Necesarul de caldura pentru incalzire

Necesarul de caldura pentru incalzire

Conditii climatice de calcul

Temperatura aerului exterior iarna

Pentru calculul instalatiilor de incalzire intereseaza temperatura stratului de aer din apropierea suprafetei Pamantului. Corespunzator ciclului anual si diurn al radiatiei solare intalnim o variatie anuala, lunara si zilnica a temperaturii aerului exterior. Temperatura aerului exterior mai este influentata de altitudine, de departarea localitatii considerate fata de mari si oceane. Pentru instalatiile de incalzire este necesar a se cunoaste in cazul unei localitati date variatiile de temperatura lunare si in mai mica masura variatiile zilnice.

Daca s-ar urmari descrierea completa a regimului anual de temperatura al unei localitati ar trebui sa apelam la 7 curbe de temperatura:

o      maxima absoluta lunara;

o      media maximelor lunare;

o      media maximelor zilnice;

o      temperatura medie lunara;

o      media minimelor zilnice;

o      media minimelor lunare;

o      minima absoluta lunara.

In practica, in fiecare tara se adopta anumite temperaturi standard stabilite dupe o anumita metoda.

Constructiile interactioneaza cu mediul ambient in care se gasesc amplasate si corespunzator modului de alcatuire al cladirilor din punct de vedere al masivitatii termice vor rezulta conditii interioare diferite. Apare deci necesara o corelare intre conditiile exterioare, interioare si constructie, astfel incat conditiile interioare pe care le asiguram intr-o incapere sa fie identice in cazul folosirii unor materiale cu inertii termice diferite pentru elementele exterioare.

Temperatura exterioara de calcul

Teritoriul Romaniei a fost impartit in 3 zone de temperaturi exterioare conventionale de calcul in functie de valorile temperaturilor exterioare conventionale de calcul pentru elementele de constructie etalon (fig. 2.1)

Zona I  (-12°C), pentru temperaturi de -11 -13°C.

Zona II  (-15°C), pentru temperaturi de -14 -16°C.

Zona III   (-18°C), pentru temperaturi de -17 -19°C.

Valorile temperaturilor exterioare conventionale de calcul pentru principalele localitati din Romania sunt indicate in tabelul de mai jos.

Temperatura exterioara de calcul

Asigurarea unei temperaturi superficiale interioare prescrise

Izolarea termica a elementelor exterioare de constructie se determina in asa fel incat, in conditiile functionarii permanente a instalatiei de incalzire, sa fie respectate anumite diferente de temperature intre aerul interior si suprafata interioara a elementului exterior de constructie considerat. Pe baza fluxului termic scris in regim stationar pentru un perete exterior se obtine valoarea de calcul a coeficientului global de transfer de caldura:

= temperatura superficiala interioara a elementului exterior de constructie [°C];

= temperatura aerului interior [°C];

= temperatura aerului exterior [°C];

= coeficientul de transfer termic prin suprafata [W/m²K]; kcal/m²h°C].

Valorile sunt indicate in tabelul urmator:

Valorile diferentei maxime de temperatura

Grupa cladirii	Felul cladirilor si incaperilor		[°C]
				Pereti exteriori [grd]	Acoperisuri terase [grd]	Plansee + pardoseli [grd]
I	Cladiri sociale cu necesitati sani- nitar-igienice ridicate (spitale, gradinite de copii, crese etc.) Cladiri de locuit
II	Cladiri sociale cu regim de tem-peratura si umiditate normala (teatre, cinematografe, aule, scoli, cluburi si incaperi anexe ale in-treprinderilor, cu exceptia inca-perilor cu regim umed si foarte umed)
III	Cladiri de productie cu regim de umiditate normala si cu degajari de caldura neinsemnate
IV	Idem, cu regim de umiditate scazut (hale de sudat, de mobile)	<50
V	Cladiri de productie cu degajari insemnate de caldura si cu regim de umiditate scazut (hale pentru prelucrari termice)	<50
VI	Cladiri de productie cu regim de umiditate ridicat (tesatorii, filaturi)
VII	Idem, cu regim de umiditate foarte ridicat, unde se admite condensa-rea vaporilor pe suprafetele interi-oare ale peretilor (albitorii). Idem, pentru bai si dusuri	>75 >75

¹) - este temperatura punctului de roua.

Valorile astfel calculate asigura in acelasi timp si conditia de impiedicare a condensarii vaporilor de apa din aerul incaperilor pe suprafetele interioare ale peretilor exteriori ai acestora.

Bilantul termic global al unei incaperi

Relatii de calcul

Sarcina de incalzire (sarcina termica de iarna) a unei incaperi:

- degajarile de caldura de la oameni;

- degajarile de caldura de la iluminatul electric (se iau in calcul pentru orele de functionare a acestuia);

- degajarile de caldura de la cuptoare,

- degajarile de caldura de la alte surse de caldura din incapere;

- pierderile de caldura ale incaperii + necesarul de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat;

- consumul de caldura pentru incalzirea aerului race care patrunde la deschiderea usilor, ferestrelor;

- consumul de caldura pentru incalzirea materialelor, masinilor si utilajelor reci care se introduc in incapere;

- consumul de caldura pentru evaporarea umiditatii (in cazul in care caldura necesara evaporarii este preluata de la aerul interior);

- alte consumuri de caldura.

Schema pentru bilantul anual de energie consumata la incalzirea unei cladiri si prepararea apei calde

Necesarul de caldura al unei incaperi

Incaperilor de orice fel, in sezonul friguros, pentru a fi mentinute la un anumit nivel de temperatura, trebuie sa li se furnizeze un debit caloric orar care sa compenseze pierderile de caldura pe care le sufera acestea. Cantitatea totala orara de caldura astfel definita reprezinta necesarul de caldura al unei incaperi si se exprima conform STAS 1907/1-80 prin relatia:

- pierderea de caldura prin transmisie a incaperii;

- necesarul de caldura pentru incalzirea aerului de infiltratie

suma adaosurilor la pierderea de caldura prin transmisie [%] (adaosul pentru orientare si adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci).

Adaosul pentru orientare A_o s-a introdus in primul rand pentru a diferentia necesarul de caldura al incaperilor diferit expuse radiatiei solare indiferent daca acestea se afla la parter sau etaj. In al doilea rand, se tine seama de faptul ca elementete de constructie expuse radiatiei solare au un procent mai redus de umiditate si, in consecinta, un coeficient de conductie termica mai redus, ceea ce inseamna o pierdere de caldura mai mica. Acest adaos afecteaza pierderile de caldura prin transmisie ale incaperilor cu pereti exteriori. Valorile adaosului pentru orientare A_o se dau in tabelul de mai jos. In cazul incaperilor cu mai multi pereti exteriori se va considera adaosul pentru peretele cu orientarea cea mai defavorabila.

Valorile adaosului pentru orientare Ao

Adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci A_c s-a introdus pentru a suplini cresterea schimburilor de caldura prin radiatie ale oamenilor aflati in apropierea suprafetelor cu temperaturi simtitor mai scazuta (in special ferestre si usi exterioare), decat a ambiantei. Acest adaos se aplica in cazul incaperilor a caror rezistenta medie la transfer termic R_m   nu depaseste 10 m²K/W.

S_t [m²] este suprafata tuturor elementelor delimitatoare (exterioare si interioare) ale incaperii.

Cladirile sau incaperile destinate serviciilor administrative, financiare, contabile, scolarizarii cadrelor sau elevilor, proiectarii, pregatirii productiei, de protocol etc. se supun din punct de vedere al proiectarii prescriptiilor privitoare la cladirile civile.

Pierderea de caldura prin transmisie

- pierderea de caldura prin transmisie prin pereti si plafon;

- pierderea de caldura prin pardoseala incaperii sau pentru incaperi cu pardoseala sub nivelul solului, prin toata suprafata in contact cu solul.

Pierderea de caldura prin pereti sau plafon

m_i - coeficientul de masivitate termica al elementului de constructie i;

S_i - suprafata elementului de constructie i [m²];

R_oi = rezistenta la transfer termic al elementului de constructie i [m²K/W; m²h°C/kcal];

t_in - temperatura aerului interior [°C];

t_ext = temperatura aerului exterior [°C].

Pierderea de caldura prin sol

Pierderea de caldura prin pardoselile cladirilor si prin peretii in contact cu solul, comparativ cu pierderile de caldura prin pereti si plansee este mult mai mica (aproximativ de 20 ori). Daca se tine seama insa de faptul ca in ultima vreme gradul de izolare termica a elementelor perimetrale creste permanent, si ponderea pierderii de caldura prin pardoseala se mareste continuu, este necesara evaluarea corecta a acestei pierderi.

Metoda STAS 1907/1-80

Metodologia de calcul dupa actele normative in vigoare (STAS 1907/1-80) indica urmatoarea relatie (diferita de cea continuta in vechiul standard 1907-68) de calcul pentru pierderea de caldura prin sol :

= aria suprafetei in contact cu solul [m²] (pardoseala + peretii aflati sub nivelul solului);

= aria unei benzi cu latimea de 1 m situate de-a lungul conturului exterior al suprafetei [m²];

= rezistenta termica a pardoselii si solului cuprins intre pardoseala si panza de apa freatica [m²K/W; m²h°C/kcal];

= rezistenta termica a benzii de contur la trecerea caldurii catre aerul exterior [m²K/W; m²h°C/kcal].

= temperatura solului si a apei freatice, considerate +10°C pentru toate zonele climatice ale tarii.

Rezistenta termica a pardoselii si solului:

- grosimea straturilor pardoselii sau peretelui in contact cu solul [m];

- coeficientul de conductie termica corespunzator straturilor pardoselii

Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului de infiltratie

Aerul infiltrat in halele ventilate in suprapresiune se va lua in consideratie numai daca debitul infiltrat depaseste debitul de aer refulat de instalatia de ventilatie.

Rezistenta la transfer termic de calcul corectata pentru pereti exteriori

Rezistenta termica R_o

Rezistenta la transfer termic de calcul pentru ferestre

Inaltimea halei H [m]

Factorul de corectie pentru luminatoare

Rezistenta la transfer termic de calcul pentru plafoane

Influenta vitrarii asupra pierderilor de caldura ale unei cladiri

Evolutia constructiilor a condus permanent la marirea suprafetei vitrate si a gradului de vitrare (raportul dintre suprafata vitrata si suprafata totala de inchidere) in general. In prezent ferestrele oricarei constructii au suprafete mult mai mari decat cele rezultate din considerente igienico-sanitare.

Paralel cu efectele pozitive au aparut si efecte negative insotitoare: pierderile de caldura s-au marit simtitor, iar vara, ca urmare a aporturilor datorita insolatiei, temperatura aerului interior atinge valori importante, depasind de cele mai multe ori pe cele admisibile.

Pentru a pune in evidenta influenta gradului de vitrare se pleaca de la expresia pierderilor de caldura (de exemplu pentru pereti):

- coeficientul total de transfer termic al ferestrei, respectiv al peretelui exterior [W/m²K; kcal/m²h°C];

- suprafata ferestrelor si respectiv a peretilor exteriori [m²];

- suprafata totala exterioara prin care se pierde caldura;

- coeficientul global de transfer termic echivalent.

Notand cu coeficientul de vitrare, rezulta:

Ultma relatie a fost reprezentata grafic in figura de mai jos pentru trei tipuri de ferestre (simple metalice, cuplate metalice, duble de lemn) si pentru diversi coeficienti totali de transfer termic ai peretilor (k_PE= 0,5.2 kcal/m²h°C)

Relatia si nomograma arata ca necesarul de caldura creste liniar cu si ca la un grad de vitrare dat, pierderea de caldura prin transmisie creste vizibil in functie de coeficientul k_F.

Marimea gradului de vitrare atrage dupa sine intr-o oarecare masura si marirea debitului de aer infiltrat, deci creste necesarul de caldura pentru incalzirea acestuia.

Pentru situatia de iarna, nomograma poate furniza cu suficienta exactitate date privind aprecierea necesarului de caldura suplimentar in functie de felul ferestrelor, deci si a costului energiei termice suplimentare.

Coeficientul de vitrare

Coeficientul echivalent de transfer termic functie de gradul de vitrare al unei cladirii