Instalatii de Incalzire

Proiect de Instalatii de Incalzire

Partea I : Instalatii interioare

Sa se rezolve la nivel de proiect de executie instalatia de incalzire a imobilului de locuinte definit prin planurile de arhitectura anexate.

Date de proiectare:

Caracteristici geometrice ale cladirii

Conform planurilor de arhitectura

Caracteristici ale amplasamentului cladirii

Localitatea : Arad (zona climatica 2 ; zona eoliana 4 ; altitudinea 500 m)

Caracteristicile elementelor de constructii

a.      Elemente de constructii exterioare

i. Terasa

ii. Pereti

iii. Usi, ferestre : duble din lemn

b.     Elemente de constructie interioare

i. Plansee

ii. Pereti

iii. Usi, ferestre : simple din lemn

Alte date

a.      Parametri aerului exterior

i. Temperatura conventionala exterioara de calcul sC

ii. Umiditatea relativa

b.     Parametri aerului interior

i. Temperatura interioara : STAS 1907/92

ii. Umiditatea relativa

c.      Agentul termic utilizat

i. Apa calda din reteaua exterioara sC

d.     Inaltimea unui nivel curent

i.

Masuri privind izolarea termica a constructiilor

Un rol important in realizarea si mentinerea confortului termic cu consumuri energetice reduse revine elementelor de constructii exterioare, capacitatii acestora de a izola spatiul interior fata de mediul ambiant.

Acest deziderat nu trebuie sa influenteze negativ celelalte aspecte economice si de confort.

In functie de aceste considerente, pe baza unor studii tehnico-economice si energetice, se stabilesc pentru diverse categorii de cladiri criterii de calcul termotehnic si de dimensionare sau verificare a elementelor de constructie.

Rezistenta minima necesara a elementelor de constructii

Rezistenta termica a elementelor de constructii neomogene se calculeaza cu formula:

unde :

rezistenta la transfer termic superficial la nivelul suprafetei interioare ;

rezistenta la permeabilitate termica a stratului omogen de grosime si conductivitate , fiind un coeficient de calitate ce tine cont de tehnologia de fabricatie a elementelor de constructie sa.

rezistenta la transfer termic superficial la nivelul suprafetei exterioare ;

Rezistenta minima necesara rezulta in mod efectiv Aceasta rezistenta trebuie sa fie cel putin egala cu rezistenta maxima rezultata din conditia urmatoare :

in care :

rezistenta minima din conditia de condensare ;

rezistenta minima de asigurare a confortului (la radiatie rece) ;

conditia economica (costuri minime de investitie) ;

Conditia de evitare a condensarii

in care termenii implicati reprezinta :

rezistenta minima din conditia de condensare;

rezistenta la transfer termic superficial la nivelul suprafetei interioare;

temperatura interioara in incaperea cea mai calda;

temperatura exterioara conventionala de calcul;

temperatura punctului de roua determinat in functie de temperatura si umiditatea relativa a aerului interior;

coeficient de pozitie :

-la elementele exterioare;

-la elementele interioare;

Conditia de confort

unde :

rezistenta termica necesara din conditia de confort;

diferenta maxima de temperatura pentru evitarea fenomenului de radiatie rece ;

Conditia economica

Din considerente de optimizarea costurilor economice rezistenta se situeaza in punctul de minim al ecuatiei

Determinarea grosimii stratului de izolatie termica

In cazul in care pentru un element de inchidere dat nu se respecta relatia de verificare , se impun masuri privind marirea rezistentei termice a elementului, fie prin marirea grosimii unuia dintre straturile componente fie prin adaugarea uni alt strat de izolatie termica.

Pentru un strat de termoizolatie a carui grosime este necunoscuta, aceasta se poate determina cu formula :

astfel : ;

unde grosimea stratului de izolatie se moduleaza la un numar intreg de grosimi STAS.

Calculul necesarului de caldura

Instalatiile din cladiri trebuie sa asigure in perioada rece a anului necesarul de caldura pentru incalzire, ventilare si preparat apa calda de consum.

Necesarul de caldura pentru incalzire

Metoda de calcul este reglementata prin STAS 1907/1-80 potrivit careia necesarul de caldura pentru incalzire se determina cu relatia:

unde termenii implicati sunt :

pierderile de caldura prin elementele de constructie ;

necesarul de caldura pentru incalzirea aerului rece infiltrat din exterior

suma adaosurilor pentru compensarea efectului suprafetelor reci si pentru orientare;

Pierderile de caldura prin transmisie

Aceste pierderi au loc atat prin elementele de constructie in contact cu aerul pe ambele fete cat si prin elementele de constructie in contact cu pamantul .

;

Pierderile de caldura prin elementele de caldura in contact cu aerul pe ambele fete

in care :

coeficient de masivitate termica ;

suprafata elementului de constructie ;

diferenta intre temperatura aerului interior si a aerului din camerele invecinate sau a aerului exterior

rezistenta termica totala la transferul de caldura a elementului de constructie

Coeficientul de masivitate este dependent de indicele de inertie termica al elementului de constructie, putandu-se calcula cu relatia :

;

Pentru elementele de constructie fara inertie termica (usi, ferestre), coeficientul de masivitate are valoarea cea mai mare iar pentru elemente de constructie interioare (plansee, pereti interiori), acesta capata valoarea . In ceea ce priveste valoarea efectiva a coeficientului aceasta se poate calcula cu relatia :

unde:

rezistenta termica a elementului de constructie;

coeficient de asimilare termica;

Temperatura aerului interior este stabilita in STAS pentru incaperile mai des intalnite.

Temperatura aerului exterior conventionala de calcul pentru principalele localitati este data in functie de zona climatica pentru fiecare localitate.

Adaosurile la pierderile de caldura

La pierderile de caldura prin transmisie, calculate pentru fiecare incapere in parte , se adauga adaosuri procentuale pentru orientare si compensarea efectului suprafetelor reci .

Adaosul pentru orientare

Acest adaos se aplica in scopul diferentierii pierderilor de caldura ale incaperilor diferit expuse radiatiei solare, o singura data pentru peretele cu orientarea cea mai defavorabila.

Adaosul pentru compensarea efectelor suprafetelor reci

Acest adaos se aplica pentru imbunatatirea confortului termic in incaperile constructiilor civile. Valorile acestui adaos se aleg din nomograma in functie de rezistenta totala medie a incaperii.

unde :

suprafata totala a incaperii (pereti interiori, exteriori, planseu, pardoseala)

temperatura exterioara conventionala de calcul;

pierderile de caldura prin transmisie ale incaperii;

Exceptii:

Adaosul de compensare nu se acorda urmatoarelor incaperi :

-In care oamenii poarta imbracaminte de strada;

-Incaperilor incalzite prin radiatie;

-Incaperilor in care oamenii desfasoara o munca medie sau grea;

Adaosul de compensare se poate calcula cu relatia:

Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului rece patruns in incapere

Debitul de caldura necesar pentru incalzirea aerului exterior patruns in incapere rezulta din insumarea necesarului de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat prin neetanseitatile ferestrelor si usilor si debitul de caldura necesar incalzirii aerului patruns prin deschiderea usilor.

Debitul de caldura pentru incalzirea aerului rece infiltrat prin rosturile elementelor mobile se determina cu relatia:

in care:

factor de corectie depinde de numarul de nivele ale cladirii, tipul cladirii; pentru cladiri civile cu mai putin de 12 nivele

lungimea rosturilor elementelor deschizibile exterioare.

Cazuri:

In cazul in care elementele deschizibile se afla pe acelasi perete lungimea este egala cu suma lungimilor rosturilor de pe acelasi perete.

Daca acestea se afla pe doi pereti alaturati atunci lungimea este egala cu suma lungimilor rosturilor.

Daca se afla pe trei pereti exteriori atunci se ia in calcul maximul dintre suma lungimilor a doua rosturi aflate pe pereti alaturati.

Altfel daca se afla pe doi pereti opusi lungimea este egala cu maximul dintre suma lungimilor rosturilor de pe un perete.

coeficient de infiltratie depinzand de tipul cladirii precum si de materialul din care sunt confectionate usile

viteza vantului de calcul se alege in functie de zona eoliana

Debitul de caldura pentru incalzirea aerului rece patruns in incapere se determina cu relatia:

in care reprezinta suprafata usii cu frecventa cea mai mare de deschidere iar reprezinta frecventa de deschidere a usii

Proiectarea instalatiilor de incalzire interioare

Instalatiile de incalzire centrala sunt obligatorii atat la cladirile civile cat si la cele industriale cu respectarea urmatoarelor prevederi:

la cladirile civile si publice cu mai mult de 4 nivele

la crese si gradinite de copii, spitale, dispecerate cu mai mult de 50 locuri si mai mult de 2 nivele

la salile de spectacol cu o capacitate mai mare de 400 de locuri

Instalatii de incalzire cu apa calda

Instalatiile de incalzire cu apa calda se pot clasifica astfel:

dupa modul de circulatie al apei in conducte:

o      cu circulatie naturala

o      cu circulatie fortata

dupa numarul de conducte ce alimenteaza corpul de incalzire:

o      monotubulare

o      bitubulare

dupa modul de amplasare al conductelor:

o      cu distributie superioara

o      cu distributie inferioara

o      cu distributie mixta

dupa felul legaturii cu atmosfera:

o      deschise

o      inchise

Corpuri de incalzire

Amplasarea corpurilor de incalzire

La amplasarea corpurilor de incalzire se va urmari ca:

functionarea lor cu eficienta maxima

corelarea lor cu elementele de constructie

montarea la parapetul ferestrelor paralel cu peretii finisati

ca la casa scarii montarea elementilor sa de faca la parter

evitarea montarii elementilor in nise din pereti exteriori

mascarea corpurilor de incalzire in cazul folosirii agentilor termici cu parametri ridicati

evitarea montarii elementilor de incalzire sub distantele minime

Racordarea corpurilor de incalzire

La racordarea corpurilor de incalzire la coloane si la racordarea consumatorilor la coloane se va urmari ca:

circulatia agentului termic primar sa se realizeze de sus in jos

legaturile corpului de incalzire la coloana sa se faca de aceeasi parte a radiatorului dar numai in cazul in care nu este necesara legarea pe parti opuse

lungimea legaturilor curbate sa fie astfel aleasa incat sa se respecte distantele minime pana la coloana

Calculul de dimensionare al corpurilor de incalzire

Marimea si numarul corpurilor de incalzire montate intr-o incapere se determina prin calcul astfel incat cedarea de caldura a acestora sa egaleze pierderile de caldura calculate in conditii normale.

Suprafata de incalzire ce trebuie amplasata intr-o incapere se obtine din relatia de transfer termic in regim stationar astfel:

Diferenta medie de temperatura reprezinta diferentele intre temperaturile agentului termic, ca agent primar si temperatura aerului din incapere considerata constanta :

In cazul in care agentul primar are sub 115sC diferentele de temperatura devin:

Coeficientul global de transfer termic este o marime specifica, pentru fiecare corp de incalzire in parte determinandu-se experimental.

Dimensionarea radiatoarelor din fonta

Numarul de elemente se determina cu relatia:

in care :

puterea termica unitara a unui element de radiator determinata in conditii standard:

-agent termic primar apa calda sC

-agent termic primar abur sC

-temperatura interioara sC

-presiunea atmosferica bar

-tipul de racordare

-tipul vopselei

coeficienti ce tin cont de urmatoarele aspecte

coeficient de corectie a diferentei medii de temperatura

coeficient ce tine cont de caderea de temperatura a apei din radiator diferita de cea nominala

coeficient ce tine cont de tipul racordarii la coloane

coeficient ce tine cont de altitudine

coeficient ce tine cont de montajul radiatorului

coeficient ce depinde de natura si culoarea vopselei

coeficient ce tine cont de numarul de elemente ale corpului de incalzire

Fluxul de caldura instalat se determina cu relatia :

in care :

fluxul de caldura instalat

numarul de elementi de incalzire rezultati din calcul

numarul de elementi de incalzire rezultati din calcul rotunjit in plus

Dimensionarea convectoradiatoarelor tip panou

Alegerea unui CRP se face in functie de numarul de elemente determinate dupa o relatie analoaga celei de la dimensionarea radiatoarelor din fonta:

in care toate elementele sunt cele cunoscute cu urmatoarele precizari:

la CRP simplu utilizand apa calda :

la CRP dublu utilizand apa calda :

coeficientul la racordarea sus-jos si la racordarea jos-sus

Calculul hidraulic al conductelor

Generalitati

Calculul hidraulic al retelelor instalatiilor de incalzire are scopul de a stabili diametrele conductelor de alimentare cu caldura ale corpurilor de incalzire.

Pierderile de sarcina in conducte se compun din pierderi de sarcina liniare , distribuite in lungul traseului si pierderi de sarcina locale , produse in zonele cu neuniformitate.

Pierderile de sarcina :

Pierderea de sarcina totala in cazul unei retele formata din mai multe tronsoane este:

Relatia de determinare a diametrului unui tronson de conducta este de forma:

In calculele practice pot interveni doua cazuri :

Cunoscuta fiind reteaua de conducte a instalatiei cu caracteristicile fiecarui tronson (lungime , diametru si debit ) si traseul cu rezistentele locale se poate determina pierderea de sarcina .

Cunoscut fiind traseul retelei de conducte si caracteristicile fiecarui tronson (lungime si debit ) si in unele cazuri presiunea disponibila se cere determinarea diametrelor conductelor ce alcatuiesc tronsoanele, o problema mai dificila deoarece coeficientul lui Darcy depinde atat de diametru cat si de viteza fluidului.

Calculul efectiv

Se realizeaza in doua etape :

a)     Calculul preliminar in care se stabilesc diametrele preliminare ale conductelor presupunand cunoscute fie presiunea disponibila fie viteza a fluidului

b)     Calculul de verificare in care se verifica pentru diametrele alese daca pierderile de sarcina la debitele nominale sunt sub presiunea disponibila in nodul de verificare

Astfel in calculul preliminar pot exista doua cazuri:

In cazul cunoasterii presiunii disponibile diametrele preliminare se stabilesc in functie de debitele de fluid si de pierderea de sarcina unitara . Pierderea de sarcina unitara se determina din relatia care exprima legatura intre pierderile de sarcina totale ale circuitului considerat si presiunea disponibila cunoscuta a aceluiasi circuit :

unde se aproximeaza ca pierderile de sarcina in rezistentele locale se consuma , rezultand pentru invingerea rezistentelor locale de unde se obtine:

si in care valorile coeficientului s-au stabilit pe baze statistice pentru instalatiile de incalzire interioare .

In cazul necunoasterii presiunii disponibile diametrele preliminare ale conductelor se stabilesc in functie de debitele de fluid si de vitezele ale fluidului in tronsoanele de conducte unde vitezele se considera in general crescatoare de la consumatori spre sursa.

In ceea ce priveste calculul de verificare se urmareste ca :

Calculul efectiv de stabilire a diametrelor se face pe baza ecuatiei fundamentale a pierderilor de sarcina in care s-au notat : , in care obtinandu-se :

o formula greoi de aplicat in calcule practice dar care se poate desface in doua parti:

- pierderea de sarcina liniara;

- pierderea de sarcina locala;

pentru care s-au intocmit tabele de valori.

Dimensionarea conductelor la instalatii bitubulare prin pompare

Dimensionarea retelelor de conducte se face dupa caz :

a)        Se cunoaste presiunea disponibila caz in care se va urmari consumarea acestei presiuni asigurandu-se o echilibrare hidraulica cat mai buna fara introducerea unor organe de reglare suplimentare

b)       Nu se cunoaste presiunea disponibila urmarindu-se realizarea unei pierderi de sarcina rezultata dintr-un calcul termic si economic. Diametrele se vor alege in functie de debitele de caldura si de vitezele de circulatie ale apei.

Dimensionarea coloanelor

Se determina presiunea disponibila in raport cu corpul de incalzire cel mai dezavantajat :

Se stabilesc diametrele preliminare in functie de pierderea de sarcina liniara medie:

precum si debitele de caldura pe fiecare tronson.

Se calculeaza pierderea de sarcina pe circuitul corpului de incalzire cel mai dezavantajat.

Se determina diametrele racordurilor la coloana :

Dimensionarea retelelor de distributie arborescente

Se stabilesc debitele de caldura pe fiecare tronson in parte, tinand cont de sensul de circulatie al apei in retea prin insumarea debitelor de caldura de pe toate tronsoanele din aval de tronsonul respectiv.

Se stabileste circuitul cel mai dezavantajat ca fiind cel mai departat de punctul de racord la retea si cel mai incarcat termic.

Se aleg diametrele preliminare in functie de debitele de caldura si de vitezele crescatoare de la baza coloanei spre punctul de racord R.

Se calculeaza pierderile de sarcina liniara unitara si pierderile locale .

Se continua calculul cu dimensionarea racordurilor pana la obtinerea pe oricare doua trasee in paralel a unei pierderi totale de sarcina cat mai egale in limita unei erori admise .