CONFORTUL TERMIC IN INCAPERILE INCALZITE

Caracterul cladirilor si incaperilor incalzite,scopul si modul de utilizare a acestora sunt foarte diferite.

Cerintele termice si de umiditate pentru interiorul acestora sunt, de asemenea,diferite.Aceste cerinte sunt stabilite fiecare, pornind de la cerintele asigurarii senzatiei de confort termic uman al utilizatorilor acestor cladiri, sau de la necesitatea asigurarii parametrilor interiori termici si de umiditate in conformitate cu activitatile efectuate, a duratei de viata a constructiei, a instalatiilor, a eventualelor procese tehnologice.

Sensul confortului termic

Sensul definirii confortului ca si confort interior, este de a stabili parametrii mediului interior pentru a reflecta multumirea omului fata de acesta.

Confortul uman in ambianta interioara a cladirii, este definit prin urmatoarele componente ale acesteia :

• Temperatura, umiditatea si viteza aerului,

• Calitatea aerului interior,

• Factorii acustici

• Alti factori.

Valoarile parametrilor din interiorul cladirii, respectiv din interiorul incaperii,depind de debitul agentilor nocivi din spatiu. Agentii nocivi pot avea ori caracter energetic (aporturi de caldura, pierderi de caldura), ori caracter material (solid, lichid,gazos).

Bilantul termic uman si cerintele termice de confort

In fiecare corp uman au loc procese biochimice. Productia de energie este unrezultat al acestor procese. O parte a energiei corpului uman se transmite mediului, sub forma de caldura, si o alta parte este folosita in scopul efectuarii de lucru mecanic. Pentru procesele biochimice este necesar oxigen. Cantitatea de oxigen consumat depinde de intensitatea activitatii realizate. O persoana adulta medie in repaus consuma in jur la 15 m3/h de oxigen si produce o putere termica de aproximativ 88 W.

Clasificarea activitatilor fizice

Activitatile fizice au fost clasificate pe baza consumului de oxigen in urmatoarelecategorii :

1

• Activitati fizice usoare: acele activitati la care consumul de oxigen al unei persoane adulte nu depaseste multiplul de doi din consumul in repaus, respectiv pana la 30 m3/h iar fluxul de caldura produs de organism nu depaseste 175 W.

• Activitati fizicecu un grad mediu de dificultate: activitati, la care consumul de oxigen se afla intre multiplii 2-4 din consumul in repaus, respectiv intre 30-60 m3/h iar fluxul de caldura produs de organism va fi intre 175-350 W.

Activitati fizice dificile: activitati la care consumul de oxigen este un multiplu de 4-8 din consumul in repaus, respectiv 30-60 m3/h si fluxul de caldura produs de organism se incadreaza intre 350-750 W

Conditia pentru a se asigura confortul termic uman intr-o incapere data este de a asigura echilibrul termic al organismului uman in vederea pastrarii temperaturii acestuia.

Transferul de caldura intre om si mediul inconjurator se realizeaza prin :

• Conventie si conductie (42-44%)

• Radiatie (32-35%)

• Evaporare (21-26%)

Alte premize ale unui confort termic sunt : suprafata corpului uman sa fie uscata si sa se elimine posibilitatile de creere a disconfortului termic local,datorat :

• Radiatiei termice asimetrice

• Gradientului de temperatura a aerului pe verticala

• Miscarii aerului

• Umiditatii aerului

2

Radiatiile termice asimetrice in spatiu sunt cauzate de temperaturi ale suprafetei net mai scazuta ale unor elemente de constructii (geamuri, pereti exteriori), pozitionarea sistemelor de incalzire si tehnologice. Valorile recomandate pentru radiatiile termice asimetrice, in timpul activitatilor usoare, conform cu ISO 7730, sunt urmatoarele:

Temperatura radiatiilor asimetrice cauzata de structurile verticale < 10 ºC, Temperatura radiatiilor asimetrice ale tavanelor calde <5ºC.

Gradientul de temperatura a aerului pe verticala : in general, temperatura aerului interior in spatiile incalzite nu este constanta pe verticala de la pardoseala pana la limita de sus, valoarea sa crescand o data cu inaltimea. In cazul unui gradient termic exagerat, se poate crea un disconfort termic local ; de aceea ISO 7730 recomanda un gradient termic mai mic de 3 K pentru o activitate usoara la o inaltime intre 1,1 m si 0,1 m de la pardoseala.

Miscarea excesiva a aerului interior, poate cauza un disconfort termic local. ISO7730 recomanda urmatoarele viteze maxime ale aerului :

Activitatea usoara in sezonul care necesita incalzire iar temperatura interioara 20-24 °C -sub 0,15 m/s

Activitatea usoara in sezonul de vara si temperatura interioara finala 23-26°C sub 0,25 m/s.

O evaporare optima a apei de la organismul uman, la mediul interior al cladirii, este o conditie necesara a confortului termic. De asemenea pentru satisfacerea cerintelor de confort termic, in general este acceptata o umiditate relativa intre 30-70%.

Valoarea umiditatii relative optime variaza in conformitate cu diferiti parametri, de ex..temperatura aerului, sau activitatea fizica. Nivelul optim al umiditatii relative, minime si maxime este posibil de determinat functie de presiunea partiala a vaporilor de apa din aer intre 700 Pa (nivel minim) si 1850 Pa (nivel maxim).

Determinarea parametrilor termici interiori,in mai multe tari din lume, se bazeaza pe metode care exprima calitatea climatului interior prin variatia valorilor PMV si PPD. Aceste valori fac posibil sa se defineasca in general cerintele climatului termic interior, daca cunoastem concret parametrii care contribuie la realizeaza schimbului de caldura intre un om si mediul sau inconjurator. Factorul PPD exprima in %, o valoare admisa de nemultumiti de o stare a parametrilor termici interiori. Factorul PMV exprima senzatiile termice asteptate privind mediul interior. Calitatea confortului termic, functie de valoarea factorilor PMV si PPD, o putem aprecia in functie de cele trei categorii de cerinte termice de confort (A, B si C)

3

Tab. 1 Valorile factorilor PPD si PMV pentru categoriile A, B si C,de cerinte interioare

Pentru un spatiu interior se definesc temperatura interioara operativa ca o medie aritmetica intre temperatura aerului interior si temperaturii medie de radiatie si temperatura interioara de calcul care este temperatura rezultanta in mijlocul unei incaperi incalzite (la o inaltime de 0,6-1,6 m), fiind folosita cu scopul de a calcula pierderile de caldura la proiectare.

Temperaturile interioare operative si temperaturile interioare de calcul pentru diferitespatii si activitati, in perioada de iarna, conform STN EN 12831 sunt prezentate in continuare :

Tab. 2 Temperaturile interioare operative si temperaturile interioare de calcul pentru asigurarea confortului termic:

Evaluarea starii mediului termic interior

Temperatura aerului in spatiile ocupate de oameni, in scopul aprecierii starii termice interioare, se masoara in general la inaltimea de 1,5 m deasupra pardoselii

In cazul miscarii neglijabile a aerului si daca temperaturile suprafetelor anvelopei se apropie de temperatura aerului, aceasta masuratoare ofera o informatie suficient de precisa pentru

4

starea mediului termic interior (diferenta dintre temperatura aerului si temperatura operativa este mica).

Pentru masurarea temperaturii interioare a aerului se foloseste termometrul cu mercur , iar pentru extinderea masurarii acesteia, pot fi folosite termometrele cu rezistente si termoelectrice. La termometre pot fi adaugate inregistrari ale valorilor masurate, si echipamente de procesare. Senzorul termometrului este in mod necesar protejat impotriva influentei efectelor radiatiilor de inalta temperatura din zonele inconjuratoare si a vitezei ridicate a aerului (peste 0,1 m/s). Pentru determinarea umiditatii si a celorlalti parametri ai aerului poate fi utilizat Psihrometrul cu aspiratie Assmann

Temperatura operativa,care reprezinta un efect complex al temperaturii aerului si al temperaturilor suprafetelor inconjuratoare, se poate determina astfel :

• Prin montarea elementelor necesare in scopul masurarii directe a acesteia,

• Prin calculul acesteia functie de temperatura medie de radiatie a suprafetelor inconjuratoare si de temperatura aerului din incapere prin utilizarea urmatoarei relatii

unde:

hc - coeficientul de transfer termic superficial (W/(m2.K))

hr - coeficientulde transfer termic prin radiatie (W/(m2.K))

.ai - temperatura aerului interior (°C)

.r,m- temperatura medie de radiatie (°C)

In cazul temperaturii medii de radiatie aflate sub 50 ºC si daca aerul nu depaseste viteza de 0,2 m/s, temperatura operativa poate fi inlocuita cu temperature operativa masurata de termometrul cu glob Vernon-Jokl

Temperatura medie de radiatie se determina cu relatia

unde:

5

.si,j – temperatura suprafetei interioare a structurii j (°C)

A j - aria structurii j (m2)

METODE DE DETERMINARE A EFECTULUI SIMULTAN SI COMPLEX AL FACTORILOR FIZICI CARE COMPUN CLIMA UNEI INCAPERI

1 METODA VAN ZUILEN

Pentru aprecierea marimii complexe care ets clima unei incaperi sunt propuneri diferite iar o relatie matematica empirica intre valorile ti , tmr , , vi , este reprezentata de ecuatia de confort a lui Van Zuilen:

Confortul sau nonconfortul termic se apreciaza pentru valori ale lui B cuprinse intre –3 … +3.

C–constanta egala cu -9.2 iarna si –10.6 vara; tmr –temperatura medie, in C a suprafe]elor delimitatoare ale incaperii; ti –temperatura medie in C a aerului interior; X –continutul absolut de apa al aerului incaperii, in grame pe apa pe kilogram de aer

uscat; Vi –viteza aerului, in m/s.

Diferitele valori se apreciaza astfel:

B = -3 mult prea rece; B = -2 prea rece; B = -1 confortabil de racoros; B = 0 confortabil; B = +1 confortabil de cald; B = +2 prea cald; B = +3 mult prea cald.

2 METODA TEMPERATURII EFECTIVE

Pentru evaluarea senzatiei termice simtita de organism sa stabilit un indicator global denumit temperatura efectiva,a carui principiu de baza se refera la faptul ca diferite ambiante termice, cu caracteristici fizice diferite, pot fi considerate ca echivalente daca produca aceeasi senzatie termica.

Temperatura efectiva se poate defini ca un indice relativ de caldura perceput de corpul omenesc ca rezultat al efectului combinat al temperaturii, umiditatii si vitezei de miscare a aerului si uneori a temperaturii medii a suprafetelor delimitatoare, tmr . C=nd se ia in considerare si temperatura tmr se obtine un indice mai precis de temperatura efectiva si anume temperatura efectiva corectata.

6

Pentru a se ajunge la alcatuirea indicelui de temperatura efectiva, s-a observat ca la un anumit grad de confort sau disconfort termic, factorii fizici de mediu, pot fiecare in parte sa varieze in anumite limite si totusi efectul lor combinat sa ramana acelasi. Toate aceste combina]ii ale factorilor de microclimat, care la majoritatea persoanelor produc aceesi senzatie termica de confort, se numesc conditii echivalente si sunt adoptate ca valori de temperatura efectiva. Pe baza unui numar foarte mare de experiente, in care s-a apreciat senzatia termica resimtita la diferiti subiecti expusi la diferite microclimate conventionale, au fost alcatuite tabele si nomograme de temperatura efectiva, in care senzatia termica se apreciaza in grade temperatura efectiva (TEo).

Determinarea temperaturii efective

Pentru stabilirea temperaturii efective se determina umiditatea relativa, , a aerului prin metoda psihrometrica, temperaturile t si t’ , indicate de termometrul uscat, respectiv umed al psihrometrului, viteza vi , a aerului prin metoda catatermometrica.

Valorile obtinute pentru, , vi , t si t’, se introduc in tabelele de calcul pentru temperatura efectiva sau in grafice de calcul pentru temperatura efectiva -nomograme

Superioritatea metodei temperaturii efective fata de metodele fizice, consta in faptul ca aprecierea ambiantei termice se face pe baza unui indice fiziologic, e drept subiectiv, al organismului.

7

Principalele dezavantaje ale metodei sunt:

punctul de plecare al experientelor este artificial; determinarile au fost facute pe subiecti si n\to[i cu imbracaminte obisnuita si in repaus –deci datele obtinute nu sunt aplicabile la alte coditii; nu tine seama de radiatiile termice sau, altfel spus, de temperatura medie tmr a

suprafe]elor delimitatoare.

Se pot introduce insa in calcule si radiatiile termice, integrandu-se temperatura peretilor si a podelei in temperatura aerului interior, rezultatul ob]inut –temperatura efectiva corectata–citindu-se tot pe nomograma pentru temperatura efectiva.

DETERMINAREA NECESARULUI DE CALDURA PENTRU ÎNCALZIRE

Necesarul de caldura, Q, exprimat în W, al unei încaperi se calculeaza cu relatia:

Qt –flux termic cedat prin transmisie, considerat în regim termic stationar, corespunzator diferentei de temperatura între interiorul si exteriorul elementelor de constructie care delimiteaza încaperea [W].

Qi –sarcina termica pentru încalzirea de la temperatura exterioara conventionala de calcul a aerului infiltrat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor si a aerului patruns la deschiderea acestora [W].

Ao –Adaosul pentru orientare; Ac –Adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci;

Fluxul termic cedat prin transmisie

m – coeficient de masivitate termica a elementelor de constructie exterioare; A – aria suprafetei fiecarui element de constructie, determinata conform STAS

6472/3

[m2];

.i – temperatura interioara conventionala de calcul, conform SR 1907 – 2 [0C];

8

.e – temperatura spatiilor exterioare încaperii considerate, [oC], care se ia dupa caz: temperatura exterioara conventionala de calcul , conform anexei la prezentul

standard temperatura interioara conventionala de calcul pentru încaperile alaturate,

conform

SR 1907-2;

R’- rezistenta termica specifica corectata a elementului de constructie considerat ,

stabilita conform STAS 6472/3, [m2K/W];

Qs- fluxul termic cedat prin sol [W]; C M- coeficient de corectie al necesarului de caldura de calcul functie de masa

specifica a constructiei.

Coeficientul de masivitate termica a elementelor de constructie exterioare se calculeaza cu relatia

m = 1,225 –0,05 D

D –indicele inertiei termice a elementului de constructie, calculat conform STAS 6472/3.

Pentru elementele de constructie cu D>4.5, se consideram = 1 ; pentru tâmplaria exterioara se considera D = 0,5; pentru elementele de constructie în contact cu solul precum si planseele peste subsolurile neîncalzite se considera m = 1

Fluxul termic cedat prin sol, Qs, [W],

9

Ap –aria cumulata a pardoselii si a peretilor aflati sub nivelul terenului, [m2]; Abc –aria unei benzi cu latimea de 1 m situata de-a lungul conturului exterior al

suprafetei Ap, [m2]; Abcj –aria unei benzi cu latimea de 1 m situata de-a lungul conturului care

corespunde spatiului învecinat care are temperatura qi,[m2]; Rp –rezistenta termica specifica cumulata a pardoselii si a stratului de pamântcuprins

între pardoseala si adâncimea de 7 m de la cota terenului si stematizat, sau a stratului de apa freatica,[m2K/W];

Rbc –rezistenta termica specifica a benzii de contur la trecerea caldurii prin pardoseala si sol catre aerul exterior, [m 2K/W]

.i –temperatura interioara conventionala de calcul, [ 0C]; .e –temperatura exterioara conventionala de calcul, [ 0C]; .ej –temperatura interioara conventionala de calcul pentru încaperile alaturate, [ 0C]; .p –temperatura, fie în sol la adâncimea de 7 m de la cota terenului sistematizat, în

cazul inexistentei stratului de apa freatica, fie a stratului de apa freatica, [ 0C]; CM–coeficient de corectie; mS–coeficient de masivitate termica a solului; nS–coeficient de corectie care tine seama de conductivitatea termica a solului.

Ao -adaosul pentru orientare, în scopul diferentierii necesarului de caldura de calcul al încaperilor diferit expuse radiatiei solare;

Ac -adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci, în scopul corectarii bilantului termic al corpului omenesc în încaperile în care elementele de constructie cu rezistenta specifica redusa, favorizeaza intensificarea cedarii de caldura a corpului prin radiatie.

10

Adaosul pentru orientare, Ao, afecteaza numai fluxul termic cedat prin elementele de constructie ale încaperilor cu pereti exteriori supraterani si are valorile :

Adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci, Ac, afecteaza numai fluxul termic prin elementele de constructie ale încaperilor a caror rezistenta termica medie, Rm, nu depaseste 10 m2 K/W.

•At – aria suprafetei totale a încaperii (reprezentând suma tuturor suprafetelor

delimitatoare), [m2];

•.I , .e , C M si Qt – au semnificatiile anterioare.

Exceptii:

Adaosul de compensare nu se acorda urmatoarelor încaperi:

-În care oamenii poarta îmbracaminte de strada; -Încaperilor încalzite prin radiatie; -Încaperilor în care oamenii desfasoara o munca medie sau grea.

Adaosul de compensare se poate calcula cu relatia:

Sarcina termica pentru încalzirea de la temperatura exterioara la temperatura interioara a aerului infiltrat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor si a aerului patruns la deschiderea acestora Qi, se determina ca valoarea maxima între sarcinile termice Q i1si Qi2[W], în care:

Qi1-Sarcina termicapentru încalzirea de la temperatura exterioara conventionaa de calcul la temperatura interioara conventionala de calcul, a aerului infiltrat prln neetanseitatile usilor si ferestrelor si a aerului patruns la deschiderea acestora, determinata tinând seama de numarul de schimburi de aer necesar în încapere din conditii de confort fiziologiccu relatia:

11

Qi2-Sarcina termicapentru încalzirea de la temperatura exterioara conventionala de calcul la temperatura interioara conventionala de calcul, a aerului infiltrat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor si a celui patruns la deschiderea acestora, determinata de viteza conventionala a vântuluise calculeaza cu relatia:

nao-numarul de schimburi de aer necesar în încapere din conditii de confort fiziologic cp–caldura specifica la presiune constanta a aerului la temperatura e.i, [J/KgK];. –densitatea aerului la temperatura qi, [Kg/m3]; E –factor de corectie de înaltime; .isi .e–au semnificatiile anterioare; i –coeficient de infiltratie a aerului prin rosturi, ; L –lungimea rosturilor usilor si ferestrelor din fatadele supuse actiunii vântului, [m]; v –viteza conventionala a vântului de calcul, [m/s]; Qu –sarcina termica pentru încalzirea aerului patruns la deschiderea usilor

exterioare, [W].

Sarcina termica pentru încalzirea de la temperatura exterioara conventionala de calcul la temperatura interioara conventionala de calcul a aerului patruns la deschiderea usilor exterioare, QU,se calculeaza cu relatia:

Au –aria usilor exterioare care se deschid, [m2]; n –numarul deschiderilor usilor exterioare într-o ora, în functie de specificul cladirii; .i,.e,CM–au semnificatiile anterioare.

12

NECESARUL DE CALDURA PENTRU CLADIRI CU INERTIE TERMICA FOARTE MICA

Si in acest caz particular prescriptiile de calcul sunt stabilite de STAS1907/3/97 fiind aplicabile serelor simplu vitrate, rezultatele avand totusi un caracter provizoriu. Lipsa inertiei termice la astfel de constructii face ca influenta variatiei temperaturii exterioare, a radiatiei solare si a vantului asupra climatului interior sa fie nu numai puternica dar si foarte rapida. De aici necesitatea prevederii unor instalatii corect dimensionate si rapid adaptabile la fluctuatiile necesarului de caldura, valorile numerice ale coeficientilor care intra in relatiile de calcul avand un caracterprovizoriu pana la verificarea experimentala.

Astfel,necesarul de caldura al unei sere,Q,exprimat in wati se calculeaza cu relatia:

S –suprafata terenului pe care este amplasata sera, m2; SF–suprafata geamurilor, in m2; Kconv–coeficientul global de transfer termic prin convectie prinsuprafata vitrata, in

W/m20C ; ti–temperatura interioara de calcul impusa in 0C; te–temperatura exterioara conventionala de calcul, in 0C .

Coeficientul specific total de transfer termic prin convectie prin suprafata vitrata, Kconv, se determina cu relatia:

in care:

n –coeficient de etanseitate a serei; *PI*n –coeficient de penetratie, in KJ/Kg 0C ; KET–coeficient total de transfer termic prin convectie prin suprafata vitrata a serei,

considerata etansa, in W/m 20 C.

NECESARUL DE CALDURA PENTRU INCALZIRE

Factorul * * are expresia:

[KJ/Kg 0C] , in care:

ii, ie–entalpia aerului interior, respectiv exterior, in KJ/Kg 0C ;

Coeficientul KETde transfer termic prin convectie se calculeaza cu relatia:

13

in care:

*alfa* i, e–coeficienti de transfer termic prin convectie la suprafata interioara respectiv exterioara a suprafetei vitrate.

Coeficientul de etanseitate, n = 1,7 pentru sere etanse, respectiv n = 2 pentru sere neetanse. In ceea ce priveste coeficientul de penetratie*PI* n = 0,1 pentru sere etanse si respectiv *PI*n = 0,23 pentru sere neetanse.

Necesarul de caldura pentru incalzire in cazul cladirilor incalzite rar

In aceasta grupa de cladiri se includ unele monumente istorice, lacasuri de cult, muzee cu program nepermanent, sali de spectacol din camine culturale, cladiri in general cu masivitate termica mare. Aducerea acestor cladiri in regim termic normal ar necesita punerea in functie a instalatiei de incalzire cu multe ore inainte de inceperea programului de folosire, situatie neacceptabila din punct de vedere economic. In general se accepta in acest caz numai incalzirea unui strat interior, de grosime redusa a peretilor si acoperirea integrala a pierderilor de caldura prin ferestre si usi, elemente lipsite de inertie termica.

Calculul exact al transferului de caldura prin pereti fiind laborios datorita regimului nestationar, in practica se utilizeazi o relatie simplificata de calcul, nestandardizata, a necesarului de caldura pentru incalzire, Q :

in care:

SF–este suprafata ferestrelor exterioare, in m2; KF–coeficientul total de transfer termic prin fereastra :[W/m20C] SD–suprafata interioara a elementelor delimitatoare caracterizate de o anumita

inertie termica (pereti, plansee), in m2; ti–temperatura interioara de calcul, in 0C ; t0–temperatura interioara in momentul inceperii incalzirii, considerata practic 0 0C ; aD–coeficient echivalent de transfer termic, in [W/m20C]

Coeficientul, aD, se calculeaza cu relatia:

14

in care:

Z –timpul de preincalzire cu durata obisnuita de 3 –4 ore ; ?i–coeficient de convectie la suprafata interioara a elementelor de constructie

masive, in W/m2 0C ; ?–conductibilitatea termica medie a elementelor de inchidere cu masivitate

termica mare, in W/m2 0C ; ?.–densitatea medie a elementelor de inchidere cu masivitate termica mare, in

Kg/m3; c –caldura specifica medie a elementelor de inchidere cu masivitate termica mare, in

J/Kg 0C

Metode simplificate de calcul al necesarului de caldura pentru incalzire

Sunt cazuri cand necesarul de caldura pentru incalzire ca si pentru ventilare, preparare apa calda de consum sau necesitati tehnologice trebuie cunoscut inainte ca prin proiectare sa se fi stabilit exact acest lucru.

Pentru calculul aproximativ al necesarului de caldura pentru incalzire, Q , se pot folosi indici extrasi din proiectele anterioare. Rezultatele unui astfel de calcul sunt estimative si nu pot fi folosite pentru dimensionarea instalatiilor interioare de incalzire. Pentru aceste calcule se folosesc mai multe metode aproximative.

Metoda de calcul pe contur(STAS 1907/1,2-97) . Metoda se aplica la toata cladirea, considerata ca o singura incapere. Dintre adaosuri se ia in considerare numai cel pentru compensarea efectului suprafetelor reci, adaosul de orientare fiind compensat (adaosurile pozitive cu cele negative) pe intreaga cladire sau pentru ansamblul de cladiri.

Metoda caracteristicii termice de incalzire.Metoda utilizeaza pentru calculul necesarului de caldura orar caracteristica xiin W/m 30C, cu valori diferite de la cladire la cladire datorita volumului exterior al cladirilor, gradului de vitrare, grosimii si structurii elementelor de constructie, zonei climatice etc.

Datele necesare se obtin prin calcul sau prin masuratori directe la constructiile existente.

Pentru calculul necesarului nominal de caldura se utilizeaza relatia:

15

in care :

Ve–volumul exterior al cladirii, in m3; ti, te–temperatura interioara, respectiv exterioara de calcul, in 0C .

Tendinta actuala este de a micsora cantitatile de caldura pierdute prin transfer, prin imbunatatirea izolatiei termice la cladirile civile si industriale, utilizarea de noi materiale izolante, mai eficiente, cu cost mai redus, valorificarea la maximum a caldurii naturale.

Metoda indicilor specifici.Metoda are un grad mai mare de aproximare si consta in stabilirea unui indice pentru un apartanent mediu conventional, cu o suprafata locuibila de circa 60 m2(doua camere) si un volum de 170 m3.

Pentru stabilirea indicilor se folosesc proiectele de executie, masuratorile efective ale cantitatilor de caldura fiind mai dificil de efectuat. Se lucreaza in mod curent cu valori Qinc m.c= 4000 –5000 W. Metoda se foloseste la aprecierea cantitatii de caldura necesara pentru intocmirea de studii tehnico-economice si la studii de perspectiva privind alimentarea cu caldura.

Necesarul de caldura pentru cladiri cu inertie termica foarte mica

NECESARUL DE CALDURA PENTRU INCALZIRE

Si in acest caz particular prescriptiile de calcul sunt stabilite de STAS1907/3-97 fiind aplicabile serelor simplu vitrate, rezultatele avand totusi un caracter provizoriu. Lipsa inertiei termice la astfel de constructii face ca influenta variatiei temperaturii exterioare, a radiatiei solare si avantului asupra climatului interior sa fie nunumai puternica dar si foarte rapida. De aici necesitatea prevederii unor instalatii corect dimensionate si rapida adptabile la fluctuatiile necesarului de caldura, valorile numerice ale coeficientilor care intra in relatiile de calcul avand un caracter provizoriu pana la verificarea experimentala.

Astfel,necesarul de caldura al unei sere,Q,exprimat in wati se calculeaza cu relatia:

S –suprafata terenului pe care este amplasata sera, m2; SF–suprafata geamurilor, in m2; Kconv–coeficientul global de transfer termic prin convectie prinsuprafata vitrata, in

W/m20C ; ti–temperatura interioara de calcul impusa in 0C; te–temperatura exterioara conventionala de calcul, in 0C .

16

Coeficientul specific total de transfer termic prin convectie prin suprafata vitrata, Kconv, se determina cu relatia:

n –coeficient de etanseitate a serei; *PI*n –coeficient de penetratie, in KJ/Kg 0C ; KET–coeficient total de transfer termic prin convectie prin suprafata vitrata a serei,

considerata etansa, in W/m 20 C.

NECESARUL DE CALDURA PENTRU INCALZIRE

Factorul* * are expresia:

ii, ie–entalpia aerului interior, respectiv exterior, in KJ/Kg 0C ;

Coeficientul KETde transfer termic prin convectie se calculeaza cu relatia:

in care:[W/m2 0C]

*alfa*i, e–coeficienti de transfer termic prin convectie la suprafata interioara respectiv exterioara a suprafetei vitrate.

Coeficientul de etanseitate, n = 1,7 pentru sere etanse, respectiv n = 2 pentru sere neetanse. In ceea ce priveste coeficientul de penetratie*PI*n = 0,1 pentru sere etanse si respectiv *PI*n = 0,23 pentru sere neetanse.

Necesarul de caldura pentru incalzire in cazul cladirilor incalzite rar

In aceasta grupa de cladiri se includ unele monumente istorice, lacasuri de cult, muzee cu program nepermanent, sali de spectacol din camine culturale, cladiri in general cu masivitate termica mare. Aducerea acestor cladiri in regim termic normal ar necesita punerea in functie a instalatiei de incalzire cu multe ore inainte de inceperea programului de folosire, situatie neacceptabila din punct de vedere economic. In general se accepta in acest caz numai incalzirea unui strat interior, de grosime redusa a peretilor si acoperirea integrala a pierderilor de caldura prin ferestre si usi, elemente lipsite de inertie termica.

Calculul exact al transferului de caldura prin pereti fiind laborios datorita regimului nestationar, in practica se utilizeazi o relatie simplificata de calcul, nestandardizata, a necesarului de caldura pentru incalzire, Q :

17

in care:

SF–este suprafata ferestrelor exterioare, in m2; KF–coeficientul total de transfer termic prin fereastra :[W/m20C]

SD–suprafata interioara a elementelor delimitatoare caracterizate de o anumita inertie termica (pereti, plansee), in m2;

ti–temperatura interioara de calcul, in 0C ; t0–temperatura interioara in momentul inceperii incalzirii, considerata practic 0 0C ; aD–coeficient echivalent de transfer termic, in [W/m20C]

Coeficientul, aD, se calculeaza cu relatia:

in care:

Z –timpul de preincalzire cu durata obisnuita de 3 –4 ore ; ?i–coeficient de convectie la suprafata interioara a elementelor de constructie

masive, in W/m2 0C ; ?–conductibilitatea termica medie a elementelor de inchidere cu masivitate termica

mare, in W/m2 0C ; ?.–densitatea medie a elementelor de inchidere cu masivitate termica mare, in

Kg/m3; c –caldura specifica medie a elementelor de inchidere cu masivitate termica mare, in

J/Kg 0C .

Metode simplificate de calcul al necesarului de caldura pentru incalzire

Sunt cazuri cand necesarul de caldura pentru incalzire ca si pentru ventilare, preparare apa calda de consum sau necesitati tehnologice trebuie cunoscut inainte ca prin proiectare sa se fi stabilit exact acest lucru.

Pentru calculul aproximativ al necesarului de caldura pentru incalzire, Q , se pot folosi indici extrasi din proiectele anterioare. Rezultatele unui astfel de calcul sunt estimative si nu pot fi folosite pentru dimensionarea instalatiilor interioare de incalzire. Pentru aceste calcule se folosesc mai multe metode aproximative.

1 Metoda de calcul pe contur(STAS 1907/1,2-97) . Metoda se aplica la toata cladirea, considerata ca o singura incapere. Dintre adaosuri se ia in considerare numai cel pentru compensarea efectului suprafetelor reci, adaosul de orientare fiind compensat (adaosurile pozitive cu cele negative) pe intreaga cladire sau pentru ansamblul de cladiri.

18

2 Metoda caracteristicii termice de incalzire.Metoda utilizeaza pentru calculul necesarului de caldura orar caracteristica xiin W/m 30C, cu valori diferite de la cladire la cladire datorita volumului exterior al cladirilor, gradului de vitrare, grosimii si structurii elementelor de constructie, zonei climatice etc.Datele necesare se obtin prin calcul sau prin masuratori directe la constructiile existente.

Pentru calculul necesarului nominal de caldura se utilizeaza relatia:

in care :

Ve–volumul exterior al cladirii, in m3; ti, te–temperatura interioara, respectiv exterioara de calcul, in 0C .

Tendinta actuala este de a micsora cantitatile de caldura pierdute prin transfer, prin imbunatatirea izolatiei termice la cladirile civile si industriale, utilizarea de noi materiale izolante, mai eficiente, cu cost mai redus, valorificarea la maximum a caldurii naturale.

3 Metoda indicilor specifici.Metoda are un grad mai mare de aproximare si consta in stabilirea unui indice pentru un apartanent mediu conventional, cu o suprafata locuibila de circa 60 m2(doua camere) si un volum de 170 m3.

Pentru stabilirea indicilor se folosesc proiectele de executie, masuratorile efective ale cantitatilor de caldura fiind mai dificil de efectuat. Se lucreaza in mod curent cu valori Qinc m.c= 4000 –5000 W. Metoda se foloseste la aprecierea cantitatii de caldura necesara pentru intocmirea de studii tehnico-economice si la studii de perspectiva privind alimentarea cu caldura.

INCALZIREA LOCALAÎncalzirea locala este utilizata ca sistem de încalzire din cele mai vechi timpuri si pâna la aparitia încalzirii centrale. Acest sistem de încalzire este utilizat în totalitate în localitatile rurale si într-o proportie destul de mare si în orase.

19

Acest tip de instalatie de încalzire prezinta numeroase avantaje: cost de investitie redus, instalare rapida, încalzirea numai a spatiilor utilizate, posibilitatea utilizarii unor combustibili inferiori. Dar prezinta si dezavantaje: necesitatea prevederii cosurilor de fum, nu asigura o încalzire uniforma a spatiului încaperii, randament redus. Cu toate acestea, încalzirea locala reprezinta o optiune pentru multi beneficiari, mai ales din prisma aspectului economic.

Sistemele de încalzire locala se pot clasifica dupa mai multe criterii:

-modul de transfer al caldurii: sobe cu acumulare sau fara acumulare; -combustibilul utilizat: sobe cu cumbustibil solid, lichid sau gazos, energie electrica -natura materialului din care sunt confectionate: sobe din zidarie de teracota si

caramida, sobe metalice.

Cel mai simplu sistem de încalzire locala este încalzirea cu sobe, unde sursa termica si suprafata încalzitoare alcatuiesc un totunitar care încalzeste încaperea pe care o deserveste. Soba se monteaza in incaperea ce trebuie incalzita si cedeaza caldura eliberata prin arderea combustibililor sau in alt mod atat direct prin convectie catre aerul din incapere, cat si prin radiatie catre suprafetele inconjuratoare.

Aceasta metoda de incalzire este numita incalzire locala spre deosebire de incalzirea centrala, cand se incalzesc mai multe incaperi de la o singura sursa comuna, prin intermediul unui agent purtator de caldura.

Sobele sunt utilizate mai ales in incaperile care trebuie incalzite intermitent sau independent de incaperile invecinate. Sobele se deosebesc atat dupa materialul din care sunt construite (sobe de teracota sau metalice), cat si dupa felul sursei de energie utilizate: sobe cu combustibil solid, lichid sau gazos si sobe electrice.

SOBE PENTRU COMBUSTIBIL SOLID.

CONDITII DE BAZA.

20

Sobele pentru combustibil solid, pentru a fi utilizate ca aparate de incalzire, trebuie sa indeplineasca anumite cerinte tehnice si igienice si anume:

randament termic ridicat; posibilitatea unei reglari usoare; intretinere simpla si functionare curata; incalzire cat mai uniforma a spatiului, fara ca temperaturile prea ridicate ale

suprafetelor de incalzire sa devina suparatoare.

Randamentul termic este functie, in primul rand, de constructia sobei din punct de vedere al arderii, de alegerea combustibilului corespunzator precum si de intrebuintarea ingrijita a sobei. Trebuie astfel evitate neetan[eitatile de deasupra si de sub gratar. Prin neetanseitatile de deasupra gratarului se mareste excesul de aer de combustie si in consecinta caldura eliminata prin gazele arse. Odata cu cresterea volumului de gaze arse cre[te rezistenta aeraulica in canalele de fum ceea ce duce la o suprasolicitare a cosului.

Neetanseitatile de sub gratar influenteaza negativ reglajul arderii, in special cand este vorba de micsorarea focului. Deoarece perioadele de timp in care solicitarea termica mijlocie sau scazuta a sobelor sunt predominante, la sobele cu ardere continua, posibilitatea reglarii corecte este hotaratoare pentru consumul de combustibil. in aceasta idee organele de reglare trebuie sa se inchida etans si sa poata fi manevrate u[or.

Potrivit cu constructia sobei si cu temperatura suprafetelor ei cedarea de caldura prin radiatie si prin convectie se face in proportii diferite

SOBE CU COMBUSTIBIL SOLID CU ACUMULARE DE CALDURA

Acestea se realizeaza din elemente masive: zidarie de caramida sau placi de teracota sau de regula o combinatie intre ele, in forme geometrice exterioare simple (paralelipipedice) sau mai complicate.Sobele contin in interior un focar, sub acesta si separat de el printr-un gratar, un cenusar, prin care patrunde aerul de combustie si canale de fum,

Dimensionarea sobelor de teracota se face conform STAS 3607-72 in baza necesarului de caldura calculat conform STAS 1907-97.

Marimea suprafetei utile, S, a sobei de teracota, in ipoteza a doua focuri pe zi, rezulta din relatia:

S = 1,5 Q/q [m2]

in care:

Q –este necesarul de caldura orar al incaperii ;

q –fluxul termic unitar mediu, cu valoarea de 930 W/m2 .

21

SOBE FARA ACUMULARE DE CALDURA

Din aceasta categorie fac parte in general sobele metalice confectionate din tabla de otel, fonta sau combinatii de otel si fonta. De obicei soba se reduce la un focar cilindric sau paralelipipedic realizat din tabla, captu[it la interior in cazul folosirii combustibilului solid, cu elemente subtiri din material refractar.

COSURI SI CANALE DE FUM

Toate sistemele de incalzire locala, care ard combustibili trebuie sa fie racordate prin canale de fum la cosuri pentru evacuarea in atmosfera a gazelor arse. Executarea cosurilor se face din materiale rezistente la foc si la actiunea coroziva a fumului si a gazelor de ardere. Pe fetele dinspre exterior cosurile se executa din materiale rezistente si la intemperiile atmosferice.

Sectiunea de curgere a gazelor arse prin cos si canale de fum se determina in functie de consumul de combustibil cu relatia:

in care:

Gh–consumul orar de combustibil kg/h sau m3N/h ; Vg–volumul de gaze arse produs prin arderea a 1 kg de combustibil, in m3N/kg sau

m3N /m3N ; wg–viteza gazelor de ardere prin sectiunea de curgere, in m/s; pentru cosuri wg = 2 3

m/s iar pentru canale de fum wg = 12 m/s ; tg–temperatura gazelor de ardere [0C] ; in mod obisnuit se admite pentru sobe tg=

150 200 0C .

Inaltimea cosului de la nivelul gratarului, pana la gura de iesire a fumului din cos, constituie inaltimea activa h a cosului si ea determina tirajul pe care acesta il poate realiza.

Tirajul H se produce ca efect al diferentei de presiune dintre coloana de gaze calde care umple cosul si o coloana egala de aer din exterior; avnd ca expresie:

in care:

h –inaltimea activa a co[ului, [m] ; g –acceleratia gravitationala, [m/s2] ;

22

*RO*a–densitatea aerului exterior, [kg/m3] , pentru o temperatura a aerului de 10 0C si o presiune barometrica pBN= 1,013105N/m2;

*RO*g–densitatea gazelor de ardere, [kg/m3] , calculata pentru temperatura medie uzuala din co[ (150 200 0C) si presiunea barometrica pBN= 1,013105N/m2;

pB–presiunea barometrica a localitatii de amplasare a lucrarii, [N/m2].

Tirajul cosului serveste gazelor arse ca sa invinga toate rezistentele aeraulice de pe traseul lor –gratarul focarului, stratul de combustibil, canalele de fum din soba, canalul de racord, cosul –sa produca accelerarea aerului de combustie pentru admisia lui in soba si evacuarea in atmosfera. Cea mai mare rezistenta dintre toate acestea o constituie soba cu gratarul, stratul de combustibil, focarul si canalele de fum.

Notand cu Z (N/m2) suma acestor rezistente si presupunand ca pierderea de presiune la scurgerea gazelor prin cosreprezinta 1/3 Z, valoarea tirajului minim necesar al cosului se exprima prin relatia:

H = 4/3 Z[N/m2 ]

Pentru sobele de teracota, Z = 30 40 N/m2, iar pentru sobele de constructie speciala pentru combustibili lichizi Z = 15 20 N/m2. Prin STAS 6793-82 se prescrie ca inaltimea activa a co[ului la arderea de combustibili solizi sa fie de minim 4.5 m , iar la arderea de combustibili lichizi si gazosi aceasta inaltime sa fie de minim 2.5 m.

Este permisa o inclinare a traseului co[ului fata de verticala cu un unghi de maxim 300si aceasta pe portiuni de maximum 1m masurat pe orizontala.

Gura de iesire a cosului trebuie sa depaseasca coama casei cu 1m

INCALZIREA LOCALA CU FOC DESCHIS.

SEMINEE

Semineul reprezinta o amenajare constructiva sub forma unei ni[e deschise unde combustibilul, de regula combustibil solid (lemn, carbune) arde sub forma de foc deschis pe o vatra drept focar. Caldura produsa prin arderea combustibilului se transmite in incapere prin radiatia flacarii si a peretilor focarului astfel ca randamentul termic este de 10 30 , semineul avand mai mult rolul de a crea o ambianta placuta si de a ornamenta prin stilul si finisajul executiei o incapere cu pretentii arhitecturale.

Dimensionarea corecta a cosului reprezinta un factor esential in utilizarea semineului, iar dimensiunile nisei si suprafata gratarului se coreleaza constructiv, respectandu-se relatia:

SG=2/3 SN,

in care:

23

SG–suprafata in plan a gratarului, [m2); SN–suprafata deschiderii nisei, SN= ab [m2; a –dimensiunea orizontala a deschiderii nisei, (m) ; b –inaltimea nisei, (m) .

INCALZIREA CU AER CALD

Domenii de utilizare. Avantaje si dezavantaje ale utilizarii instalatiilor de incalzire cu aer cald.

La instalatiile de incalzire cu aer cald, necesarul de caldura pentru mentinerea temperaturii interioare prescrise este asigurat de catre aerul incalzit, introdus direct in incaperi.

La instalatiile de incalzire cu aer cald se poate introduce in incaperi numai aer recirculat (preluat din incaperi) in timp ce la instalatiile de incalzire cu ventilare este necesara introducerea partiala sau totala de aer proaspat (preluat din exterior) atat cat este necesar pentru diluarea nocivitatilor degajate in incaperi. tinand seama ca se lucreaza cu acelasi agent (aerul), incaperile prevazute cu instalatii de ventilare sunt incalzite iarna cu aer cald, fiind neeconomica realizarea unui alt sistem de incalzire.

Avantaje:

posibilitatea combinarii cu instalatia de ventilare; cheltuieli de investitie si consum de metal mai reduse; realizarea incalzirii rapide a incaperii;lipsa pericolului de inghet.

Dezavantaje:

incalzirea neuniforma pe orizontala si mai ales pe verticala ceea ce duce la o supraincalzire a zonei superioare a incaperiicu efecte negative asupra consumului de caldura;

se pot crea curenti de aer suparatori in incapere;exista posibilitatea raspandirii mirosurilor si altor nocivitati in diferite incaperi;

posibilitatea aparitiei zgomotelor.

Instalatiile de incalzire cu aer cald au un domeniu de folosire foarte larg, practic orice incapere putand fi incalzita cu acest sistem. Aceste instalatii sunt totusi specifice incalzirii spatiilor mari (hale industriale, sali cu aglomerare de oameni, etc.).

Prepararea aerului cald

Incalzirea aerului ce urmeaza a fi introdus in incaperi se face folosind schimbatoare de caldura. Aceasta se poate face direct–cu gaze de combustie, sau indirect–cu baterii de incalzire alimentate cu apa calda, apa fierbinte sau abur. Dupa solutia adoptata, prepararea

24

aerului cald se poate face local, cu aparate instalate in incaperea incalzita, sau central,cu echipamentul instalat in centrala de aer cald.

Incalzirea directa a aerului

Aparatele care prepara direct aerul cald au focar propriu, dimensionat pentru arderea combustibililor solizi, lichizi sau gazosi.Evacuarea gazelor arse se face prin cos de fum cu tiraj natural sau mecanic.

Sobe pentru aer cald.

Sobele pentru aer cald pot fi metalice sau din teracota.

Pentru alimentarea cu aer cald a mai multor incaperi dintr-o locuinta, aerul intra prin gratare amenajate in partea de jos a sobei, se incalzeste la suprafata exterioara a focarului si iese in incaperile alaturate prin guri amenajate in partea superioara. Se pot construi sobe de apartament cu functii multiple pentru incalzire cu aer cald, prepararea apei calde menajere si prepararea hranei.

a)pentru incalzirea incaperilor aflate la acelasi nivel;

b)pentru incalzirea incaperilor aflate la niveluri diferite;

1 –soba; 2 –perete exterior al sobei; 3 –guri de aer

Generatoare de aer cald.

Intreprinderea de constructii metalice si aparataje (I.C.M.A.) Bucuresti produce trei tipuri de generatoare de aer cald avand focar propriu, schimbator de caldura gaze de ardere –aer si ventilator de circulatie fortata a aerului si anume: generatorul GACS 550de 640 KW, destinat incalzirii halelor industriale,

.constructiilor agricole, spatiilor de depozitare sau pentru incalzirea tehnologica a materialelor de constructie;

25

.generatorul stabil GACS 180 de 209 KW cu acelasi domenii de folosire;

.generatorul mobil GMACS de 93 KW destinat incalzirii locale a constructiilor industriale in timpul executiei pentru a asigura conditii de lucru, pentru accelerarea uscarii unor elemente de constructie executate prin procedee umede etc.

Aceste generatoare de aer cald sunt echipate cu injectoare automate pentru combustibil lichid si functioneaza numai cu aer recirculat. Principial au urmatoarea alcatuire (fig. 5.2):

1 –ventilator; 2 –injector combustibil; 3 –camera de ardere; 4 –schimbator de caldura; 5 –cos de fum; 6 –gura de refulare a aerului cald; 7 –carcasa.

Aeroterme cu gaze servesc pentru incalzirea incaperilor de productie si sunt prevazute cu focar echipat cu arzator cu gaze naturale, schimbator de caldura, ventilator si guri de aer.Pot functiona cu aer proaspat,aer amestecat sau aer recirculat.

Incalzirea indirecta a aerului

In majoritatea cazurilor, complexele industriale, agrozootehnice, cladirile social culturale si de locuit, dispun de agenti termici, apa calda, apa fierbinte sau abur, produsi in centrale termice proprii sau furnizati de catre retelele de termoficare industriala sau urbana. in aceasta situatie este indicat ca prepararea aerului cald sa se faca indirect, folosind schimbatoare de caldura -baterii de incalzire, care sunt utilizate in mod curent in instalatiile de ventilare si climatizare.

Dupa sistemul de incalzire adoptat, central sau local, prepararea indirecta a aerului cald se face in centrala de aer cald, respectiv cu aeroterme instalate in incaperile incalzite.

Centrala de aer cald.

O astfel de centrala este alcatuita din aceleasi elemente ca cele ale centralelor de ventilare mecanica cu incalzire a aerului si anume: ventilator centrifugal sau axial, baterie de incalzire si filtru de separare a prafului. Daca functionarea este cu aer amestecat (proaspat si recirculat) se prevede si priza de aer proaspat si camera de amestec.

Aeroterme.

26

Sunt aparate locale monobloc alcatuite din ventilator, baterie de incalzire si carcasa respectiva. in tara noastra se produc aeroterme de perete si aeroterme de tavan.

Aerotermele de perete, pot functiona cu aer recirculat, cu aer proaspat sau cu aer amestecat. in aceste ultime doua cazuri se prevede la fiecare aeroterma priza de aer proaspat (in perete sau in acoperis) si cutie de amestec.

In ceea ce priveste aerotermele de tavan, acestea functioneaza numai cu aer recirculat

Aeroterma de perete

1 –ventilator;3 –carcasa;

2 –baterie de incalzire;4 –jaluzele reglabile;

Agregate locale de aer cald.

Agregatele locale de aer cald, sunt alcatuite din ventilator si baterie de incalzire (cu sau fara filtru de aer) ce se asambleaza la locul de montaj.

27

Agregate locale de aer cald

1 –ventilator;

2 –baterie de incalzire;

3 –canale de aer.

Sisteme complexe de incalzire cu aer cald

Dupa locul de preparare a aerului cald, instalatiile de incalzire cu aer cald pot fi centrale sau locale.Dupa modul de circulatie a aerului, ele pot fi cu circulatie naturala sau mecanica. intrucat sistemele de circulatie fortata cu ventilator sunt cele mai folosite, sunt prezentate cateva solutii privind aceste instalatii.

Incalzirea centrala cu aer cald

Aerul cald preparat in centrala de aer cald este distribuit prin canale de aer si refulat in incaperi prin guri de aer, avand aceeasi alcatuire ca instalatia de ventilare mecanica

28

A) functionare cu aer recirculat

a)1 –incapere; 2 –canale de aer; 3 –filtru de aer; 4 –ventilator; 5 –baterie de incalzire; 6 –priza de aer proaspat; 7 –gura refulare; 8 –gura evacuare; 9 –clapeta de amestec.

B) functionare cu aer amestecat;

1 –incapere; 2 –canale de aer; 3 –filtru de aer; 4 –ventilator; 5 –baterie de incalzire;

6 –priza de aer proaspat; 7 –gura refulare; 8 –gura evacuare; 9 –clapeta de amestec.

29

C)functionare numai cu aer proaspat.

1 –incapere; 2 –canale de aer; 3 –filtru de aer; 4 –ventilator; 5 –baterie de incalzire;

6 –priza de aer proaspat; 7 –gura refulare; 8 –gura evacuare; 9 –clapeta de amestec.

Incalzirea cu agregate locale de aer cald

Agregatele locale de aer cald se folosesc la incalzirea halelor industriale, combinata sau nu cu ventilarea, in cazul in care gama de aeroterme ce se fabrica nu are caracteristicile necesare din punctul de vedere al debitului de aer, al debitului de caldura si al parametrilor jetului de aer. in aceste cazuri agregatele locale au avantajul ca, montandu-se la fata locului pot fi prevazute cu ventilatoare, baterii de incalzire, filtre de aer si guri de aer avand caracteristicile necesare. Aceste aparate sunt prevazute cu racorduri pentru canalele de aer care pot alimenta dupa caz 2 6 guri de refulare.

Incalzirea cu aeroterme

Este sistemul cel mai folosit pentru incalzirea cu aer cald a halelor industriale. Se prevad dupa caz, aeroterme de perete sau de tavan. in cazul in care halele industriale au deschideri mari, se pot prevedea pe contur aeroterme de perete iar in rest aeroterme de plafon.Amplasarea aerotermelor este determinata de caracteristicile jeturilor de aer, fiind necesar, pentru asigurarea incalzirii cat mai uniforme a halei, ca acestea sa afecteze un spatiu cat mai mare al incaperii.

Jeturile de aer trebuie sa fie indreptate spre zona de lucru, pentru a asigura in principal incalzirea acesteia. Temperatura si viteza aerului din jet, in sectiunea din zona de lucru, trebuie sa fie astfel alese inc=t sa se asigure conditiile de confort termic pentru muncitori.

Inaltimea de montare a aerotermelorde perete trebuie sa fie de cel putin 2m de la pardoseala pentru a nu deranja circulatia si activitatea din zona de lucru. Uneori, inaltimea de amplasare a aerotermelor este dictata de unele instalatii tehnologice.in cazul in care instalatia trebuie sa asigure si ventilarea incaperii, aerotermele de perete se prevad cu prize de aer proaspat, guri de preluare a aerului din incapere si cutii de amestec, fig. 5.6 .

30

In cazul halelor inalte, mai ales daca aerotermele sunt amplasate la inaltime mai mare, este util ca aerul recirculat sa se preia din zona inferioara in apropierea pardoselii, fig. 5.7. Pentru aceasta aerotermele de perete se prevad cu portiuni de canale verticale cu guri de aer care coboara in zona de lucru pana la 300 –500 mm de pardoseala. in modul acesta se obtine o circulatie mai buna a aerului cald in zona de lucru si deci incalzirea normala a acesteia.

Bilantul termic al instalatiei de incalzire cu aer cald

Schimbatorul de caldura al instalatiei de incalzire cu aer cald –bateria de incalzire –trebuie sa asigure incalzirea aerului pana la temperatura de refulare in interiorul incaperii.

INCALZIREA CU AER CALD

Cantitatea de caldura furnizata aerului:

Q = Gc(t2–t1) , (W)

in care:

Q –debitul de caldura al bateriei de incalzire, (W) ;

G –debitul de aer trecut prin baterie, (kg/s) –debit masic ;

c –caldura specifica masica a aerului, (J/kgK) ;

t 1,t 2–temperatura initiala si finala a aerului la trecerea prin baterie, (K).

31

Aceeasi relatie exprimata functie de debitul volumetric de aer, devine:

L –debitul volumetric de aer trecut prin baterie, (m3/sec.) ;

Lo –debitul volumetric in conditii normale, (m3N/sec.);

C –caldura specifica volumica a aerului, (J/m3K);

Co –caldura specifica volumica la conditii normale fizice, (J/m3NK).

Conditiile normale ale aerului sunt corespunzatoare temperaturii de 0 0C si presiunii de 1 at. = 1,013 bar = 760 mmHg = 1,013105N/m2. intre conditiile normale si cele reale exista urmatoarea legatura:

L = Lo(1 ^ ? t) , (m 3/sec.) , unde ? = K-1 este coeficientul de dilatare al gazelor. Pentru fiecare din schemele de utilizare a incalzirii cu aer cald se folosesc relatii specifice.

Ventilare si incalzire cu aer cald (numai cu aer proaspat)

Cantitatea de aer proaspat fiind impusa de conditiile de ventilare ale incaperii –Gv(respectiv Lv) este necesar un debit de caldura pentru ventilare, respectiv pentru a incalzi aerul exterior pana la temperatura interioara a incaperii. Deci cantitatea de caldura pentru ventilare este:

in care:

Qv–debitul de caldura necesar ventilarii, (W);

Gv,Lv–debitul de aer proaspat necesar ventilarii, (Kg/sec), (m3/sec);

t i,t e–temperatura interioara, respectiv exterioara de calcul a aerului.

Deoarece aerul din instalatia de ventilare este utilizat si pentru incalzire, rezulta ca aceeasi cantitate de aer (G v,L v) primeste o cantitate de caldura suplimentara servind la incalzirea incaperii.

Cantitatea de caldura necesara incalzirii rezulta din bilantul termic al incaperii:

Qi= Qp–Qd–Qs, (W)

in care:

Qi–debit de caldura necesar incalzirii cu aer cald, (W);

Qp–pierderile de caldura ale incaperii, (conf. STAS 1907-97), in (W);

32

Qd–degajari de caldura in incapere, in (W);

Qs–debit de caldura asigurat cu alte sisteme de incalzire, (W).

Cantitatea de caldura, Qi , necesara pentru incalzirea aerului introdus, face ca temperatura acestuia sa se ridice de la cea interioara, ti , p=na la cea de refulare in incapere, tr .

Astfel:

Deoarece, Qi, Gvsi c , tisunt cunoscute, se poate calcula temperatura de refulare a aerului in incapere:

Unde: tra–temperatura maxima de refulare admisibila.

Cantitatea totala de caldura primita de aerul exterior, Qb, la care se dimensioneaza bateria de incalzire, reprezinta suma cantitatilor de caldura necesare pentru ventilare si incalzire:

de unde rezulta temperatura de refulare, tr(functie de alti parametrii decat cei din relatia anterioara):

Incalzirea cu aer cald fara ventilare (cu aer recirculat)

Cantitatea de caldura furnizata de baterie serveste numai la incalzirea aerului interior recirculat pentru asigurarea caldurii pentru incalzire; in acest caz:

33

Impunand tr la valoarea admisa de conditiile de confort termic, rezulta debitul de aer:

Ventilare si incalzire cu aer cald, cu recircularea aerului interior

In cazul in care debitul de aer necesar pentru ventilare GV, LV, este mai mic decat debitul de aer necesar asigurarii incalzirii la temperatura maxima admisa de refulare tra din conditiile de confort termic, se suplimenteaza debitul de aer pentru ventilare cu un debit de aer luat din interiorul incaperii (Gint, Lint ) care se incalzeste de la temperatura interioara ti la cea de refulare tra.

In acest caz debitul de aer vehiculat prin bateria de incalzire este:

Debitul de caldura al bateriei de incalzire este:

Qb= QV+ Qint, adica:

Debitul de aer recirculat rezulta din conditia:

34

unde Qi este necesarul de caldura calculat conform STAS 1907-80.

Acelasi rezultat se obtine luand in considerare temperatura aerului amestecat:

Baterii pentru incalzirea aerului

Bateriile de incalzire pentru aer sunt aparate schimbatoare de caldura, in care un agent termic incalzitor (apa, aburul sau gaze de ardere) cedeaza caldura aerului care trece peste suprafetele fierbinti ale bateriei..

Constructiv, fig. , bateria de incalzire este formata din doua distribuitoare (1) la care sunt legate racordurile de intrare-iesire pentru agentul termic (3). intre cele doua distribuitoare sunt amplasate formand un registru, multe tevi cu aripioare (2) prin interiorul carora circula agentul termic

35

Fig.5.8Baterie pentru incalzirea aerului,cu tevi cu aripioare pe un singur rand.

Aerul rece antrenat de ventilatoare spala exteriorul tevilor cu aripioare preluand caldura de la agentul termic si incalzindu-se

Dintre tipurile de baterii de incalzire, cele mai utilizate sunt:

Baterii din tevi cu banda spiralata, realizate din tevi de otel cu pereti subtiri pe care este infasurata o banda spiralata din tabla de otel. Pentru realizarea unui bun contact intre teava si banda spiralata, intregul ansamblu se supune unui proces de zincare in bai speciale;

Baterii din tevi cu aripioare realizate din tevi de otel subtiri pe care se preseaza discuri sau dreptunghiuri din tabla gaurite in prealabil astfel incat sa intre fortat pe teava;

Baterii din tevi de cupru si lamele din aluminiu. Sunt baterii formate din lamele din aluminiu strapunse de multiple tevi din cupru. Acestea reprezinta cele mai performante tipuri de baterii din punct de vedere al transferului de caldura, av=nd dezavantajul ca sunt mai scumpe in raport cu primele doua tipuri constructive.

Calculul si alegerea bateriei de incalzire

Debitul de caldura, QB , al unei baterii de incalzire este dat de relatia:

QB= KS∆tmed (W) ,

K –coeficient global de schimb de caldura, (W/m20C) ; S –suprafata de schimb de caldura, m2. ∆tmed –diferenta de temperatura medie logaritmica dintre fluidele care schimba

caldura (agent termic-aer).

Pentru baterii de incalzire formate din tevi cu lamele, coeficientul global de schimb de caldura se calculeaza cu relatia:

in care:

i, e–coeficientul superficial (convectiv) de schimb de caldura la interiorul, respectiv exteriorul tevilor, in W/m 20 C;

Se–suprafata exterioara de schimb de caldura (tevi / aripioare), in m2 S i–suprafata interioara a tevilor, in m2;

36

? –grosimea peretelui tevilor cu aripioare, in m ? –coeficientul de conductivitate termica al materialului tevii cu aripioare, in W/m

0C

Diferenta de temperatura medie logaritmica dintre fluidele in schimb de caldura se calculeaza functie de modul de circulatie al acestora - in cazul bateriilor de incalzire a aerului circulatia realizandu-se in curent incrucisat.

Atunci cand tmax si tmin satisfac relatia : tmax < 1,4 tmin , diferenta de temperatura medie logaritmica se poate calcula printr-o diferenta aritmetica a temperaturilor:

in care:

tT , tR – temperatura turului, respectiv returului pe racordul de intrare, respectiv iesire a agentului termic, in 0C;

tr – temperatura de refulare a aerului din baterie, in 0C;

ti – temperatura de intrare a aerului rece in baterie, in 0C;

Cu notatiile de mai sus, expresia diferentei medii de temperatura,∆tmed are forma:

Pentru baterii functionand cu abur, relatia (5.2) se simplifica neglijand termenii cu aport nesemnificativ. Astfel:

in cazul apei calde, relatia (5.2) devine:

37

Pentru calcule preliminare, raportul Se/Sipoate fi considerat egal cu 19 pentru tevi cu aripioare.

Coeficientii αi si αe de schimb superficial (convectiv) de caldura se determina analitic prin relatii multicriteriale complexe.

Trecerea aerului prin baterie produce o pierdere de presiune aeraulica care trebuie adaugata la celelalte pierderi din circuit si care trebuie invinse prin presiunea ventilatorului. Rezistenta aeraulica a bateriei este functie de pasul de montaj al aripioarelor pe tevi, de numarul de randuri de tevi cu aripioare perpendicular pe directia de curgere a aerului si de viteza de circulatie a aerului.

Legea de variatie a acestei rezistente este de forma:

in care:

c1–constanta dependenta de tipul bateriei; v –viteza de curgere a aerului, frontal pe sectiunea bateriei, in m/s.

Ventilatoare utilizate la aparate de incalzire

Sistemele de incalzire cu aer cald cu circulatie fortata realizeaza vehicularea aerului cu ventilatoare actionate cu motoare electrice. Ventilatoarele utilizate pentru sistemele cu aer cald si ventilatii sunt ventilatoare centrifuge si ventilatoare axiale. La ventilatoarele centrifuge curentul de aer intra paralel cu axul de rotatie si este refulat in exterior perpendicular pe acesta, in timp ce la ventilatoarele axiale atat aspiratia cat si refularea aerului se face paralel cu axul de rotatie.

Ventilatorul centrifugal

Ventilatorul centrifugal se compune din carcasa sub forma de spirala sau melc cu racordul de aspiratie (1.a) si racordul de refulare (1.b) –fig. 5.9 .

Rotorul (2) este format din doua discuri circulare intre care se gasesc paletele dispuse uniform. Rotorul este antrenat de arborele (3) care face legatura cu motorul electric de actionare (4).

38

Fig. 5.9 Ventilator centrifugal monoaspirant

Ventilatoarele centrifuge se clasifica dupa urmatoarele criterii:

Dupa presiunea creata -exista ventilatoare:

de joasa presiune –prefulare 100 daN/m2 de medie presiune –prefulare 200 m2 de inalta presiune –prefulare 1000 daN/m2.

Presiuni mai mari de aer se pot realiza cu suflante (1000 –20000 daN/m2) sau compresoare pentru valori mai mari de 20000 daN/m2.In instalatiile de incalzire se utilizeaza de obicei ventilatoare de joasa presiune, celelalte fiind ventilatoare tehnologice.

Dupa felul aspiratiei exista ventilatoare:

monoaspirante; dubluaspirante.

Dupa modul de antrenare:

Ventilatoare cuplate direct cu motorul electric. Acest sistem este cel mai simplu, rotorul ventilatorului fiind cuplat rigid cu axul motorului, viteza de rotatie a rotorului fiind totdeauna egala cu viteza de rotatie a motorului electric;

Ventilatoare cuplate prin curele de cauciuc. in acest caz axul ventilatorului este sustinut de lagare, transmisia miscarii de la motor fiind realizata prin curele de transmisie. Acest sistem permite obtinerea unor turatii ale rotorului ventilatorului, mai mari sau mai mici decat turatia motorului de antrenare, asigurand totodata o functionare silentioasa.

ventilatoare cuplate prin cuplaje elastice, sistem care permite realizarea unei transmisii elastice intre motorul electric si rotorul ventilatorului put=ndu-se prelua socurile mecanice la pornire. in general aceste sisteme sunt realizate cu rondele din cauciuc.

39

Pentru alegerea unui ventilator ce urmeaza a fi montat intr-o instalatie trebuiesc cunoscute debitul volumic de aer refulat, V –m3/h si presiunea totala H –mmH2O produsa de ventilator.

Functionarea ventilatorului este caracterizata prin curba caracteristica care reprezinta dependenta dintre debitul de aer refulat si presiunea de refulare la o anumita turatie a rotorului ventilatorului. in acelasi timp, retelele de aer sunt si ele caracterizate prin curbele caracteristice ale retelei. In exploatare, un ventilator poate furniza in retea debite de aer variabile in conditii de presiune variabile.

Fig. 5.10 Curbe caracteristice ale ventilatoarelor si re]elelor de aer.

In fig 5.10 se prezinta curbele caracteristice ale ventilatoarelor (c1, c2, c3, c4) corespunzatoare diferitelor turatii (n1, n2, n3, n4). Pe diagrama sunt trasate deasemeni curbele de randament (1, 2, 3, 4) si curbele puterilor motoarelor electrice (N1, N2, N3, N4).

Intersectia dintre curba caracteristica a ventilatorului (c1, c2, … cn) si curba retelei (R1, R2, R3) reprezinta punctul de functionare A sau A’ care indica in fiecare caz in parte valoarea debitului si a presiunii furnizate de ventilator pentru o anumita retea la o anumita turatie (n1, n2, … nn) a ventilatorului (pentru VA–HA) sau VA’ –HA’) fig. 5.10 –b.

Turatia rotorului ventilatorului este importanta in realizarea caracteristicilor functionale ale ventilatorului. Astfel, daca pentru o turatie n corespunde debitul V, la alta turatie n1 corespunde debitul V1. intre aceste valori exista urmatoarea legatura:

Se modifica insa si ceilalti parametri, astfel:

40

Curbele caracteristice ale retelei sunt diferite si se obtin pentru fiecare retea si debit de aer vehiculat in parte. Astfel, pentru un tronson de retea cu diametru echivalent, d , se poate scrie:

Reglarea debitului de aer al ventilatorului se poate face prin mai multe moduri:

Reglarea debitului prin modificarea turatiei

In figura 5.11 se prezinta grafic modul de realizare al reglajului cand pentru parametrii initiali ai ventilatorului c1, n1si N1corespunde punctul de functionare A la intersectia curbei caracteristice a retelei R unde se realizeaza HA= Hventilator si VA= Vventilator. Pentru a modifica debitul VA intr-un debit mai mic VB, trebuie ca punctul de functionare sa devina B.

Acestui nou punct de functionare ii corespund alte valori n2< n1, N2 < N1si HB< HA.Acest sistem de reglaj poate fi realizat fie prin motoare cu turatie variabila fie prin modificarea diametrelor rotilor de curea la transmisia prin curele.

Fig. 5.11 Varia]ia debitului de aer prin modificarea tura]iei.

41

Reglarea debitului de aer prin modificarea sectiunii de refulare a ventilatorului.

Prin acest sistem, pastrand constanta turatia motorului punctul de functionare A se va muta in B deoarece prin modificarea (micsorarea) sectiunii de refulare se schimba si caracteristica retelei de la R1la R2, parametrii realizati fiind HB, VBsi N2, figura 5.12

Fig. 5.12 Reglarea debitului prin clapete pe gura de refulare a ventilatorului HmmH2O

La acest montaj, puterea necesara a motorului de antrenare se mareste (N2 > N1) deci solutia nu este economica deoarece creste consumul de energie electrica. in schimb, datorita simplitatii acestui mod de reglaj el este folosit des in practica.

Reglarea debitului de aer prin jaluzele montate pe aspiratia ventilatorului

Prin modificarea (micsorarea) sectiunii de aspiratie a ventilatorului punctul de functionare initial A se modifica in noi pozitii A1, A2 functie de unghiul corespunzator de inchidere a jaluzelelor.

Prin modificarea (micsorarea) sectiunii de aspiratie a ventilatorului punctul de functionare initial A se modifica in noi pozitii A1, A2 functie de unghiul corespunzator de inchidere a jaluzelelor.

Fig. 5.13 Reglarea debitului cu jaluzele montate pe aspira]ia ventilatorului

42

Se observa ca noile valori obtinute prin strangularea aspiratiei conduc pe l=nga micsorarea debitului de aer si la o diminuare a turatiei si puterii motorului electric de antrenare, rezultand aceasta solutie ca fiind cea mai avantajoasa din punct de vedere economic.

Ventilatorul axial

Ventilatorul axial reprezinta o varianta constructiva simpla dar foarte eficienta de aparat de ventilatie. Ventilatorul axial fig. 5.14, se compune din motorul electric de antrenare (1), paletele rotorului (2), carcasa de protectie a paletelor (3) si batiul de sustinere a ansamblului (4).

Fig. 5.14 Ventilator axial

Ventilatoarele axiale se monteaza in componenta aparatelor de incalzire cu aer cald individuale sau in tubulatura instalatiilor de incalzire cu aer cald. Pentru a preintampina producerea si transmiterea zgomotelor intregul ansamblu motor-ventilator se monteaza prin intermediul unor elemente elastice vibroizolatoare din cauciuc.

INSTALATII DE INCALZIRE PRIN RADIATIE

Instalatiile de incalzire in care transferul de caldura de la suprafetele de incalzire la mediul incalzit are loc in principalprin radiatie se numesc instalatii de incalzire prin radiatie, suprafetele de incalzire numindu-se in general panouri radiante.

In functie de temperatura medie a suprafetelor panourilor p, incalzirea prin radiatie se clasifica in:

43

incalzire prin radiatie de temperatura joasa-p=25o… 90oC.in acest caz suprafetele de incalzire sunt de obicei chiar elemente de constructie: plafon, pardoseala, pereti;

incalzirea prin radiatie de temperatura medie-p=100o… 180oC,suprafetele incalzitoare fiind realizate din panouri sau benzi radiante suspendate la partea superioara a incaperii;

incalzirea prin radiatie de temperatura inalta-p=200o… 1000oC,elementele de incalzire fiind in acest caz radianti electrici sau radianti functionand cu gaze sau cu combustibil lichid.

Avantajeale incalzirii prin radiatie fata de sistemele convective:

gradient de temperatura redus; repartitie mai uniforma a temperaturilor pe suprafetele peretilor si pardoselii nu

determina o circulatie intensa a aerului si deci se suprima circulatia prafului si a germenilor (bacterii, virusi etc.);

asigura confortul termic la temperaturi mai reduse a aerului cu 1…3oC, ceea ce reprezinta un avantaj din punct de vedere fiziologic iar la incalzirea halelor industriale un mijloc de reducere a consumurilor energetice;

se economisesc spatii si se poate asigura o estetica arhitecturala superioara; instalatiile de temperatura joasa pot utiliza surse energetice de potential scazut

(energie solara, geotermala etc.); instalatiile de temperatura medie permit incalzirea unor zone limitate in cazul halelor

industriale; instalatiile de temperatura inalta constituie singurul mijloc eficient de ameliorare a

microclimatului unor zone deschise.

Ca principal dezavantaj al incalzirii prin radiatie este costul de investitie mai mare in raport cu celelalte sisteme de incalzire.

Sisteme de incalzire prin radiatie de temperatura joasa

Primele instalatii de incalzire prin radiatie realizate in practica au fost cele de temperatura joasa. Temperatura suprafetelor incalzitoare redusa impune utilizarea unor suprafete incalzitoare mari, ceea ce a condus la ideea folosirii in acest scop a suprafetelor delimitatoare ale incaperilor, rezult=nd:

-incalzirea prin plafon, la care temperatura medie p nu poate depasi + 40oC; este sistemul cel mai folosit, intreaga suprafata a plafonului put=nd indeplini functiunea de suprafata incalzitoare;

incalzirea prin pardoseala, la care peste fiziologic limitata la ^ 30oC; incalzirea prin panouri montate in pereti, la care ppoate atinge valori medii de 85…

90oC.

Incalzirea prin plafon

44

a)Plafoane incalzitoare sistem Crittal

Sistemul de incalzire prin plafon denumit Crittal sau “dala plina”, fig. 6.1,se realizeaza prin inglobarea in planseul de beton al plafonului a serpentinelor de incalzire din teava de otel

1 –strat de uzura (parchet, linoleum);2 –start suport;3 –izolatie termica;4 –planseu din beton armat;5 –serpentina de incalzire;6 –tencuiala tavan

Fig. 6.1 Plafon Crittal

Inglobarea serpentinelor de incalzire in masa betonului din planseu nu produce fisuri in beton daca temperatura agentului termic nu depaseste 50oC si procesul de incalzire este lent, coeficientul de dilatare al betonului fiind foarte apropiat de cel al otelului. Serpentina se monteaza la partea inferioara a planseului, in contact cu armatura acestuia, ceea ce favorizeaza conductia caldurii si in consecinta egalizarea temperaturilor pe suprafata planseului de beton. Pentru orientarea fluxului termic spre zona inferioara, intre planseu si pardoseala incaperii de deasupra se prevede un strat de izolare termica.

Imposibilitatea efectuarii unor remedieri dupa turnarea betonului ca si unor reparatii in timpul exploatarii reprezinta principalul dezavantaj al sistemului, si de aceea executia sa este deosebit de pretentioasa.

b)Plafoane incalzitoare tip Dériaz

In practica realizarii plafoanelor incalzitoare, au fost imaginate si realizate si alte sisteme in care elementul incalzitor este separat complet de structura de rezistenta, apelandu-se la plafoane false sau plafoane suspendate, fig. 6.2 .

45

Fig. 6.2 Plafon tip Dériaz

1 –pardoseala; 2 –suport; 3 –sapa; 4 –placa beton armat; 5 –armatura;

6 –tirant; 7 –izolatie termica; 8 –profil metalic; 9 –serpentina incalzitoare; 10 –lamela din aluminiu; 11 –plasa rabit; 12 –tencuiala.

Serpentina incalzitoare este montata pe o structura metalica suspendata prin tiranti de planseul de beton armat. Serpentina este inglobata intr-un strat de tencuiala executata pe o plasa de rabit armata cu otel beton. Pentru intensificarea transferului de caldura de la serpentina la tencuiala, in contact cu serpentina si inglobate in tencuiala se prevad lamele din aluminiu profilate corespunzator.

c) Plafoane incalzitoare sistem Stramax

Plafoanele de incalzire sistem Stramax sunt plafoane false si sunt alcatuite din elemente prefabricate sub forma de placi de ipsos continand in masa turnata placi din aluminiu perforate si profilate, astfel incat sa imbrace teava serpentinei pe o jumatate din circumferinta. Strangerea lamelei de aluminiu pe serpentina se asigura prin intermediul unui colier elastic din otel profilat sub forma de . Alte piese profilate corespunzator asigura suspendarea placilor de planseu si legatura dintre placi, fig. 6.3 .

46

Fig. 6.3 Plafon suspendat tip Stramax

1 –pardoseala; 2 –suport; 3 –sapa 4 –placa de beton armat; 5 –armatura ;6 –tirant;

7 –strat izolator; 8 –cadru metalic de sustinere; 9 –serpentina de incalzire ;

10 –lamela din aluminiu; 11 –placa prefabricata; 12 –sistem de sustinere a placilor.

d) Plafoane incalzitoare tip Frenger

Sistemul Frenger, fig 6.4, realizeaza plafonul incalzitor tot din serpentine montate pe o structura metalica suspendata de planseul din beton armat, suprafata incalzitoare propriu-zisa fiind constituita din placi de aluminiu cu borduri profilate astfel incat sa realizeze un contact bun cu serpentina. Strangerea placilor de aluminiu pe serpentina se realizeaza cu cleme din otel .

Fig. 6.4. Plafon Frenger

47

1 –pardoseala; 2 –suport; 3 –sapa;4 –planseu portant din beton armat;

5 –armatura; 6 –tirant; 7 –izolatie termica;8 –cadru metalic; 9 –serpentina de incalzire;

10 –placi din aluminiu perforat.

Placile din aluminiu sunt perforate pentru ca impreuna cu salteaua din material izolant termic de deasupra sa constituie si un element fonoabsorbant. Fata interioara a placilor se vopseste sau se eloxeaza asigurand un finisaj adecvat incaperii. Sistemul a fost aplicat si la noi in tara -hotel Ahénée Palace, Bucuresti, hotel Carpati Brasov.

Plafon de incalzire fals cu reflector

Un alt sistem de incalzire prin plafon este cel la care in spatiul dintre planseu, grinzi si plafonul fals se monteaza serpentine din teava de otel de ½” sau ¾”. Caldura cedata prin radiatie de catre serpentine este dirijata de catre un reflector din metal polizat catre stratul de rabit inglobat in tencuiala care devine la randul sau element incalzitor pentru incapere, fig. 6.5.

Fig. 6.5 Plafon fals cu reflector

1 –pardoseala; 2 –suport; 3 –sapa;

4 –placa din beton armat; 5 –armaturi; 6 –ecran (reflector) metalic;

7 –armaturi; 8 –rabit; 9 –tencuiala.

Pentru sistemele prezentate apa calda este agentul termic utilizat cu precadere.

Exista si sisteme de incalzire prin radiatie la care agentul termic este aerul cald preparat central si vehiculat prin canale realizate in structura de rezistenta a planseelor. Dezavantajul

48

sistemului il constituie necesitatea rezervarii unor spatii mari pentru vehicularea debitelor mari de aer, avand in vedere capacitatea redusa a aerului de transport a caldurii.

Incalzirea prin pardoseala

Avand in vedere efectele fiziologice ale contactului direct dintre talpa piciorului si pardoseala incalzita, temperatura acesteia trebuie limitata la +25…+300C la incaperile la care omul circula incaltat si la +25oC la incaperile in care omul circula descult.

Sistemele de incalzire prin pardoseala sunt similare din punct de vedere constructiv cu cele folosite la incalzirea prin plafon, fig. 6.6.a, cu deosebirea ca serpentinele sunt montate catre fata superioara a planseului iar stratul de izolatie se plaseaza sub serpentine. Din cauza ca la contactul direct se percepe temperatura efectiva a pardoselii sunt necesare masuri de uniformizare a temperaturii prin lamelesau ecrane metalice, fig. 6.6.c, sau prin fisii izolatoare deasupra conductelor, fig. 6.6.b. Fluxul termic emis de pardoseala este redus prin limitarea temperaturii acesteia la +25…+30oC si influenta mobilierului, ceea ce face ca in conditii climatice temperate sa nu se poata acoperi necesarul de caldura prin pardoseala pentru o incapere normal izolata termic -incalzirea prin pardoseala utilizandu-se in completare cu alte sisteme de incalzire.

a) conducte inglobate in sapa;

49

b)cu benzi izolatoare pentru uniformizarea temperaturii

c) cu lamele din aluminiu (9).

1 –pardoseala; 2 –suport; 3 –sapa; 4 –serpentina;5 –planseu de rezistenta; 6 –izolatie termica; 7 –tencuiala.

Incalzirea prin pardoseala se utilizeaza ca incalzire suplimentara de preferinta in cladiri fara subsol sau in incaperi unde este indicata in mod special, de exemplu bai publice; de asemenea se utilizeaza in incaperi reprezentative ca holuri de receptie, foaiere de teatre etc. , unde montarea corpurilor de incalzire locale produce adeseori dificultati. in S.U.A. acest sistem este folosit uneori la incalzirea trotuarelor, a rampelor si a drumurilor.

Serpentine folosite la incalzirea prin plafon si pardoseala

Forma geometrica a serpentinelor (diametrul tevii, distanta dintre tevi, suprafata ocupata de serpentina) rezulta din calculele de dimensionare ale instalatiei. De obicei se utilizeaza tevi din otel trase de ½”, imbinate prin sudura prin intermediul unei mufe pentru a inlatura pericolul patrunderii in serpentina a metalului topit sau a zgurii. Deoarece chiar in sistemele la care serpentina este inglobata in plafoane false interventia ulterioara este dificila, inainte de montare serpentina este supusa unor probe de presiune cu aer la nivel de 40bar si imediat dupa montare la o proba de presiune cu apa la nivel de 25 bar.

Distanta dintre tevile serpentinei este intre 100 si 500 mm si poate fi constanta sau variabila. Astfel, in zona peretilor exteriori sau a ferestrelor mari, distanta poate fi redusa pentru a realiza temperaturi ale suprafetei incalzitoare mai mari, respectiv fluxuri termice mai mari. La incaperile mici se poate acoperi intreaga suprafata cu o singura serpentina iar la cele mari se prevad mai multe serpentine reglabile independent.

50

La unele sisteme de incalzire prin pardoseala, care asigura accesul la serpentina de incalzire se utilizeaza in prezent tevi din mase plastice livrate in colac. Se evita astfel imbinarile intermediare si se inlocuieste metalul cu materiale mai ieftine rezistente la coroziune.

Sisteme de incalzire prin radiatie de joasa temperatura

încalzirea prin pardoseala –prin înglobarea elementelor încalzitoare în pardoseala încalzirea prin plafon -prin înglobarea elementelor încalzitoare sau casetelor radiante

în plafon; încalzirea prin pereti -prin înglobarea elementelor încalzitoare sau panourilor

radiante(radianti deschisi sau închisi) în pereti.

Utilizarea suprafetelor delimitatoare ale încaperii ca elemente radiante impune limitarea temperaturilor de suprafata din considerente fiziologice la urmatoarele valori:

400C încalzirea prin plafon; 290C încalzirea prin pardoseala; 700C încalzirea prin pereti.

Sistemele de încalzire cu panouri radiante sunt sisteme la care conductele de transport a agentului termic sunt înglobate în planseu

Încalzirea prin radiatie de joasa temperatura, pe lânga faptul ca ofera si posibilitatea utilizarii agentilor termici cu parametrii coborâti, prezinta avantaje în privinta confortului termic:

gradient de temperatura redus; repartitie mai uniforma a temperaturilor pe suprafetele delimitatoare; ridicarea nivelului temperaturilor interioare ale suprafetelor delimitatoare si

realizarea unei temperaturi de confort mai redus în conditiile unei temperaturi mai coborâte pentru aerul interior cu 1-30C, ceea ce constituie un indicator important de confort;

se economiseste spatiu si se asigura o estetica arhitecturala superioara; în perspectiva rezolvarii problemei energetice, ofera posibilitatea racirii încaperilor

pe timpul verii, problema deosebita din punctul de vedere al confortului.

Temperatura redusa a suprafetelor încalzitoare a impus utilizarea unor suprafete de încalzire mari, rol pe care îl pot juca suprafetele delimitatoare ale încaperii, obtinându-se :

încalzirea prin plafon, la care temperatura medie nu poate depasi, din considerente fiziologice, + 400C ;

încalzirea prin pardoseala, la care temperatura medie este limitata la +300C ;

51

încalzirea prin pereti, unde temperatura medie poate atinge + 700C .

Incalzirea prin pardoseala

Instalatiile de încalzire prin radiatie de pardoseala cuprind un planseu încalzitor, distribuitoare –colectoare ( care reprezinta elementul comun pentru racordarea mai multor circuite de încalzire ), echipamentul de reglare si sursa de energie termica .

Componenta unui panou radiant de pardoseala sunt :

stratul de izolatie ( termica si fonica) ; stratul de protectie a izolatiei ; tevile de încalzire ; dala de repartitie si emisie a fluxului termic ( dala de încalzire) ; pardoseala finita ; alte elemente ca: strat de difuzie, izolatie marginala, etc.

Temperatura suprafetei pardoselii este limitata din considerente fiziologice la maximum +300C, în functie de destinatia încaperii.

Structura unei pardoseli încalzitoare

tencuiala interioara, 2) plinta, 3) banda perimetrala, 4) suprafata finita, 5) pat de mortar, 6) sapa de ciment, 7) tub încalzire, 8) folie acoperitoare (folie PE sau hârtie bituminata), 9) strat termo si fonoizolant, 10) hidroizolatie, 11) placa de beton, 12) sol.

52

La sistemul cu placa cu sina de fixare, sina asigura o ridicare a tevii cu 5mm si astfel se obtine o înaltare minima a startului de sapa. Cârligele si clipsurile de sustinere a sinei garanteaza fixarea solida a tevii

Izolatia marginala

Înaintea realizarii dalei se va aseza un izolant marginal de-a lungul peretilor, în jurul cadrelor si stâlpilor sub forma de banda perimetrala Izolatia marginala se aseaza plecând de la planseul portant pâna la suprafata finita si trebuie sa permita o deplasare de cel mult 5 mm

fig: Vedere de ansamblu dintr-o locuinta -parter

53

Fig:Vedere de ansamblu dintr-o locuinta -etaj

Încalzirea prin plafon

Acest tip de încalzire ofera o uniformitate mai mare a temperaturii aerului si de asemenea o circulatie mai redusa a aerului, ceea ce constituie avantaje din punctul de vedere al confortului termic. Sta la dispozitie întreaga suprafata a plafonului, dar în cazurile defavorabile (suprafete mari ale ferestrelor) vor fi prevazute suprafete încalzitoare suplimentare (în peretii exteriori, de exemplu).

Avantajul principal îl constituie însa eliminarea corpurilor aparente de încalzire, deci mai mult spatiu disponibil, mai multa libertate arhitecturala. Spatiul astfel câstigat, în cazul cladirilor sociale, poate constitui o economie importanta .Un alt avantaj îl constituie posibilitatea utilizarii plafonului pentru racirea încaperii în timpul verii, deci un plafon reversibil.

Acest sistem se poate aplica cu precadere la muzee, sali de expozitie, spatii comerciale .Datorita avantajelor igienice este raspândit în spitale, sanatorii, centre medicale.Posibilitatea reversibilitatii încalzirii prin plafon, deci a racirii încaperii pe timp de vara, constituie un atu pentru alegerea sistemului de încalzire prin plafon în cazul cladirilor administrative si de birouri .

54

Încalzirea prin pereti

Transformarea peretilor încaperii în suprafete încalzitoare, prin înglobarea unei serpentine, este posibila cu urmatoarele mentiuni :

peretii exteriori necesita o izolatie termica suplimentara ; exista pericolul perforarii serpentinei, în special în cazul cladirilor de locuit (de

exemplu, cu suporti pentru tablouri); amplasarea mobilierului limiteaza fluxul termic radiant al peretilor .

Sistemul de încalzire prin pereti se poate utiliza în diferite variante :

în sistem individual în combinatie cu sistemul de încalzire prin pardoseala

în combinatie cu sistemul de încalzire cu radiatoare

Incalzirea prin pereti

La montajul unor panouri incalzitoare in pereti, temperatura acestora poateajunge la 70oC fara a crea disconfort. Se pot folosi serpentine inglobate direct in peretii exteriori, izolati corespunzator, fie panouri din beton sau panouri metalice montate pe pereti sau in nise in partea inferioara a acestora p=na la inaltimea de 1,5 m. Suprafetele disponibile pentru montarea panourilor fiind limitate, este necesar uneori a folosi si a doua fata a panoului pentru cedare de caldura prin convectie si in acest scop se lasa intre panou si perete un spatiu de 0.05 m pentru circulatia aerului, fig.6.7–c.

55

Fig. 6.7 Panouri radiante de perete

a) panou `nglobat `n perete;

b) panou montat la fata interioar\a peretelui;

c) panou distantat de perete;

1 –panou; 2 –izolatie termic\.

In acest caz schimbul de caldura prin convectie poate fi preponderent.

Solutia incalzirii cu panouri de perete nu este in general folosita deoarece chiar in cazul montarii distantate nu se pot asigura suprafetele de montaj mari necesare pentru a furniza caldura ceruta in cazul incaperilor de colt sau de la ultimul etaj. De asemenea solutia nu prezinta avantaje tehnice sau economice in raport cu incalzirea clasica cu radiatoare. incalzirea prin perete poate fi totusi utilizata in combinatie cu incalzirea prin plafon in scopul corectarii bilantului termic la schimbul de caldura omsuprafete reci delimitatoare.

Incalzirea prin radiatie de temperatura medie

Avantajoasa pentru incalzirea halelor industriale, incalzirea prin radiatie de temperatura medie consta in amplasarea in partea superioara a incaperilor la inaltime convenabila, a unor panouri sau benzi formate din panouri radiante alimentate cu caldura printr-un agent termic cu parametrii ridicati: apa fierbinte sau aburul de presiune medie. Panourile sunt astfel concepute si amplasate incat majoritatea fluxului termic emis prin radiatie sa fie dirijat catre zona de lucru

Zona superioara de deasupra panourilor se incalzeste prin efecte secundare (convectie + radiatie) la un nivel de temperatura comparabil cu al zonei inferioare, gradientul de temperatura fiind relativ mic. Acest aspect cat si faptul ca radiatia directa asupra omului face posibil echilibrul termic la temperaturi ale aerului cu 3 –5oC mai mici decat in cazul incalzirii cu aer cald, conduce la economii energetice de pana la 20%. Economii importante, care

56

reduc substantial dezavantajul unui consum mai mare de metal in comparatie cu incalzirea cu aer cald, sunt realizate si prin eliminarea consumului de energie electrica necesar vehicularii aerului ca si prin simplificarea exploatarii si intretinerii.

Panouri radiante

Tipurile de panouri produse si utilizate in diferite tari au o structura relativ comuna: un registru din tevi de otel parcurs de agentul incalzitor si un ecran montat deasupra registrului de tevi, izolat termic la partea superioara. Se disting doua tendinte in constructia panourilor, fig. 6.8: cea franceza la care contactul teava-ecran este slab (prindere cu bride sau simpla rezemare) sau contactul lipseste (montare distantata) si cea engleza la care se urmareste un contact teava-ecran cat mai bun.

Fig. 6.8. Tipuri de panouri radiante de temperatur\medie

a) –cu ecran `n contact bun cu registrul din tevi;

b) –cu ecran `n contact slab;

c) –cu ecran distantat.

Prima prezinta avantajul unei tehnologii de executie simple si posibilitatea utilizarii pentru ecran a materialelor nemetalice ca: azbocimentul, polistirenul armat cu fibre de sticla, sticla si altele. A doua solutie, in care ecranul se realizeaza din metal (otel, aluminiu) prezinta avantajul unei temperaturi mai ridicate a ecranului si in consecinta a unui flux termic unitar mai mare, ceea ce conduce la consumuri specifice de material mai reduse.

Panourile cu contact bun intre teava si ecran, fig. 6.8. a, au registrul confectionat din tevi de 3/8”…1” si ecranul confectionat din tabla de otel de 0,5 –1,25 mm grosime.

Tabla este profilata astfel incat sa imbrace tevile pe jumatate din circumferinta si sa rezulte pe lateral doua borduri inclinate la 45opentru a impiedica circulatia naturala a aerului si deci schimbul de caldura prin convectie intre serpentina si aerul incaperii. Contactul teava-ecran se asigura prin sudura electrica prin puncte pe generatoarea tevilor serpentinei. Peste ecran se prevede o izolatie termica din vata minerala protejata cu o imbracaminte din folie

57

metalica sau de material plastic. Din panouri cu latimi pana la 1m si lungimi pana la 6m se alcatuiesc benzi cu lungimi pana la 25 m la capetele carora se prevad distribuitoare respectiv colectoare.

Montarea benzilor radiante se face in pozitie orizontala prin suspendare de elementele de constructie (ferme, grinzi, plansee) cu ajutorul tirantilor prevazuti cu dispozitive de intindere pentru a realiza planeitatea benzii. Acest sistem permite dilatarea libera evit=nd aparitia unor eforturi care pot duce la deformari ale sistemului.

Benzile trebuie astfel amplasate inc=t sa asigure o incalzire uniforma a zonei de lucru, sa nu stinghereasca procesul tehnologic si sa nu impiedice patrunderea luminii naturale in hala, fig. 6.9 .

Benzile se pot racorda la reteaua de distributie a agentului termic in paralel sau in serie.

La folosirea aburului ca agent termic racordarea benzilor se face in paralel, fig.6.10.

Fig. 6.9 Amplasarea benzilor radiante

a)–direct pe plafon;

b)–distantat de plafon;

c)–la niveluri diferite.

Astfel, prin folosirea aburului se realizeaza o temperatura medie a panoului constanta in lungul benzii, se obtine o incalzire rapida iar suprafata necesara a panourilor va fi mai mica dec=t in cazul utilizarii apei fierbinti. Apar insa dificultati la reglarea instalatiei functie de temperatura exterioara, recurgandu-se in acest scop la scoaterea din functiune a unor panouri.

58

Fig. 6.10 Alimentarea cu abur a panourilor radiante

a)alimentarea cu grupuri distincte;

b) alimentarea cu grupuri intercalate

1 –panouri; 2 –conduct\de abur; 3 –conduct\condens; 4 -distribuitoare

In cazul alimentarii cu apa fierbinte benzile trebuie inseriate pentru a se obtine lungimea necesara realizarii integrale a ecartului de temperatura ducere-intoarcere, astfel incat agentul termic sa ajunga la sursa de caldura cu temperatura corespunzatoare graficului de reglaj calitativ.Acesta cerinta determina o temperatura medie a panoului variabila in lungul benzii si pentru a asigura incalzirea uniforma a zonei de lucru este necesar ca doua benzi alaturate sa fie parcurse de agentul termic in sensuri inverse , fig. 6.11 .

Fig. 6.11 Alimentarea cu ap\fierbinte a panourilor radiante

59

a)–alimentarea cu agent termic a benzilor radiante;

b)–alc\tuirea unei benzi din mai multe panouri radiante.

Incalzirea prin radiatie de temperatura inalta

Radiantii de temperatura inalta pot fi folositi pentru incalzirea incaperilor, a unor zone limitate din incaperi precum si pentru ameliorarea climatului spatiilor deschise ca peroane, terase, terenuri de sport, tribune, amfiteatre in aer liber.

Sistemul este utilizat si in procese tehnologice de uscare, coacere, tratare si prelucrare termica, permit=nd o incalzire rapida si concentrarea radiatiei intr-o zona data.

Aceste sisteme au dezavantajul utilizarii energiei electrice sau a combustibililor superiori, in acest ultim caz impun=ndu-se automatizarea proceselor de aprindere si supraveghere a arderii pentru a se evita pericolul de explozie sau incendiu.

Randamentul radiantilor este ridicat chiar si in cazul utilizarii combustibililor deoarece arderea este aproape completa dar si pentru faptul ca gazele de ardere se racesc p=na la temperatura incaperii. Apare insa dezavantajul consumului de oxigen din incaperi c=t si difuzia monoxidului si dioxidului de carbon ca si a vaporilor de apa in spatiul incalzit.

Radianti electrici

In baza efectului Joule, radiantii electrici pot emite in infrarosu (temperaturi p=na la 900oC) sau in spectrul luminos (temperaturi p=na la 2000oC). in instalatiile de incalzire se folosesc de regula radianti in infrarosu al caror element incalzitor este alcatuit dintr-un rezistor montat intr-un tub de otel aliat cu crom. Ca dielectric se utilizeaza oxidul de magneziu sau alte materiale izolatoare electric si rezistente la temperatura. Puterile uzuale ale elementelor incalzitoare sunt de aproximativ 1000 W/m, aceste elemente fiind montate in suporti metalici cu rolul de sustinere, protectie si dirijare a fluxului termic in directia dorita.

Radianti cu gaze

Radiantii cu gaze, fig. 6.12, sunt realizati in principiu dintr-o camera de amestec 1, pentru gaze naturale si aer de combustie, camera care se continua cu un reflector din tabla de aluminiu polizata 2. Amestecul de gaze naturale si aer trece in camera de amestec printr-un ajutaj 4 care favorizeaza patrunderea aerului prin fenomenul de ejectie determinat de jetul de gaze ce iese prin duza 3. Amestecul combustibil difuzeaza prin placa ceramica poroasa 5 si se aprinde din exterior cu flacara deschisa sau scanteie electrica.

60

Fig. 6.12 Radianti cu gaze

a)–schem\de alc\tuire a radiantului;

b)–vedere din fat\.

Initial arderea are loc la o anumita distanta de placa, apoi, pe masura cresterii temperaturii acesteia arderea se apropie de suprafata placii pentru ca la intrarea in regim, c=nd placa atinge temperatura de 800 –900oC devenind incandescenta, arderea sa se produca chiar in porii placii, devenind foarte stabila si completa.

Combustibilii utilizati in mod frecvent sunt gazul natural, biogazul sau gazele de sonda la presiunea de 3000 Pa, obtinandu-se randamente de 96%.

La utilizarea radiantilor cu gaze naturale trebuiesc luate masuri severe impotriva cresterii in incapere a concentratiei de dioxod de carbon peste limitele admise, pentru evacuarea vaporilor de apa rezultati din ardere, pentru limitarea marimii fluxului radiant asupra capului si pentru evitarea oricarui pericol de incendiu si explozie.

Radianti cu combustibil lichid

Pentru ameliorarea conditiilor de temperatura pentru perioade scurte, in unele spatii deschise se folosesc radianti mari, la care temperatura ridicata a unor placi ceramice este obtinuta prin arderea combustibilului lichid intr-un focar independent dispus in spatele placii. Sistemul se suspenda la inaltime pe stalpi iar injectorul este alimentat de la sol.

61