r = 0 caracterizeaz reglajul pur calitativ iar valorile r > 0 caracterizeaz reglajul mixt. Reglajul pur cantitativ nu poate fi definit n acest fel, deoarece relaia de definiie nu include temperaturile n mod explicit. Relaia ntre cele dou mrimi relative este deci o funcie continu de tipul ax, iar n realitate ea ar putea fi oricare alt tip de funcie continu sau nu, ar putea fi o variaie n trepte, etc.

Regimul termic de dimensionare este caracterizat prin temperaturile 130/80 oC pe circuitul primar i respectiv 90/70 oC pe circuitul secundar. De asemenea, nu s-au luat n considerare pierderile de cldur pe conductele din circuitul secundar. Cldura specific masic a apei a fost considerat constant pe domeniul de variaie al temperaturilor apei, astfel nct capacitatea caloric relativ este considerat egal cu debitul relativ de agent termic.Calculul a luat n considerare n mod simplificat i efectul reducerii debitului i deci a vitezei agentului termic asupra coeficientului global de schimb de cldur. Pentru consumatorul final de cldur (elementul de nclzire, radiatorul, caloriferul, registrul de evi, etc) a fost luat n considerare i efectul modificrilor temperaturilor asupra coeficientului su global de schimb de cldur, dat fiind faptul c schimbul de cldur predominant n acest caz se realizeaz prin convecie natural.

Tabelele 3.1 3.4.conin valorile temperaturilor i debitelor relative pe circuitul primar i respectiv pe circuitul secundar al reelei termice, pentru mai multe valori ale coeficientului de reglaj, acelai ambele circuite. Calculul nu se caracterizeaz printr-o precizie deosebit, ns permite evidenierea tendinelor regimului termic n cele dou circuite. Este evident faptul c aceste valori sunt corespunztoare numai perioadei de iarn, care n Romnia dureaz ntre 5 i 7 luni pe an. Aceste valori nu au nici o relevan pentru perioada de var, a crei durat este cuprins ntre 7 i 5 luni.. Valoarea coeficientului de reglaj este cuprins n intervalul 0 1,5. Un studiu mai amnunit ar fi necesitat i studierea unor situaii n care coeficientul de reglaj ia valori diferite n cele dou circuite, ns numrul variantelor astfel definite ar fi devenit exagerat de mare i concluziile care decurg din acest exemplu de calcul ar fi fost mult diluate. Tabelul 3.1 Valorile temperaturilor i debitelor agenilor termici n cazul n care coeficientul de reglare r = 0,0. Sarcina termic relativCircuitul primar al SCAC.Circuitul secundar al SAC.

Temperatura agent termicDebit relativTemperatura agent termicDebit relativ

TurReturTurRetur

0,247,937,91,039,935,91,0

0,359,344,31,047,341,31,0

0,470,150,11,054,146,11,0

0,580,555,51,060,550,51,0

0,690,860,81,066,854,81,0