Dimensionarea si alegerea utilajelor si echipamentelor pentru izolarea termica a locuintei

Dimensionarea si alegerea utilajelor si echipamentelor pentru izolarea termica a locuintei

1. Alegerea si dimensionarea corpurilor de incalzire statice

Corpul de incalzire se alege functie de preferintele beneficiarului, posibilitatile de amplasare, specificul incaperii si activitatii si nu in ultimul rand de parametrii termohidrodinamici ai agentului termic.

Calculul de dimensionare se face in conformitate cu prevederile generale din STAS 1797/2, corelate cu prevederile particulare ale normelor de fabricatie, instructiunilor de utilizare, prospectelor si agrementelor corpurilor de incalzire.

Marimea si numarul corpurilor de incalzire montate intr-o incapere se determina prin calcul astfel incat puterea termica "Φ' a acestora sa fie cel putin egala cu necesarul Q al incaperii conform SR 1907-1

In proiect vom promova in general radiatoarele din tabla de otel PLATTELLA in sistem bitubular.

Puterile termice ale corpurilor de incalzire sunt date de producator pentru temperaturile agentului 90-70°C functie de marimea corpurilor de incalzire.

In aceasta varianta "a cunoasterii puterii nominale Q_n[w/corp] a fiecarei tipodimensiuni de corp de incalzire' se alege corpul cu acea tipodimensiune ce corespunde relatiei:

[w/corp]

In care:

- C_t - coeficientul de corectie pentru diferite medii de temperatura altele decat cea nominala functie de exponentul n=1,3

- C_r- coeficientul ce tine seama de modul de racordare. In cazul nostru avand in general racordarea "in linie' si C_r=1,0.

C_m - coeficientul ce tine seama de locul si modul de montare . In cazul proiectului este pe peretele exterior la fereastra cu pervaz la 150mm de la niplu. Se alege C_m=0,97

C_h- coeficientul de altitudine ; C_h = 1,0

- C_v-coeficientul pentru culoarea corpului
Pentru produse livrate gata vopsite , C_v=1,0

Deci in final:

in continuare se prezinta caracteristicile corpurilor de incalzire PLATTELLA prevazute in cadrul proiectului in obiectivul "Locuinta individuala'.

Centrala termica dispune de agent termic apa calda 95/75 °C

Tabel. Caracteristicile corpurilor de incalzire montate in incaperile vilei.

Nota

*Necesarul de caldura este acoperit prin sisteme mixte de incalzire

Camera de zi, supanta si holul prin pardoseli radiante

Mansarda prin pardoseli radiante si radiatoare PLATTELLA **Corpurile de incalzire sunt registre de tip IRIC.

In general radiatoarele se vor amplasa sub pervazul ferestrelor.

2. Dimensionarea din punct de vedere termic a pardoselilor radiante

a) Prevederi teoretice privind algoritmul de calcul

In prezentarea relatiilor de calcul si precizare a caracteristicilor pardoselilor radiante (cu instalatia de incalzire inglobata in pardoseala) s-a adoptat elementele sistemului de incalzire LAING QUALITHERM 2000, utilizand posibilitatile oferite de acestea.

Calculul necesarului de caldura al incaperilor

Necesarul de caldura se va calcula conform S.R 1907-1 tinand cont de conditiile specifice ale incalzirii prin pardoseala radianta.

In incaperile cu pardoseala radianta nu este nevoie de corectie de temperatura pentru sistemul termic.

Calculul de predimensionare a incalzirii prin pardoseala radianta

Scopul consta in adoptarea deciziilor globale referitoare la pardoseala radianta.

In functie de necesarul specific de caldura se decid camerele care vor fi incalzite astfel, care necesita si alt sistem de incalzire si ce caracteristici necesita sistemul adoptat.

La dimensionarea incalzirilor prin pardoseala radianta se recomanda ca
valoarea rezistentei la transfer termic a pardoselilor camerelor a suprafetelor utile
sa se ia :

R_pd=0,1 m²k/w

Prin adoptarea treptei de temperatura de dimensionare se poate determina temperatura maxima a ramurii tur.

Se recomanda:

Δt_a = t_t - t_r = 6°c

Daca:

, [°C] si daca

, , [°C]

Diagramele de dimensionare pentru sistemul LAING au fost determinate cu urmatorii parametri:

Densitatea de pozare T = 0,075..0,15..0,3 m

Grosimea stratului de sapa s_s = 0,045m si conductivitatea termica a tubului

_CD = 1,2 w/mk

Tubul de incalzire LAING VPE O20 x 2,0 [mm] d_t = 0,02 m _ct w/mk

Placa izolanta: tip LAING QUALITHERM 2000 _cz = 0,04 w/mk

Cedarea caldurii in jos

In cazul unui planseu intermediar caldura cedata in jos este:

Q_js = K_js * A_s * (t_sm - t_je) , [W]

Unde:

, [w/m² °k]

R_sz = - izolatie

R_sp - planseu

R_st = - tencuiala

In cazul planseelor turnate direct pe sol se va folosi pentru banda periferica de pana la 1,0m, caldura cedata este redata prin relatia:

Q_js = K'_js * I_p * (t_sm - t_je) , [W]

Determinarea ecartului de temperatura pentru un circuit "n oarecare, nedeterminat termic si hidraulic:

Daca , [°C]

si daca ,[°C]

Dimensionarea din punct de vedere termic a incalzirii prin pardoseala radianta

Se determina campurile cu densitati de pozare diferite, calculate cu temperatura agentului termic determinate in partea precedenta.

Se va imparti suprafata unei incaperi in suprafata utila si suprafata periferica distribuirii functie de raportul suprafetelor puterea termica aferenta.

Pentru incaperea a n-a:

Q_n=, [w/m²]

Unde:

A_sn,A_pn, A_un - suprafata de incalzire totala, a celei periferice, respectiv a celei utile [m²];

q_n, q_pn, q_un - puterea specifica a incaperii, a suprafetei periferice, respectiv a celei utile [w/m²] 

b) Calculul caldurii cedate de pardoseala radianta

Cedarea de caldura spre incaperea incalzita a pardoselilor de tip LAING se determina conform normelor DIN 4725 utilizand metodologia firmei.

Algoritmul de dimensionare a pornit de la faptul ca o suprafata de pardoseala data, avand o temperatura impusa, in cazul proiectului "t_s"_max, va ceda acelasi flux termic in orice incapere avand temperatura interioara "t".

In schimb, pentru fiecare sistem de incalzire prin pardoseala radianta, exista un flux maxim admisibil "q"_max.

Aceasta se calculeaza punand urmatoarele conditii: Pentru suprafetele utile si baie :

T_Smax=29°C respectiv 33°C din care t_Smax-t_i=9 C si pentru suprafata periferica :

T_Smax=35°C din care t_Smax-t_i=15°C

Fluxul termic la suprafata pardoselii este determinata de :

Densitatea de pozare a tubului - T(m)

Stratul acoperitor de sapa , ca strat distribuitor de caldura si de rezistenta cu

grosimea "s_a" (m) si conductivitate termica _cs(w/mK);

Diametrul exterior al tubului d_t(m) si conductivitate termica a tubului

λ(w/ m K)

- Rezistenta la transfer termic a pardoselii finite - R_pd(m²K/w)
Fluxul termic se calculeaza cu formula:

K_ps x Δt_m [w/m²]

Unde K_ps este transmisivitatea termica a pardoselii

Calculele de proiectare a instalatiei de incalzire prin pardoseala a unei incaperi

Incaperile prevazute a fi dotate cu pardoseli radiante sunt prevazute in tabelul de mai jos.

Rezistenta la transfer termic a pardoselilor finite:

Pardoseala de parchet de 2,0 cm - (extras din [])

R=0,075 m²k/w (a se vedea fig 5.1 din [])

Luand in considerare ca in camera de zi si pe hol se va asterne ulterior un covor se considera pentru siguranta R=0,1 m²k/w

a) Calculul de predimensionare

Se propun configuratiile prezentate in plansele anexate.

Avem tabelul de mai jos cu suprafetele radiante pe campuri

Necesarul specific de caldura la camerele P01 si E01 sunt destul de mari ceea ce presupune eventualitatea incalzirii si prin alte mijloace - se va alege un pas mai mic.

S-a propus in tabelul anterior suprafete si pasi de retea de 75mm si 150mm.

Astfel pentru camera de zi cu q_nec = 138 w, pentru R = 0,1 m²k/w rezulta din diagrama 5.8 [] o supratemperatura Δt_Tm = 35°C pentru T = 75mm si Δt_Tm = 42°C pentru T= 150mm.

Din conditia temperaturii maxime admise la suprafata pardoselii avem urmatoarele fluxuri maxime admise:

Avand relatia:

q_max =α_i (t_smax - t_i)

rezulta:

Pentru suprafete utile active: q_max = 8 9 = 72 w/m²

Pentru suprafete utile periferice: q_max = 6 * 15 = 90 w/m²

Utilizand diagrama 5.8 din [ ], admitand realizarea fluxului maxim rezulta:

si

In realitate trebuie sa existe egalitatea intresi sau sa adoptam retea in paralel.

Adoptam o singura retea si utilizand diagrama rezulta:

Pentru q₁₅₀ = 72 w/m² o diferenta Δt_Tm = 22°C

Si pentru Δt_Tm = 22°C un flux q₇₅ = 91 w/m².

Avand un circuit foarte lung se adopta Δt_T - (t_SE - t_SV) = 10°C si intrucat

, avem :

Dimensionarea din punct de vedere termic a incalzirii prin pardoseala radianta

Conform relatiei prezentate anterior suprafetele radiante cedeaza urmatoarele cantitati de caldura:

Camera de zi:

- Hol parter:

Q_hp = 8 · 72 = 576 w <935 w

- Supanta si hol:

Q_sh = 6 · 91 + 8 · 72 = 1122 W < 3160

Avand in vedere spatiul comun al camerei de zi cu spatiul subpantei vom proceda astfel:

- La etaj incalzirea subpantei si holului se considera numai prin pardoseala si

are Q_pde = 1120 w si diferenta 3160 - 1120 = 2040 W se instaleaza la parter.

- La parter, holul are incalzire prin pardoseala cu Q_pdph= 575 W diferenta de

935 - 575 = 360 W alocandu-se camerei de zi;

- La parter,camera de zi are incalzire prin pardoseala cu Q_pczi=1380 w si un rest

de 3620 - 1380 = 2240 W prin radiator.

Raman de instalat receptori de incalzire pentru preluarea pierderilor neinstalate:

Q_pne = 2040 + 360 + 2240 = 4640 W

Se prevede montarea de corpuri statice.

Conform configuratiei retelei incalzitoare a pardoselii mansardei suprafetele radiante sunt:

Suprafata cu retea mixta pasuri 75 si 150mm avand S_m1 = 6,25 m² si

S_m2 = 11,25 m² si

Suprafata echer cu pasul 150mm S_e = 1,2 * 4,6 * + 2,3 * 1,5 = 9 m².

Rezulta:

S_TM = S_m1 + S_m2 + S_e = 6,25 + 11,25 + 9,0 = 26,5 m² Cantitatea de caldura radiata in sus este:

*91+

In care s-au considerat:

q₇₅ = 91 w/m² si q₁₅₀ = 72 W/m²

caldura radiata in sus de pardoseala este:

76 x 29,23 = 2200 W.

Mansarda avand Q_nec = 4840 W ramane a fi instalat in radiatoare

4840 -2200 = 2640 W.

Caldura in jos se duce in procente:

50% - baie E05

20% - hol E01

15% - dormitor E02

15% - dormitor E04

Calculul caldurii cedate in jos

Aceasta caldura intereseaza pentru incaperile de la parter:

Pe de o parte caldura primita de la etaj;

Pe cealalta parte caldura pierduta in sol/subsol.

Conform relatiilor prezentate pentru planseul intermediar avem:

Si deci:

Pentru mansarda de sus in jos spre etaj:

Q_Msj = 0,78 x 29,23 x 385 W

Pentru parter de sus in jos spre parter:

Q_Esj = 0,78 x 14 x = 240 W

- Pierduta prin pardoseala radianta a parterului spre sol, avem:

3. Alegerea utilajelor din centrala termica

a) Alegerea cazanului

Cazanul se prevede pentru prepararea agentului de incalzire 90°C-70°C, cu functionare pe combustibil - gaz metan.

Capacitatea cazanului trebuie sa acopere urmatoarele necesaruri de caldura:

incalzire locuinta - (radiatoare/registre, pardoseli radiante) 25.400 W

apa calda de consum (necesarul pentru locuinta) 20.000 W

TOTALUL NECESAR este: 47.400 W

In continuare se expliciteaza valorile considerate:

- incalzire locuinta: 25.400 W.

Caldura pentru apa calda de consum este data de consumul de apa
(conform STAS 1474)

- Apa calda vila: G_av = 6 pers x 60l/pers.zi = 360l/zi

- Consumul de apa zilnic este de 360 l/zi in 10 ore/zi functionare, deci 36 l/h.

- Necesarul de caldura pentru incalzirea apei de la 13°C la 60°C este:

Q_acm = G x c x Δt 36 x 1 x (60 - 13) 17.000kcal/h20.000 W

Din ofertele cunoscute adecvat pretentiilor beneficiarului si cerintelor functionale ale locuintei se propune: cazanul VAILLANT-VK cu bloc de elementi din fonta.

b) Calculul vasului de expansiune

Volumul total V₀ al vasului de expansiune, volumul util V_u, volumul minim V_m in vasul de expansiune, volumul maxim admis V_M in vasul de expansiune, in baza legii Boyle-Mariotte avem:

V₀=V_u sau V₀=

Surplusul de volum V_u rezultat din dilatarea apei se determina tinand seama de valorile volumului specific al apei la 4°C (°V₃ = 1,000 dm³/kg) si la 95°C(V = 1,0396 dm³/kg).

Rezulta: V_u = 0,04 V unde V este volumul apei continut in instalatie.

Volumul de apa V in instalatie se apreciaza a fi de 30 1/1000 kcal/h = 0,03 l/kcal/h.

Avem: Q_inst = 60kw = 51600 kcal/h

Deci  V = 51600 x 0,03 = 1548 I

Avem:

Rezulta:

Si deci:

Se alege un vas de expansiune inchis cu membrana de 25,0 I.

c) Calculul pompei de circulatie a cazanului

Debitul de apa pentru Δt = 90-70°C si Q_inst = 51600 kcal/h se apreciaza in baza relatiei:

Pierderea de presiune pe traseu se estimeaza astfel:

P_caz = 1,5 m col. = 1,5 mbar.

P_D-C = 0,5 m col. = 0,5 mbar.

P_cond = 0,2 col. = 0,2 mbar. Total H = 2,2 m col .

Se alege o pompa tip GRUNDFOS, racord filet, tip VPS, P, = 50w

d) Alegerea boilerului din CT

Consumul zilnic al vilei este de 360l/zi. Pentru un schimb se apreciaza un consum de 80 I. Se alege un boiler de 120 I cu serpentina tip VAILLANT.

e) Butelie de egalizare a presiunii

Diametrul buteliei D_b rezulta din relatia: [mm]

In care:

Q - este debitul nominal de fluid [m³/h] iar

V - viteza fluidului in butelie [m/s]

Pentru v = 0,1 m/s diametrul buteliei este:

D_b = 60 [mm]

Firmele de specialitate prevad ca diametrul buteliei trebuie sa fie de 3 ori mai mare decat al conductei de racord de la cazane. Diametrul de racord la cazane este de 1'.

Puterea termica nominala a cazanului este de 60 kW (51.600 kcal/h).

Pentru

Din relatia:

, rezulta:

Deci:

D_b =60 =97mm

Se alege teava din otel de 100x3,5mm, care se incadreaza in recomandarile fabricantului.

Literatura exemplifica variantele de racordare a buteliei de egalizare a presiunii la instalatia de incalzire, precum sunt redate in figura de mai jos:

a) Variante de butelii cu un singur circuit secundar:

b) varianta pentru mai multe circuite secundare

In proiect se aplica varianta "b' cu distribuitor-colector avand Dn70 mm si racordurile:

-la cazan Dn25;

-la instalatia de incalzire cu corpuri statice -Dn25 mm;

-la instalatia Laing (pentru incalzire prin pardoseala) -Dn 25mm;

-la boilerul de apa calda -Dn 16mm.