ACADEMIA DE POLIȚIE Alexandru Ioan Cuza [304412]
ACADEMIA DE POLIȚIE “Alexandru Ioan Cuza”
FACULTATEA DE POMPIERI
Proiectarea instalației de încălzire pentru o [anonimizat].Lect.Univ.Dr.Ing.
Corina BĂLAN
Absolvent: [anonimizat]
2017
[anonimizat] “Proiectarea instalației de încălzire pentru o clădire de locuit” îmi aparține în întregime și nu a mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. [anonimizat], [anonimizat], cu respectarea strictă a regulilor de evitare a plagiatului:
[anonimizat], sunt scrise între ghilimele și dețin referința precisă a sursei;
reformularea în cuvinte proprii a textelor scrise de către alți autori deține referința precisă;
rezumarea ideilor altor autori deține referința precisă la textul original.
București, 23.06.2017
Autor: Silviu ALEXA
_________________________
(semnătura în original)
CUPRINS
CUPRINS 3
TABLE OF CONTENTS 5
LISTA TABELELOR 7
LISTA FIGURILOR 13
GLOSAR 14
REZUMAT 15
ABSTRACT 15
INTRODUCERE 16
CAPITOLUL I. CALCULUL TERMOTEHNIC AL ELEMENTELOR DE CONSTRUCȚIE 17
I.1. Amplasamentul clădirii 17
I.2. Parametrii de calcul 17
I.3. Alegerea elementelor de construcție din punct de vedere termotehnic 20
I.4. Calculul termotehnic pentru stabilirea grosimii stratului termoizolator 20
I.5. Calculul necesarului de căldură 24
I.6. Concluzie 45
CAPITOLUL II. DIMENSIONAREA CORPURILOR DE ÎNCĂLZIRE 46
II.1. Agentul termic folosit în instalațiile interioare 46
II.2. Alegerea corpurilor de încălzire 46
II.3. Avantajele și dezavantajele radiatoarelor din aluminiu 47
II.4. Caracteristici tehnice ale radiatoarelor 47
II.5. Avantajele radiatoarelor PROTEO 49
II.6. Dimensionarea radiatoarelor 50
II.7. Amplasarea și montarea radiatoarelor 52
II.8. Concluzie 57
CAPITOLUL III. CALCULUL HIDRAULIC AL INSTALAȚIEI DE ÎNCĂLZIRE 58
III.1. Calculul hidraulic al conductelor 58
III.2. Operațiuni preliminare dimensionării 59
III.3. Modul de calcul pentru dimensionarea conductelor 59
III.4. Stabilitatea hidraulică 60
III.5. Calculul de echilibrare hidraulică 62
III.6. Concluzie 86
CAPITOLUL IV. Propagarea fumului în clădire 87
IV.1. Generalatăți despre fum 87
IV.2. Utilizarea simulării asistate de calculator 90
IV.3. Concluzie 97
CONCLUZII 98
ANEXE 99
BIBLIOGRAFIE 101
TABLE OF CONTENTS
TABLE OF CONTENTS 3
TABLE OF CONTENTS 5
LIST OF TABLES 7
LIST OF FIGURES 13
GLOSARY 14
SUMMARY 15
ABSTRACT 15
INTRODUCTION 16
CHAPTER I. THERMOTERMICAL CALCULATIONS OF THE CONSTROCTION ELEMTS 17
I.1. Building surroundings 17
I.2. Calculus parameters 17
I.3. Construction elements choice from a thermotehnical point of view 20
I.4. Thermoinsulation’s thickness thermotehnical calculus 20
I.5. Heat necessity calculus 24
I.6. Conclusion 45
CHAPTER II. HEATING ELEMENTS DIMENSIONING 46
II.1. Interior instalation’s heating agent choice 46
II.2. Choosing the radiators 46
II.3. Advantages and disadvantages of aluminum radiators 47
II.4. Technical caracteristics of the radiators 47
II.5. The advantages of PROTEO radiators 49
II.6. Dimensioning the radiators 50
II.7. Radiator placement and mounting 52
II.8. Conclusion 57
CHAPTER III. CALCULUL HIDRAULIC AL INSTALAȚIEI DE ÎNCĂLZIRE 58
III.1. Piping hydraulic calculus 58
III.2. Pre-dimensioning operations 59
III.3. Pipe dimensioning calculus mean 59
III.4. Hydraulic stability 60
III.5. Hydraulic equilibration calculus 62
III.6. Conclusion 86
CHAPTER IV. Smoke spread in the building 87
IV.1. Generalities about smoke 87
IV.2. Using computer-assisted simulation 90
IV.3. Conclusion 97
CONCLUSIONS 98
ATTACHEMENTS 99
BIBLIOGRAPHY 101
LISTA TABELELOR
Tabel I.1: Compoziția acoperișului tip terasă 18
Tabel I.2: Compoziția peretelui exterior 18
Tabel I.3: Compoziția peretelui interior 18
Tabel I.4: Compoziția planșeului cu pardoseală caldă 18
Tabel I.5: Compoziția planșeului cu pardoseală rece 19
Tabel I.6: Materiale pentru izolație termică 19
Tabel I.7: Materiale pentru zidărie 19
Tabel I.8: Coeficienții de transfer termic superficial αi/αe 21
Tabel I.9: Valorile normate pentru ΔTi max (oC) 22
Tabel I.10: Rezistențe termice minime Rmin ale elementelor de construcție, 23
pe ansamblul clădirii proiectate 23
Tabel I.11: Tabel centralizator 24
Tabel I.12: Valorile coeficientului de infiltrație i 26
Tabel I.13: Valorile convenționale de calcul ale vitezei vântului 27
Tabel I.14: Calculul necesarului de căldură pentru baie P01 28
Tabel I.15: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P02 28
Tabel I.16: Calculul necesarului de căldură pentru living P03 28
Tabel I.17: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P04 29
Tabel I.18: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P05 29
Tabel I.19: Calculul necesarului de căldură pentru living P06 29
Tabel I.20: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P07 30
Tabel I.21: Calculul necesarului de căldură pentru baie P08 30
Tabel I.22: Calculul necesarului de căldură pentru baie P09 30
Tabel I.23: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P10 31
Tabel I.24: Calculul necesarului de căldură pentru living P11 31
Tabel I.25: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P12 31
Tabel I.26: Calculul necesarului de căldură pentru birou P13 32
Tabel I.27: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P14 32
Tabel I.28: Calculul necesarului de căldură pentru living P15 32
Tabel I.29: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P16 33
Tabel I.30: Calculul necesarului de căldură pentru baie P17 33
Tabel I.31: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC01 33
Tabel I.32: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC02 34
Tabel I.33: Calculul necesarului de căldură pentru living EC03 34
Tabel I.34: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC04 34
Tabel I.35: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC05 35
Tabel I.36: Calculul necesarului de căldură pentru living EC06 35
Tabel I.37: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC07 35
Tabel I.38: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC08 36
Tabel I.39: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC09 36
Tabel I.40: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC10 36
Tabel I.41: Calculul necesarului de căldură pentru living EC11 37
Tabel I.42: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC12 37
Tabel I.43: Calculul necesarului de căldură pentru birou EC13 37
Tabel I.44: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC14 38
Tabel I.45: Calculul necesarului de căldură pentru living EC15 38
Tabel I.46: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC16 38
Tabel I.47: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC17 39
Tabel I.48: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE01 39
Tabel I.49: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE02 39
Tabel I.50: Calculul necesarului de căldură pentru living UE03 40
Tabel I.51: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE04 40
Tabel I.52: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE05 40
Tabel I.53: Calculul necesarului de căldură pentru living UE06 41
Tabel I.54: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE07 41
Tabel I.55: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE08 41
Tabel I.56: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE09 42
Tabel I.57: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE10 42
Tabel I.58: Calculul necesarului de căldură pentru living UE11 42
Tabel I.59: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE12 43
Tabel I.60: Calculul necesarului de căldură pentru birou UE13 43
Tabel I.61: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE14 43
Tabel I.62: Calculul necesarului de căldură pentru living UE15 44
Tabel I.63: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE16 44
Tabel I.64: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE17 44
Tabel II.1: Dimensiuni radiatoare PROTEO 48
Tabel II.2: Valorile coeficientului de corecție ct cu diferența medie de temperatură 50
Tabel II.3: Valorile coeficientului cr în funcție de modul de racordare 51
Tabel II.4: Valorile coeficientului cm cu montarea corpului de încălzire 51
Tabel II.5: Valorile coeficientului ch cu altitudinea 51
Tabel II.6: Valorile coeficientului cv relativ la vopsea. 52
Tabel II.7: Dimensionarea Radiatoarelor de la parter 54
Tabel II.8: Dimensionarea Radiatoarelor de la etajele curente 55
Tabel II.9: Dimensionarea Radiatoarelor de la ultimul etaj 56
Tabel III.1: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T1 64
Tabel III.2: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T1 64
Tabel III.3: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T1 64
Tabel III.4: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T1 65
Tabel III.5: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T1 65
Tabel III.6: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T2 65
Tabel III.7: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T2 66
Tabel III.8: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T2 66
Tabel III.9: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T2 66
Tabel III.10: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T2 66
Tabel III.11: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T3 67
Tabel III.12: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T3 67
Tabel III.13: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T3 67
Tabel III.14: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T3 68
Tabel III.15: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T3 68
Tabel III.16: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T4 69
Tabel III.17: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T4 69
Tabel III.18: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T4 69
Tabel III.19: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T4 70
Tabel III.20: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T4 70
Tabel III.21: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T5 71
Tabel III.22: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T5 71
Tabel III.23: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T5 71
Tabel III.24: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T5 71
Tabel III.25: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T5 72
Tabel III.26: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T6 72
Tabel III.27: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T6 72
Tabel III.28: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T6 73
Tabel III.29: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T6 73
Tabel III.30: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T6 74
Tabel III.31: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T7 74
Tabel III.32: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T7 75
Tabel III.33: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T7 75
Tabel III.34: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T7 76
Tabel III.35: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T7 76
Tabel III.36: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T8 77
Tabel III.37: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T8 77
Tabel III.38: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T8 77
Tabel III.39: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T8 77
Tabel III.40: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T8 78
Tabel III.41: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T9 78
Tabel III.42: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T9 78
Tabel III.43: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T9 79
Tabel III.44: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T9 79
Tabel III.45: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T9 80
Tabel III.46: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T10 (coloana cea mai dezavantajată) 80
Tabel III.47: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T10 81
Tabel III.48: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T10 81
Tabel III.49: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T10 82
Tabel III.50: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T10 82
Tabel III.51: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul principal – coloana 10 (subsol) 83
Tabel III.52: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul principal – coloana 10 (subsol) 83
Tabel III.53: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul secundar – coloana 8 și 9 (subsol) 83
Tabel III.54: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul secundar – coloana 8 și 9 (subsol) 83
Tabel III.55: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul secundar – coloana 1,2 și 3 (subsol) 84
Tabel III.56: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul secundar – coloana 1,2 și 3 (subsol) 84
Tabel III.57: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul secundar – coloana 4,5,6 și 7 (subsol) 84
Tabel III.58: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul secundar – coloana 4,5,6 și 7 (subsol) 85
Tabel III.59: Echilibrarea racordurilor subsol 85
LISTA FIGURILOR
Fig. II.1: Secțiuni prin elemente de radiator din aluminiu (1 coloană, respectiv 2 coloane) 48
Fig. II.2: Radiatoare din aluminiu PROTEO 48
Fig. II.3: Vederi cu cote – radiatoare PROTEO 49
Fig. II.4: Montarea radiatoarelor 53
Fig. III.1: Pierderile de sarcină în robinetul cu dublă reglare 63
Fig. IV.1: Propagarea fumului atunci când temperatura exterioară este mai mică decât cea interioară 89
Fig. IV.2: Propagarea fumului atunci când temperatura interioară este mai mică decât cea exterioară 89
Fig. IV.3: Geometria clădirii de locuit 90
Fig. IV.4: Geometrie scară și ultimul etaj 91
Fig. IV.5: Împărțirea în elemente finite 92
Fig. IV.6: Deschideri spre exterior 93
Fig. IV.7: Studiul densității fumului 93
Fig. IV.8: Studiul densității fumului 94
Fig. IV.9: Studiul presiunii fumului 94
Fig. IV.10: Studiul presiunii fumului 95
Fig. IV.11: Studiul temperaturii fumului 95
Fig. IV.12: Studiul vitezei de propagare a fumului 96
Fig. IV.13: Studiul vitezei de propagare a fumului 96
GLOSAR
Confort termic – stare de echilibru termic normal al corpului omenesc, ținând seama de metabolismul acestuia și de schimbul de căldură cu mediul exterior;
Instalație – ansamblul de conducte, aparate, agregate, piese de legătură ale acestora, care asigură realizarea condițiilor de confort;
Necesar de căldură – flux termic determinat printr-un bilanț termic; valoare necesară pentru dimensionarea corpurilor de încălzire.
Corp de încălzire – element static al instalației de încălzire care cedează căldură prin radiație sau convecție spațiului în care este montat;
Dimensionare – a stabili pe bază de calcul dimensiunile unei construcții, ale unei mașini, ale unui aparat, ale unei instalații;
Echilibrare hidraulică – operație de dimensionare a conductelor astfel încât în condițiile vehiculării debitelor de calcul, să se realizeze valori ale pierderilor de sarcină cât mai apropiate, pe toate ramurile alimentate dintr-un nod;
Difuzie – pătrunderea moleculelor unui corp în masa altui corp cu care vin în contact;
Efectul de coș – tiraj puternic de la sol spre acoperișul clădirilor, mărimea acestui efect depinzând de înălțimea clădirii, de etanșeitatea pereților exteriori, de scurgerea de aer la nivelul etajelor și de diferența de temperatură dintre interiorul și exteriorul clădirii;
Cale de evacuare – parcurs care face parte dintre căile de evacuare din orice punct al unei clădiri la ieșirea finală;
REZUMAT
În prezentul proiect tehnic s-a dimensionat instalația de încălzire aferentă unei clădiri de locuit cu regim de înălțime P+4, prevăzută cu acoperiș tip terasă și subsol tehnic vizitabil.
Clădireade locuit amplasată în municipiul Dorohoi, județul Botoșani, se află în zona climatică IV cu o temperatură convențională de calcul a aerului exterior de -21°C și zona eoliană IV, cu viteza convențională de calcul a vântului de v = 4,0 m/s.
Alimentarea cu agent termic a blocului de locuințe este asigurată din rețeaua publică de termoficare a orașului. Clădirea este echipată cu o instalație de încălzire cu radiatore din aluminiu tip PROTEO, ce folosesc drept agent termic apă caldă furnizată de RADET.
Proiectul s-a finalizat prin prezentarea efectelor propagării fumului și pericolele la care se expun persoanele care refuză să se evacueze sau care sunt surprinse în interiorul clădirii aflându-se în incapacitatea de a se evacua în condiții de siguranță, în cazul izbucnirii unui incendiu.
Cuvinte cheie: clădire de locuit, instalație de încălzire, necesar de căldură, radiator, modelare virtuală.
ABSTRACT
In this technical project it has been dimensioned the heating installation for a 4-storey residential building,disposing of a terrace roof and accessible basement.
The residential building located in Dorohoi municipality, Botoșani County, is situated in the fourth climatic area with a winter exterior temperature of -21 degrees Celsius and in the fourth wind zone, with the wind conventional speed of 4 meters per second.
The thermical agent supply is assured by the city’s public heating sistem. The building is equiped with a heating instalation that has PROTEO aluminium radiators that use hot water supplied by RADET as a heating agent.
The project ended with the presentation of the effects of smoke propagation and the dangers that people who refuse to evacuate or who are taken by surprise inside the building , not being able to safely evacuate it, are exposed to in case of a fire outbreak .
Keywords: residential building, heating installation, heat requirement, radiator, virtual modeling.
INTRODUCERE
Elaborarea lucrării de licență cu tema ”Proiectarea instalației de încălzire pentru o clădire de locuit” mi-a oferit șansa valorificării achizițiilor dobândite pe parcursul anilor de studiu în domeniul instalațiilor de încălzire și dovada temeiniciei celor studiate.
Consider că tema aleasă prezintă interes în condițiile impuse de armonizarea cerințelor individuale de confort cu necesitatea folosirii raționale a resurselor de energie , cu un cost minim și în deplină siguranță.
Maximizarea randamentului energetic privește în primul rând beneficiarul, dar și societatea în ansamblu, dacă ne gândim că unele resurse energetice sunt epuizabile.
În această perspectivă, proiectarea instalațiilor de încălzire, presupune pe lângă o dimensionare adecvată și posibilitatea intervenției pentru o echilibrare hidraulică eficientă. Astfel este posibilă minimizarea consumului energetic prin utilizarea în instalație a unui debit variabil de agent termic, în funcție de necesitățile de moment.
Lucrarea este structurată pe 4 capitole astfel:
În primul capitol s-au stabilit materialele din care se vor executa elementele de construcție, și se realizează calculul pentru stabilirea grosimii stratului termoizolator, precum și calculul necesarului de căldură pentru fiecare încăpere în parte.
În al doilea capitol s-a prezentat alegerea, dimensionarea, amplasarea și montarea corpurilor de încălzire alese: calorifere din aluminiu fabricate de FERROLI, tip PROTEO 600 HP și PROTEO 450.
În capitolul al treilea s-a prezentat proiectarea rețelei de distribuție, plecând de la calculul pierderilor de sarcină, dimensionarea conductelor până la echilibrarea hidraulică și importanța stabilității hidraulice a sistemului.
Lucrarea se încheie cu capitolul al IV-lea care prezintă modul de propagare al fumului în interiorul clădirii de locuit, în cazul izbucnirii unui incendiu la subsol.
Această lucrare tratează aceste aspecte, punându-se accentul pe dimensionarea corectă și economică a instalațiilor în vederea asigurării unui confort sporit cu un minim de resurse.
Mulțumesc coordonatorului științific al lucrării, d-nei Bălan Corina care mi-a oferit informații valoroase și sprijin deosebit pe tot parcursul elaborării lucrării.
CAPITOLUL I. CALCULUL TERMOTEHNIC AL ELEMENTELOR DE CONSTRUCȚIE
I.1. Amplasamentul clădirii
Pentru a putea dimensiona instalația de încălzire trebuie să calculăm mai întai necesarul de căldură al clădirii.
Clădirea pentru care se va face calculul necesarului de căldură are destinația de clădire de locuit. Aceasta este amplasată în municipiul Dorohoi, județul Botoșani.
Caracteristicile geometrice ale clădirii conform planului de arhitectură sunt următoarele:
înălțimea unui etaj: Hetaj= 3 m;
numar etaje: P+4;
orientarea principală: Nord.
Structura elementelor de construcție este prezentată în următoarele tabele astfel:
acoperiș: tip terasă – conform tabelului I.1;
peretele exterior: conform tabelului I.2;
tâmplărie exterioară: tâmplărie PVC geam termopan cu rezist… R=0,552 m2K/W;
planșee: conform tabelelor I.4 și I.5;
perete interior: conform tabelului nr. I.3;
tâmplărie interioară: uși din lemn cu R=0,287 m2K/W;
I.2. Parametrii de calcul
Municipiul Dorohoi este un oraș situat în nord-estul României, la o altitudine medie de 170m. Conform hărților cu zonarea climatică a localităților din România, respectiv încadrarea localităților în zone eoliene din SR 1907-1 rezultă următorii parametri de calcul:
zonă climatica: IV;
zonă eoliana IV;
aer exterior: -temperatură convențională: te= -21o C;
-umiditate relativă: ϕe= 80%;
aer interior: -temperatură convențională: ti= 20o C (conform SR 1907-2);
-umiditate relativă: ϕi= 60%.
Tabel I.1: Compoziția acoperișului tip terasă
Tabel I.2: Compoziția peretelui exterior
Tabel I.3: Compoziția peretelui interior
Tabel I.4: Compoziția planșeului cu pardoseală caldă
Tabel I.5: Compoziția planșeului cu pardoseală rece
(Izolația termică apare numai în cazul planșeului dintre parter și subsol)
Tabel I.6: Materiale pentru izolație termică
Tabel I.7: Materiale pentru zidărie
δj – grosimea stratului [m] ;
λj-conductivitatea termică a materialului stratului;
bj-factor de calitate al materialului [-];
R-rezistența termică ;
m-coeficientul de masivitate termică a elementelor de construcție[-];
S24-coeficient de asimilare termică a materialului stratului ;
D-coeficient de inerție termică[-];
b=1 pentru toate materialele netasabile[-];
I.3. Alegerea elementelor de construcție din punct de vedere termotehnic
Alegerea elementelor de construcție din punct de vedere termotehnic se face astfel încât să se realizeze în principal, urmatoarele:
rezistență termică minimă necesară pentru asigurarea climatului interior;
limitarea fluxului termic și economisirea energiei în exploatarea clădirilor;
evitarea condensării vaporilor de apă pe suprafața interioară a elementelor de construcții;
rezistență la permeabilitatea la vapori, pentru limitarea sau eliminarea fenomenului de condensare a vaporilor de apă în interiorul elementelor de construcții;
stabilitate termică necesară, atât pe timp de iarnă, cât și pe timp de vară.
La realizarea unui element de construcții perimetral trebuie să avem în vedere următoarele:
amplasarea stratului termoizolator se face de preferință spre exterior; materialele cu proprietăți termoizolatoare bune, dar fără rezistență mare la permeabilitate pentru vapori, creează condiții defavorabile la difuzia vaporilor de apă dacă sunt amplasate către interior; ele provoacă o cădere bruscă a curbei de temperaturi prin grosimea elementului, nu însă și o cădere corespunzătoare a presiunii, astfel că apare pericolul formării condensului pe fața rece a termoizolației;
barierele de vapori, alcătuite din materiale cu rezistență mare la permeabilitatea vaporilor de apă, trebuie amplasate pe fața caldă a termoizolațiilor;
pentru ca un element ușor să fie echivalent cu unul masiv, este necesar să aibă o rezistență termică sporită cu atât mai mult cu cât este mai ușor;
sunt de preferat, în general, soluțiile fără straturi de aer neventilat, deoarece prin acestea vaporii de apă trec cu ușurință, ei neavând, practic, rezistență la permeabilitatea vaporilor.
I.4. Calculul termotehnic pentru stabilirea grosimii stratului termoizolator
Dimensionarea stratului termoizolator la elementele de construcții perimetrale se realizează respectând urmatoarele etape de lucru:
Calculul rezistențelor conductive ale elementelor de construcție alcătuite din unul sau mai multe straturi din materiale omogene, dispuse perpendicular pe direcția fluxului termic, se efectuează conform relației:
(I.1)
R– rezistență termică conductivă;
– grosimea stratului ce intră în alcătuirea elementului de construcție [m];
– coeficient de conductivitate a materialului stratului respectiv.
Determinarea rezistențelor termice superficiale conform normativului C107:
Ri – rezistență termică superficială interioară:
Ri=1/ (I.2)
Re – rezistență termică superficială exterioară:
Re=1/ (I.3)
Valorile rezistențelor și ale coeficienților se consideră în calcule în funcție de direcția și sensul fluxului termic conform tabelului I.8;
Tabel I.8: Coeficienții de transfer termic superficial αi/αe
Calculul rezistenței termice specifice unidirectionale R0, a unui element de construcție alcătuit din unul sau mai multe straturi din materiale omogene, dispuse perpendicular pe direcția fluxului termic, se efectuează conform relației:
(I.4)
Calculul rezistenței termice specifice corectată R’ la elementele de construcție cu alcătuire neomogenă se obține cu relația:
(I.5)
unde:
CCPT – coeficient de corecție a punților termice, valoarea lui este dată în normativul C107 în funcție de elementul de construcție, în cazul de față CCPT = 30%.
Condiția de evitare a fenomenului de condensare a vaporilor de apă din interior presupune ca temperatura suprafețele interioare ale elementelor de construcție delimitatoare () să fie mai mare decât temperatura punctului de rouă ():
(I.6)
Ri – rezistență termică superficială interioară.
Ri=1/αi (I.7)
ti, te – temperatură interioară (funcție de încăpere =˃ ti=20˚), respectiv exterioară (conform zonei climatice =˃ te = -21˚ );
– temperatura punctului de rouă, care este în funcție de temperatura și umiditatea interioară (ti si ϕi) .
Condiția de evitare a senzației de radiație rece între corpul uman și suprafețele reci delimitatoare constă în limitarea diferenței de temperatură între aerul interior și suprafața interioară a elementului de construcție:
(I.8)
Tabel I.9: Valorile normate pentru ΔTi max (oC)
– în funcție de elementul de construcție și destinația clădirii, se obține din normativul C107/3 privind calculul performanțelor termoenergetice ale elementelor de construcție ale clădirii.
Condiția de optim economic (rezultă din calcule tehnico-economice) urmărește obținerea unei rezistențe termice a elementului de construcție care să conducă la cheltuieli minime de investiție și exploatare pentru întreaga clădire, pe perioada estimată de utilizare.
Tabel I.10: Rezistențe termice minime Rmin ale elementelor de construcție,
pe ansamblul clădirii proiectate
După ce au fost calculate rezistențele termice pentru îndeplinirea condițiilor din tabelul I.10, se alege R0nec=max(R0CO, R0CF, R0EC) și se compară cu rezistența termică specifică corectată R’0. Dacă R0nec < R’0 , nu este necesar strat izolator; dacă R0nec > R’0 este nevoie de izolație.
Grosimea stratului de izolație se află parcurgând următorii pași:
Aflăm rezistența termică specifică necesară stratului de izolație Riz; aceasta rezultă din diferența dintre R0nec si R’.
(I.9)
În funcție de tipul de izolație ales, putem determina grosimea stratului de izolație:
δiz=λizbiz([cm] (I.10)
Se va determina rezistența termică finală a elementului de construcție cu formula:
(I.11)
În urma calculelor obținem s-au obținut următoarele valori:
Pardoseală caldă/rece peste subsol – Polistiren celular δiz =14 cm;
Terasă – Polistiren celular δiz =14 cm;
Perete exterior – Polistiren celular δiz =8 cm.
Se vor calcula analog rezistențele termice finale pentru celelalte elemente de construcție:
Pardoseală caldă/rece peste subsol nu cu aceiasi notație – ;
Terasă – ;
Perete exterior – .
Calculele sunt sistematizate în tabelul următor:
Tabel I.11: Tabel centralizator
m = 1,225 – 0,05D (I.12)
D – indicele inerției termice a elementului de constructie D=ΣRjS24j
I.5. Calculul necesarului de căldură
Metoda de calcul al necesarului de căldură pentru încălzire se face conform STAS 1907/1 și se aplică clădirilor civile și industriale.
Necesarul de căldură se calculează după următoarea relație:
[W] (I.13)
în care:
QT – flux termic cedat prin transmisie, considerat în regim staționar, corespunzător diferenței de temperatură între interiorul și exteriorul elementelor de construcție care delimitează încăperea, calculat conform relației, în W;
Qi – sarcină termică necesară pentru încălzirea aerului infiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns la deschiderea acestora, în W;
Ao – adaosul pentru orientare;
Ac – adaosul pentru compensarea efectului suprafețelor reci.
Fluxul termic cedat prin transmisie se calculează cu relația I.14:
[W] (I.14)
unde:
CM – coeficient de corecție a necesarului de căldură, în funcție de masa specifică a elementelor de construcție interioare;
S – suprafața specifică fiecărui element de construcție, în m2;
ti – temperatura interioară convențională de calcul, stabilită în funcție de destinația încăperii conform STAS 1907/2, în °C;
te – temperatura exterioară de calcul, stabilită conform zonei climatice, în °C;
R0'– rezistența termică specifică corectată a elementului de construcție considerat, calculată în m2∙K/W;
Qs – fluxul termic de căldură cedat prin sol; în lucrarea de față se consideră QS=0 W, deoarece nu există încăperi încălzite la subsolul clădirii;
m – coeficient de masivitate termică a elementelor de construcție exterioare. Acesta este influențat de indicele de inerție termică D al elementului de construcție.
Elementele de construcție fără inerție termică, cu D ≤ 1 (uși, ferestre), au coeficientul de masivitate termică cu valoarea cea mai mare m≈1,2, iar elementele de construcție interioare (planșee, pereții interiori), coeficientul de masivitate are valoarea m=1.
Qi1 – sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul la temperatura interioară convențională de calcul, a aerului infiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns la deschiderea acestora, determinată ținând seamă de numărul de schimburi de aer necesare în încăpere din condiții fiziologice;
[W] (I.15)
în care:
na0 – numărul de schimburi de aer necesare în încăpere din condiții de confort fiziologic.
Pentru numărul de schimburi de aer se recomandă următoarele valori:
na0=0,22∙10-3 s-1 sau na0=0,792 m3∙h-1/m3 – pentru încăperi de locuit;
na0=0,28∙10-3 s-1 sau na0=1,19 m3∙h-1/m3 – pentru băi;
na0=0,33∙10-3 s-1 sau na0=1,0 m3∙h-1/m3 – pentru bucătării.
V – volumul încăperii, în m3;
ρ – densitatea aerului la temperatura de 20°C, ρaer=1,23 kg/m3;
cp – căldura specifică la presiune constantă a aerului, în J/kg K; cp=1000 J/kg K;
QU – sarcina termică pentru încălzirea aerului pătruns la deschiderea ușilor exterioare (se aplică numai în cazul încăperilor cu deschideri frecvente ale ușilor, de exemplu magazine, holuri de cinema etc.);
Qi2- sarcina termică necesară pentru încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul la temperatura interioară convențională de calcul, a aerului infiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor, precum și cel pătruns la deschiderea acestora, ținând seamă de viteza convențională a vântului.
[W] (I.16)
unde:
E – factor de corecție de înălțime, ține seama de numărul de niveluri ale clădirii; pentru clădiri civile cu mai puțin de 12 niveluri, E=1;
L – lungimea rosturilor ușilor și ferestrelor de pe fațade; în cazul rosturilor formate din două elemente mobile, acestea se iau în calcul o singură dată.
Pentru stabilirea valorii lui L avem mai multe cazuri privind amplasarea elementelor mobile. Atunci când elementele mobile se află pe același perete exterior, lungimea rosturilor este egală cu lungimea tuturor rosturilor elementelor mobile de pe acel perete. Dacă aceste elemente se află pe doi pereți alăturați ai încăperii, atunci lungimea rosturilor este egală cu suma lor.
Dacă ușile și ferestrele se află pe trei pereți exteriori atunci se ia în calcul maximul dintre suma lungimilor a două rosturi aflate pe pereți alăturați, iar dacă acestea se află pe doi pereți opuși, lungimea este egală cu maximul dintre suma lungimilor rosturilor de pe un perete.
Rostul format de două elemente mobile se ia în calcul doar o dată; în cazul ușilor și ferestrelor duble, rostul se măsoară pentru un singur rând.
i – coeficient de infiltrație al aerului prin rosturi; depinde de materialele din care sunt executate ușile și ferestrele; de raportul dintre Se/Si (suprafața elementelor mobile exterioare/suprafața elementelor mobile interioare) și gradul de impermeabilitate al clădirii;
Tabel I.12: Valorile coeficientului de infiltrație i
v – viteza convențională a aerului, conform zonei eoliene;
Viteza vântului se alege conform tabelului I.13 și depinde de zona eoliană, precum și de locul amplasării clădirii (în localitate sau în afara acesteia).
Tabel I.13: Valorile convenționale de calcul ale vitezei vântului
În tabelele următoare s-a efectuat calculul necesarului de căldură pentru fiecare încăpere a clădirii de locuit.
La întocmirea tabelului pentru calculul necesarului de căldură s-au folosit următoarele notații:
perete exterior: PE;
perete interior: PI;
fereastră: FE;
ușa interioară: UI;
pardoseală rece: PR;
pardoseală caldă: PC;
terasă: TE.
Tabele in culori???+UM in tabel
Tabel I.14: Calculul necesarului de căldură pentru baie P01
Tabel I.15: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P02
Tabel I.16: Calculul necesarului de căldură pentru living P03
Tabel I.17: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P04
Tabel I.18: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P05
Tabel I.19: Calculul necesarului de căldură pentru living P06
Tabel I.20: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P07
Tabel I.21: Calculul necesarului de căldură pentru baie P08
Tabel I.22: Calculul necesarului de căldură pentru baie P09
Tabel I.23: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P10
Tabel I.24: Calculul necesarului de căldură pentru living P11
Tabel I.25: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P12
Tabel I.26: Calculul necesarului de căldură pentru birou P13
Tabel I.27: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie P14
Tabel I.28: Calculul necesarului de căldură pentru living P15
Tabel I.29: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor P16
Tabel I.30: Calculul necesarului de căldură pentru baie P17
Tabel I.31: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC01
Tabel I.32: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC02
Tabel I.33: Calculul necesarului de căldură pentru living EC03
Tabel I.34: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC04
Tabel I.35: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC05
Tabel I.36: Calculul necesarului de căldură pentru living EC06
Tabel I.37: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC07
Tabel I.38: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC08
Tabel I.39: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC09
Tabel I.40: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC10
Tabel I.41: Calculul necesarului de căldură pentru living EC11
Tabel I.42: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC12
Tabel I.43: Calculul necesarului de căldură pentru birou EC13
Tabel I.44: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie EC14
Tabel I.45: Calculul necesarului de căldură pentru living EC15
Tabel I.46: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor EC16
Tabel I.47: Calculul necesarului de căldură pentru baie EC17
Tabel I.48: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE01
Tabel I.49: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE02
Tabel I.50: Calculul necesarului de căldură pentru living UE03
Tabel I.51: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE04
Tabel I.52: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE05
Tabel I.53: Calculul necesarului de căldură pentru living UE06
Tabel I.54: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE07
Tabel I.55: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE08
Tabel I.56: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE09
Tabel I.57: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE10
Tabel I.58: Calculul necesarului de căldură pentru living UE11
Tabel I.59: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE12
Tabel I.60: Calculul necesarului de căldură pentru birou UE13
Tabel I.61: Calculul necesarului de căldură pentru bucătărie UE14
Tabel I.62: Calculul necesarului de căldură pentru living UE15
Tabel I.63: Calculul necesarului de căldură pentru dormitor UE16
Tabel I.64: Calculul necesarului de căldură pentru baie UE17
I.6. Concluzie
Elementele de construcție care alcătuiesc anvelopa clădirii trebuie astfel concepute încât să asigure în interiorul încăperilor condiții corespunzătoare de confort higrotermic, acustic, vizual și luminos.
La începutul acestui capitol s-a prezentat descrierea clădirii privind amplasarea, stabilirea materialelor din care se vor executa elementele de construcție, punându-se accent pe caracteristicile lor din punct de vedere termotehnic și calculul termotehnic pentru stabilirea grosimii stratului termoizolator.
Spre finalul capitolului s-a prezentat calculul necesarului de căldură pentru fiecare încăpere în parte.
CAPITOLUL II. DIMENSIONAREA CORPURILOR DE ÎNCĂLZIRE
II.1. Agentul termic folosit în instalațiile interioare
Pentru a putea dimensiona corpurile de încălzire trebuie să se știe, cu exactitate, agentul termic folosit și temperatura acestuia pe conducta de tur, respectiv cea de retur.
Agenții termici folosiți într-o instalație de încălzire pot fi: apă caldă, apă fierbinte, abur cu presiune joasă, abur cu presiune medie, aer cald, cei mai utilizați agenți termici pentru încălzirea clădirilor fiind apa caldă și apa fierbinte. Apa caldă se folosește la o temperatură maximă de 110 °C.
Temperatura apei se alege în funcție de sistemul de încălzire folosit. Se are în vedere că reducerea valorii limită a temperaturii conduce la sporirea confortului, dar și a costului instalației.
Se folosesc valori mai reduse ale temperaturii pentru unele clădiri cu caracter medical și la creșe-grădinițe (80…85 oC), precum și pentru cele folosind sistemul de încălzire prin radiație cu suprafețe radiante (sub 60 oC).
Pentru instalațiile de încălzire cu apă caldă, având temperatura nominală pe conducta de ducere 80…95 °C se recomandă un ecart nominal de temperatură între tur și retur de 20 oC.
Temperatura maximă a agentului termic va trebui să fie cel mult egală cu temperaturile admisibile indicate de producător pentru componentele instalației de încălzire.
Agentul termic folosit în instalația proiectată este apa caldă și temperatura la care acesta este folosit este de 90 oC pe tur, respectiv 70 oC pe retur.
II.2. Alegerea corpurilor de încălzire
Corpurile de încălzire sunt schimbătoare de căldură alimentate cu agent termic apă caldă, care emit căldură prin radiație și convecție și servesc la încălzirea încăperilor.
Alegerea tipului corpurilor de încălzire se face de către beneficiarul instalației de încălzire, în funcție de destinația clădirii și de o serie de criterii relative la corpul de încălzire.
Pentru clădirile civile (de locuit, social, culturale administrative etc.) corpurile de încălzire se aleg în raport cu următoarele criterii specifice:
– estetica;
– performanță termică;
– prețul;
– durabilitatea;
– rezistența la șocuri și lovituri;
– compatibilitatea metalului corpului de încălzire cu alte metale din instalație;
– posibilitățile de igienizare;
– ușurința montării;
– cantitatea de manoperă pe șantier.
Corpul de încălzire care s-a ales pentru satisfacerea confortului termic în clădire este cel din aluminiu.+ datorită avantajelor pe care le prezintă
II.3. Avantajele și dezavantajele radiatoarelor din aluminiu
Avantajele radiatoarelor din aluminiu sunt următoarele:
au o bună rezistență la presiune și fiabilitate în condiții de temperaturi mari;
au un design modern și costul de achiziție al radiatoarelor este relativ mic;
foarte ușoare (de circa 4 ori mai ușoare decât cele din fontă);
suportă puteri termice mari față de alte calorifere;
spațiu redus ocupat în încăperi.
Aspectul exterior este plăcut, fiind disponibile în diverse culori, iar finisajul rezistă foarte bine în timp îndelungat, de asemenea au o durată medie de viața de 20 de ani, dacă sunt montate corect și se ține cont de specificațiile tehnice ale producătorului privind calitatea agentului termic.
Ca și dezavantaje se pot menționa următoarele:
sunt sensibile la șocuri, putându-se deforma, motiv pentru care etapele de manipulare trebuie desfășurate cu atenție;
sunt mai zgomotoase decât cele din fontă, din cauza zgomotului apei din circuit, nefiind recomandate în spațiile în care este nevoie de concentrare maximă;
o dată cu oprirea încălzirii, se răcesc destul de rapid față de cele din fontă și nu reușesc să mențină confortul termic în încăperile în care sunt amplasate;
pentru o funcționare corectă și eficientă este necesară aerisirea lor frecventă.
II.4. Caracteristici tehnice ale radiatoarelor
Pentru clădirea de locuit s-au ales calorifere din aluminiu fabricate de FERROLI, modelul PROTEO.
Corpurile de încălzire sunt obținute prin turnarea sub presiune a unui aliaj special din aluminiu, compuse din elemente probate hidraulic la presiunea de 9 bari, individual și în bloc.
Radiatoarele au, în general, una sau două coloane prin care circulă agentul termic, iar pe suprafața exterioară sunt prevăzute cu aripioare de diverse forme și dimensiuni ce diferă de la un producător la altul. Aceste aripioare au rolul de a îmbunătăți transferul termic convectiv.
Fig. II.1: Secțiuni prin elemente de radiator din aluminiu (1 coloană, respectiv 2 coloane)
Caracteristicile tehnice a radiatoarelor alese sunt prezentate mai jos:
Tipurile de radiatore folosite în clădire sunt PROTEO 600 HP și PROTEO 450.
Fig. II.2: Radiatoare din aluminiu PROTEO
Tabel II.1: Dimensiuni radiatoare PROTEO
Fig. II.3: Vederi cu cote – radiatoare PROTEO
II.5. Avantajele PROTEO
1. Au o putere termică sporită și sunt turnate sub presiune dintr-un aliaj special de aluminiu, au fost proiectate în așa fel încât să se îmbunătățească emisia termică convectivă prin mărirea aripioarelor convectoare, ce se află în legătură directă cu suprafețele în contact cu agentul termic.
2. Aliajul de aluminiu special, cu o inerție termică scăzută, reduce timpul necesar instalației pentru a atinge performanțele optime, oferă o rezistență ridicată la coroziune și are o greutate foarte mică, ceea ce facilitează montajul. Performanțele îmbunătățite și inerția termică scăzută reduc timpul necesar instalației pentru a atinge parametrii optimi.
3. Rezistența sporită la coroziune face ca durata de viață a radiatoarelor PROTEO să fie teoretic nelimitată. Fiecare radiator este acoperit cu pulberi epoxidice polimerizate la 200°C și trebuie să treacă de o dublă probă hidro-pneumatică de presiune, întâi individual și apoi în bloc. Radiatoarele sunt supuse de asemenea unui control meticulos al grosimii și al celorlalte dimensiuni.
4. Racordurile sunt de 1", permițând legarea directă a robinetelor atât în sistemele clasice, cât și în cele monotub, eliminând necesitatea reducțiilor și diminuând timpul necesar montajului.
5. Dimensiunile mai mici (posibile datorită performanțelor termice îmbunătățite) și linia sobră, elegantă conferă radiatoarelor PROTEO caracteristici de aspect si design care le permit să se integreze perfect în orice stil de amenajare a interiorului.
6. Radiatoarele se livrează în blocuri de 3 până la 12 elemente.
II.6. Dimensionarea radiatoarelor
Calculul de dimensionare se face în conformitate cu prevederile generale din STAS 1797/1, corelate cu prevederile particulare: norme de fabricație, instrucțiuni de utilizare, prospecte și agremente ale corpurilor de încălzire.
Mărimea și numărul corpurilor de încălzire montate într-o încăpere se determină prin calcul, astfel încât puterea termică a acestora să fie egală cu necesarul de căldură al încăperii, calculat conform STAS 1907/1.
Numărul de elemente ale corpului de încălzire se determină cu relația:
[buc] (II.1)
în care:
Q – necesarul de căldură specific fiecărei încăperi, în W;
qn – puterea termică nominală pe element, luată din norme, instrucțiuni, agrement, prospecte în funcție de tipul corpului de încălzire, în W/element;
ct – coeficient de corecție pentru medii de temperatură altele decât cea nominală, ale cărui valori sunt date în tabelul următor:
Tabel II.2: Valorile coeficientului de corecție ct cu diferența medie de temperatură
cr – coeficient de corecție care ține seama de modul de racordare a corpului de încălzire, ale cărui valori sunt date în Tabelul II.3.
Tabel II.3: Valorile coeficientului cr în funcție de modul de racordare
cm – coeficient de corecție care ține seama de locul de montare a corpului de încălzire, ale cărui valori se pot lua din Tabelul II.4.
Tabel II.4: Valorile coeficientului cm cu montarea corpului de încălzire
ch – coeficient de corecție care ține seama de altitudinea localității h deasupra nivelului mării, ale cărui valori sunt date în tabelul următor:
Tabel II.5: Valorile coeficientului ch cu altitudinea
cv – coeficient de corecție care ține seama de culoarea vopselei suprafeței exterioare a corpului de încălzire, diferită de cea normală (vopsea de culori deschise fără pigmenți metalici). Pentru corpurile de încălzire livrate gata vopsite de producător, cv = 1 iar pentru corpurile de încălzire vopsite pe șantier se aplică valorile din Tabelul II.6.
Tabel II.6: Valorile coeficientului cv relativ la vopsea.
II.7. Amplasarea și montarea radiatoarelor
La amplasarea și montarea corpurilor de încălzire se va urmări:
– funcționarea lor cu eficiență termică maximă, prin montarea lor la partea inferioară a încăperilor, în vecinătatea suprafețelor reci;
– corelarea cu elemente de construcție, evitându-se stânjenirea amplasării mobilierului, a utilajelor, a circulației persoanelor, a celorlalte instalații, precum și accesul la hidranții de incendiu;
– montarea la parapetul ferestrelor paralel cu pereții finisați sau în imediata vecinătate a acestora;
– în casa scării, corpurile de încălzire să se amplaseze de regula la parter. Dacă necesarul de căldura nu poate fi acoperit de corpuri de încălzire amplasate la parter, se pot amplasa corpuri de încălzire la nivelurile imediat superioare
– evitarea montării corpurilor de încălzire în nișe executate în pereții exteriori;
– mascarea corpurilor de încălzire în cazul folosirii agenților cu parametri ridicați, în încăperile destinate copiilor preșcolari (din creșe si grădinițe) și în încăperi cu cerințe speciale;
– distanțele minime dintre corpul de încălzire și elementele de construcție executate din materiale combustibile se vor stabili în funcție de temperatura agentului încălzitor astfel:
– 50 mm pentru temperaturi până la 95șC;
– 100 mm pentru temperaturi mai mari de 95șC;
– distanța dintre corpul de încălzire și pardoseală să fie de regulă de 120 mm, dar în cazuri cu totul excepționale se admite reducerea acestei distanțe la 80 mm.
Fig. II.4: Montarea radiatoarelor
Apa din instalație trebuie să aibă PH-ul între 6,5 și 8 la temperatura de 25°C și să fie tratată cu produse specifice instalației conform normelor în vigoare.
Valoarea pH-ului reprezintă concentrația ionilor de hidrogen în apă. O valoare scăzuta a pH-ului și o duritate sub limitele impuse de normative, fac ca apa din instalațiile de încălzire să devină agresivă chimic, ducând la accentuarea fenomenului de coroziune.
Utilizarea unui agent termic cu acțiune corozivă față de metalele componente ale instalației este interzisă, nemenținându-se garanția produsului.
Conform acestui mod de calcul s-au dimensionat radiatoarele pentru toate încăperile ce necesită a fi încălzite, rezultatele calculelor fiind prezentate în tabelele următoare:
Tabel II.7: Dimensionarea Radiatoarelor de la parter
Tabel II.8: Dimensionarea Radiatoarelor de la etajele curente
Tabel II.9: Dimensionarea Radiatoarelor de la ultimul etaj
II.8. Concluzie
Radiatorul constituie unul din cele mai importante elemente ale instalației de încălzire centrală, deoarece acestea participă în mod direct la transmisia căldurii în încăpere. Din acest considerent rezultă necesitatea alegerii potrivite care va asigura menținerea căldurii corespunzătoare în încăperea pe care o va încălzi.
În acest capitol s-a prezentat alegerea, dimensionarea, amplasarea și montarea corpurilor de încălzire alese și anume: calorifere din aluminiu fabricate de FERROLI, modelul PROTEO.
CAPITOLUL III
CALCULUL HIDRAULIC AL INSTALAȚIEI DE ÎNCĂLZIRE
III.1. Calculul hidraulic al conductelor
Circuitul hidraulic reprezintă un ansamblu de conducte, rezervoare, elemente de închidere, deschidere etc. care asigură transportul și distribuția fluidului de la sursă la consumator.
Calculul hidraulic al instalațiilor de încălzire are rolul de a stabili diametrele conductelor de alimentare cu agent termic a corpurilor de încălzire.
Pe circuitul hidraulic străbătut de agentul termic de la sursă până la corpurile de încălzire sunt prevăzute o serie de elemente și piese funcționale cum ar fi: coturi, aparate de măsură, dispozitive de reglaj, etc. care introduc în circuit o anumită rezistență la trecerea fluidului, fapt pentru care aceste elemente sunt numite rezistențe hidraulice.
Rezistențele hidraulice sunt de două tipuri și anume:
a) Rezistențe liniare, care cuprind porțiunile de traseu de secțiune constantă (conductele);
b) Rezistențe locale, în care intră porțiunile de traseu formate din elemente de trecere de la o secțiune la alta, elemente pentru schimbarea direcției, elemente de reglaj, de măsură, dispozitive de închidere etc.
Fluidul la trecerea prin aceste rezistențe hidraulice își pierde o parte din energia acumulată rezultând o scădere a presiunii în sensul deplasării fluidului, acest fenomen poartă denumirea de pierdere de energie sau sarcină.
Disiparea energiei în fiecare din cele două categorii de rezistențe hidraulice este diferită și de aceea și relațiile de calcul a energiei pierdute de către fluid pe rezistența respectivă sunt diferite.
Pierderile de sarcină în conducte se compun din pierderile de sarcină liniare pd, care sunt distribuite în lungul curentului și pierderile de sarcină locale pl, care se produc în zonele cu neuniformități (coturi, ramificații, robinete etc.).
Pierderile de sarcină totale pentru un tronson de conducte sunt:
p = pd + pl [Pa] (III.1)
[Pa] (III.2)
[Pa] (III.3)
Pierderile de sarcină totală în cazul unei rețele formate din mai multe tronsoane este :
pt = (Rl + Z) [Pa] (III.4)
În calcule practice curente, cunoscut fiind traseul rețelei de conducte și caracteristicile fiecărui tronson și în unele cazuri și presiunea disponibilă H se cere să se determine diametrele conductelor care alcătuiesc tronsoanele rețelei.
Calculul de dimensionare al unei rețele se face prin încercări împărțindu-se în două etape:
1.Calculul preliminar – în cazul necunoașterii presiunii disponibile H, diametrele preliminare ale conductelor se stabilesc în funcție de debitele de fluid și de vitezele fluidului în tronsoanele conductelor.
Vitezele fluidului se consideră în general crescătoare de la consumator spre sursă.
2.Calculul de verificare – constă în a verifica dacă pentru diametrele preliminare stabilite, pierderile de sarcină înregistrate la debitele nominale pe diverse circuite alimentate dintr-un nod sunt mai mici sau sensibil egale cu presiunea disponibilă în nodul respectiv, adică:
(Rl+Z) Hd [Pa] (III.5)
III.2. Operațiuni preliminare dimensionării
Pentru calculul hidraulic al conductelor sunt necesare următoarele operațiuni preliminare:
– stabilirea schemei de calcul a instalației de încălzire (rețeaua de distribuție, coloane, racorduri etc.);
– înscrierea debitelor de căldură pe tronsoanele care alcătuiesc schema de calcul;
– înscrierea lungimilor tronsoanelor, utilizând datele rezultate din planurile de montare și schema coloanelor;
– cunoașterea parametrilor agentului termic (temperatura de ducere td și de întoarcere tr);
– cunoașterea presiunii disponibile (dacă este cazul) din circuitul instalației;
– stabilirea materialului din care sunt confecționate conductele.
III.3. Modul de calcul pentru dimensionarea conductelor
La calculul hidraulic al conductelor este necesar să se țină seamă atât de presiunea dată de pompe cât și de presiunea termică, ultima exercitându-se activ pe coloane, fiind cu atât mai mare cu cât acestea se extind pe verticală. De aici necesitatea de separare a calculului de dimensionare a rețelei de conducte pentru coloane și rețea de distribuție.
Etapele de calcul sunt următoarele:
– Se stabilește presiunea disponibilă la baza coloanei:
[Pa] (III.6)
în care:
[Pa] (III.7)
HTm – presiunea termică medie, calculată pentru înălțimea maximă h* a coloanei de alimentare cu agent termic;
– Se calculează pierderea de sarcină unitară medie, maximă și minimă:
[Pa/m] (III.8)
în care:
[Pa] (III.9)
[Pa] (III.10)
– Se identifică consumatorul cel mai dezavantajat (cel de la ultimul etaj).
– Se dimensionează conductele circuitului consumatorului cel mai dezavantajat, obținându-se diametrele și pierderile de sarcină totale pe tronsoane și se verifică condiția de echilibru hidraulic:
(III.11)
Încadrarea pierderilor de sarcină între cele două presiuni disponibile maxime și minime este necesară pentru a asigura o cât mai bună stabilitate hidraulică a circuitului.
– Dimensionarea racordurilor la coloană, a consumatorilor de putere termică Qx stabilind succesiv:
– presiunea termică medie calculată pentru o înălțime între două corpuri de încălzire:
[Pa] (III.12)
– pierderea de sarcină medie liniară unitară:
[Pa/m] (III.13)
în care l0 este lungimea conductei de racord;
– determinarea diametrelor și a pierderilor de sarcină locală și distribuție la conductele de racord.
III.4. Stabilitatea hidraulică
Echilibrarea hidraulică apare ca o necesitate din momentul în care apar diferențe de debit pe coloanele de distribuție a agentului termic.
Avantajele echilibrării hidraulice:
– Realizarea confortului termic pentru toate apartamentele din imobil;
– Eliminarea zgomotelor din instalație;
– Prelungirea perioadei de viață a instalației;
– Reducerea pierderilor de căldură;
– Asigurarea debitului corespunzător pentru toți consumatorii;
– Asigurarea controlului adecvat al temperaturii și o valoare scăzuta pe retur;
– Economisirea energiei termice;
– Reducerea costurilor;
– Eliminarea dezechilibrării prin modificarea instalației;
– Controlul consumului de căldură fără a influența negativ funcționarea instalației de încălzire în ansamblu.
Modul în care sistemul hidraulic reacționează la modificări ale debitelor de fluid la unul sau la mai mulți consumatori poate fi caracterizat prin „stabilitatea hidraulică” a sistemului. Aceasta reflectă concepția sistemului hidraulic din faza de proiectare.
Astfel, alegerea unor viteze mai mari decât cele recomandate pe tronsoanele principale și o dimensionare mai largă a celor secundare, de racordare a consumatorilor, poate produce dezechilibre inacceptabile în cazurile în care debitele masice la consumatori variază (instalații cu robinete de reglaj cantitativ automate, instalații la care se închid anumiți consumatori, etc.).
Alegerea corectă a diametrelor (vitezelor) alături de prevederea unor dispozitive active de reglare zonale (pentru instalațiile cu robinete automate de reglaj la radiator) permit obținerea unor fluctuații mici ale debitelor de fluid din sistem.
Anularea funcționării unor consumatori (prin închiderea voită a robinetelor – în perioade de vacanță sau pentru economie, prin decuplarea – „debranșarea”- de la sistemul centralizat de alimentare cu căldură) produce dereglări în repartiția debitelor de fluid din sistemele interioare de încălzire.
Pentru o instalație interioară de încălzire clasică, de la care se deconectează o parte din consumatori (situație echivalentă cu închiderea robinetelor anumitor consumatori), micșorarea debitelor necesare se traduce printr-o mărire a debitelor în circulația prin radiatoare.
De asemenea, în funcție de poziția acestor consumatori în sistem, pot apare circuite care „scurtcircuitează” restul instalației, prin care vor trece debite mai mari decât cele normale, în detrimentul restului de instalație. Influența acestei dereglări pentru aceste sisteme nu poate fi micșorată decât prin corecta dimensionare a diametrelor și prin montarea unor vane de reglare (cu reglaj fix și automate) pe diferite porțiuni din sistem (baza coloanelor etc.).
Funcționarea „dereglată” a sistemelor existente, din punct de vedere hidraulic, este accentuată:
– de lipsa organelor fixe de reglaj (sau de lipsa reglajelor acolo unde există armăturile), de depunerile de rugină, piatră, nămol etc., (care au micșorat diametrele efective și caracteristicile
sistemului);
– de modificările parametrilor fluidului la punctul de racord (debit, presiune diferențială);
– de introducerea sistemelor active (automate) de reglaj local (de exemplu robinete cu termostat) în sistemele pasive (practic funcționând cu debite constante);
– anularea debitelor prin anumiți consumatori (închideri de radiatoare, deconectări de la rețeaua publică etc.).
Funcționarea hidraulică corectă a unei rețele interioare de alimentare cu căldură dintr-o clădire presupune:
– existența debitului necesar de agent termic în punctul de racord (de branșament) la rețeaua exterioară de alimentare cu căldură sau la centrala termică de clădire;
– dimensionarea corectă a rețelei interioare de distribuție din punct de vedere a repartiției debitelor între consumatori și a stabilității hidraulice a instalației;
– lipsa obturărilor produse de piatră și impurități; – existența și corecta reglare a dispozitivelor fixe de reglare hidraulică (robinete de echilibrare hidraulică la radiator, la baza coloanei, la punctul de racord etc.);
– existența și corecta reglare a dispozitivelor active (automate) de reglare hidraulică (vane de reglare automată a presiunii diferențiale la baza coloanei etc.), mai ales dacă sistemul de încălzire este prevăzut cu organe automate de reglaj cantitativ (de exemplu robinete cu termostat).
Pentru rezolvarea acestui tip de „dezechilibrare” hidraulică trebuie acționat prin introducerea unor pierderi de sarcină suplimentare prin robinete de reglare (cu reglaj fix) plasate la baza coloanelor.
III.5. Calculul de echilibrare hidraulică
Echilibrarea hidraulică în fiecare punct al instalației se face aplicând condiția de echilibru hidraulic în nodurile de racord:
(III.14)
În cazul unor diferențe mari, se introduce o rezistență locala suplimentară ZRF prin reglarea fixă a robinetului corpului de încălzire, în care treapta de reglare TRF=f(Gx,ZRF) se obține din grafic.
[Pa] (III.15)
[l/h] (III.16)
unde:
Qinst – necesarul de căldură, în [W];
Cp – căldura specifică a apei, în [kJ/kg·K];
– temperatură agentului termic la ducere, în [°C];
– temperatură agentului termic la întoarcere, în [°C];
ρm – diferența dintre densitatea agentului termic la întoarcere respectiv ducere, în [kg/m3].
Conductele folosite pentru dimensionarea instalației sunt din oțel.
Alegerea treptei de reglare se face în funcție de valoare rezistenței suplimentare.
Echilibrarea se face în fiecare racord, în funcție de debitul de apă, G în l/h și pierderea de sarcină necesară în record, în mbar, conform diagramei din figura III.1.
Fig. III.1: Pierderile de sarcină în robinetul cu dublă reglare
În tabele următoare sunt reprezentate calculele de dimensionare și echilibrare hidraulică a rețelei de conducte:
Tabel III.1: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T1
Tabel III.2: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T1
Tabel III.3: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T1
Tabel III.4: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T1
Tabel III.5: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T1
Tabel III.6: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T2
Tabel III.7: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T2
Tabel III.8: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T2
Tabel III.9: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T2
Tabel III.10: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T2
Tabel III.11: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T3
Tabel III.12: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T3
Tabel III.13: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T3
Tabel III.14: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T3
Tabel III.15: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T3
Tabel III.16: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T4
Tabel III.17: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T4
Tabel III.18: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T4
Tabel III.19: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T4
Tabel III.20: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T4
Tabel III.21: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T5
Tabel III.22: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T5
Tabel III.23: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T5
Tabel III.24: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T5
Tabel III.25: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T5
Tabel III.26: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T6
Tabel III.27: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T6
Tabel III.28: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T6
Tabel III.29: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T6
Tabel III.30: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T6
Tabel III.31: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T7
Tabel III.32: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T7
Tabel III.33: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T7
Tabel III.34: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T7
Tabel III.35: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T7
Tabel III.36: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T8
Tabel III.37: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T8
Tabel III.38: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T8
Tabel III.39: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T8
Tabel III.40: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T8
Tabel III.41: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T9
Tabel III.42: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T9
Tabel III.43: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T9
Tabel III.44: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T9
Tabel III.45: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T9
Tabel III.46: Dimensionarea tronsoanelor principale coloanei T10 (coloana cea mai dezavantajată)
Tabel III.47: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanele principale coloanei T10
Tabel III.48: Dimensionarea tronsoanelor secundare coloanei T10
Tabel III.49: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru tronsoanelor secundare coloanei T10
Tabel III.50: Echilibrarea racordurilor pentru coloana T10
În tabelele următoare s-a reprezentat calculul de dimensionare și echilibrare hidraulică a rețelei de distribuție situată în subsolul tehnic vizitabil al clădirii de locuit.
Tabel III.51: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul principal – coloana 10 (subsol)
Tabel III.52: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul principal – coloana 10 (subsol)
Tabel III.53: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul secundar – coloana 8 și 9 (subsol)
Tabel III.54: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul secundar – coloana 8 și 9 (subsol)
Tabel III.55: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul secundar – coloana 1,2 și 3 (subsol)
Tabel III.56: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul secundar – coloana 1,2 și 3 (subsol)
Tabel III.57: Dimensionarea tronsoanelor pentru traseul secundar – coloana 4,5,6 și 7 (subsol)
Tabel III.58: Valoarea coeficienților de rezistență locală (ξ) pentru traseul secundar – coloana 4,5,6 și 7 (subsol)
Tabel III.59: Echilibrarea racordurilor subsol
III.6. Concluzie
În acest capitol s-a prezentat proiectarea rețelei de distribuție, plecând de la calculul pierderilor de sarcină, dimensionarea conductelor, până la echilibrarea hidraulică și importanța stabilității hidraulice a sistemului.
Dimensioanarea corectă a instalațiilor de încălzire este factorul esențial în funcționarea corespunzătoare a acestei instalații, reducerea costului de exploatare, evitarea realizării unei uzuri premature a instalației și împiedicarea apariției zgomotelor.
CAPITOLUL IV. Propagarea fumului în clădire
IV.1. Generalatăți despre fum
Fumul și produsele gazoase, rezultate în urma arderii, la incendii, constituie pericole reale pentru viața omului. Analiza cauzelor deceselor înregistrate la un număr mare de incendii au evidențiat că la originea acestora ponderea cea mai importantă revine fumului și gazelor toxice de ardere, precum și, în proporție mai mică, arsurilor.
Gazele de ardere provenite de la materialele combustibile obișnuite conțin, în general, dioxid de carbon, oxid de carbon și acid clorhidric care sunt deosebit de nocive pentru viața omului, chiar la concentrații foarte reduse.
Fumul se prezintă, de regulă, sub forma unei mase formată din gaze și particule solide și lichide foarte fine (combustibil nears, funingine, gudroane, cenușă etc.), a cărui culoare poate fi de la cenușiu până la negru, dar, în funcție de compoziția chimică a materialelor, poate prezenta și diverse alte nuanțe coloristice însoțite, în unele cazuri, de anumite mirosuri și gusturi specifice.
Fumul se propagă în clădiri cu o viteză net superioară incendiului propriu‐zis, inundând spațiile înconjurătoare, făcând inutilizabile căile de evacuare. Din datele experimentale rezultă că, în general, concentrațiile periculoase ale fumului pe căile de evacuare clasice, executate din materiale incombustibile, se pot forma în timp foarte scurt. cca 3‐4 minute, cu mult înainte de atingerea parametrilor critici de temperatură. Fumul fiind toxic, provoacă asfixierea persoanelor, chiar situate departe de focar, fiind, în unele cazuri, principala cauză de deces în incendiu. În plus, fumul degradează materialele de construcție aflate în zona adiacentă focarului, slăbește rezistența elementelor metalice de structură ale clădirii și împiedică apropierea de focar a forțelor de intervenție.
Mișcarea particulelor de fum de la focarele de incendiu în mediul înconjurător poate avea loc prin difuzie, convecție naturală sau forțată. În cazul arderilor lente, de regulă mocnite (bumbac, lemn, PVC), generarea căldurii este lentă, iar deplasarea particulelor de fum are loc prin difuzie, repartizându‐se uniform în întreaga încăpere. Totodată, are loc și o stratificare a fumului, fumul se acumulează în straturi cu temperaturi descrescătoare către părțile inferioare ale incintei. În cazul arderilor normale, datorită formării curenților turbionari de gaze de ardere fierbinți și aer, deplasarea particulelor de fum are loc prin convecție. Particulele de fum, formând un con răsturnat cu vârful în jos, deasupra focarului. Pe măsura deplasării în sus a conului, are loc o amestecare a particulelor de fum și gazelor de ardere cu aerul înconjurător, ceea ce determină răcirea amestecului și, ca urmare, micșorarea vitezei de deplasare a particulelor de fum.
Mișcarea fumului în clădiri este cauzată de:
diferența de temperatură dintre exterior și interior;
energia termică generată de incendiu (presiunea termică);
presiunea cauzată de curenții de aer exteriori (vânt);
sistemele de climatizare din clădire.
Acești factori au o pondere mai redusă sau mai însemnată, în funcție de locul unde s‐a produs incendiul (zone calde) sau la depărtare mare de acestea (zone reci). În zonele calde, deplasarea fumului este condiționată, în principal, de fluxul de căldură generat prin ardere.
În zonele reci, în care cantitatea de căldură acumulată în fum și gazele de ardere este redusă, deplasarea fumului este condiționată de diferența de temperatură dintre interior și exterior, acțiunea vântului și a sistemelor de climatizare.
Dacă fumul are o temperatură mai ridicată decât cea a mediului ambiant, el se va ridica.
La clădirile înalte, în plus față de forma ascensională creată direct de incendiu, trebuie luat în considerație efectul de coș ‐ forțe ascensionale datorate diferenței de temperaturi dintre mediul exterior și cel interior.
Dacă temperatura din interiorul clădirii este mai mare decât cea din exterior, va exista tendința naturală a aerului de a intra pe la partea inferioară și de a ieși pe la partea superioară a clădirii (Fig IV.1). În situația în care temperaturile la exterior și la interior se inversează, atunci direcția de curgere a aerului se inversează și ea (Fig IV.2).
În clădiri, deschiderile sunt dispuse pe o mare parte din circumferință și la nivele diferite (geamuri, uși etc.). Deasupra planului neutru, dacă temperatura interioară este mai mare decât temperatura ambientală, fumul va ieși înspre exterior pe partea superioară a deschiderii, iar sub acesta va intra aer din exterior, generându‐se astfel un curent ascensional. În acest fel, se explică puternica acumulare de fum la părțile superioare ale clădirii.
În cazul în care temperatura exterioară este mult mai mare decât cea de la interior, aerul va intra în clădire pe la părțile superioare planului neutru, conducând la invadarea cu fum a spațiilor de sub acesta.
Ca și efecte ale fumului putem menționa: reducerea vizibilității pe căile de circulație, de evacuare și toxicitatea gazelor degajate de incendiu. Pericolul este amplificat atunci când fumului i se asociază gazele toxice și căldura rezultate în urma arderii.
Reducerea vizibilității pe căile de evacuare depinde în principal, de compoziția și concentrația fumului, mărimea și forma particulelor, intensitate luminoasă și natura surselor de iluminare existente în zonă. Din practică, a rezultat că la incendiile care au avut loc la blocurile de locuit și complexele hoteliere, umplerea cu fum a culoarelor, căilor de evacuare se realizează într-un timp foarte scurt, în general, 10-15 minute. Din analiza comportării oamenilor la incendii, rezultă că, persoanele neavizate nu-și pot imagina ușurința cu care se poate răspândi fumul în clădire și nici consecințele deosebit de grave pe care le poate avea pentru utilizatori inundarea cu fum a căilor de evacuare.
Propagarea rapidă a fumului provoacă panică în rândul persoanelor ce se află în clădire. Reducerea vizibilității duce atât la diminuarea capacității de orientare a persoanelor surprinse de incendiu, cât și la îngreunarea intervenției pompierilor. Aceasta împiedică părăsirea rapidă a zonei periculoase și, ca urmare, se mărește durata de staționare sub influența căldurii și gazelor toxice, șansele de supraviețuire diminuându-se.
IV.2. Utilizarea simulării asistate de calculator
Deși nu este des folosită în domeniul situațiilor de urgență, simularea pe calculator poate furniza date importante cu privire la modul aproximativ de manifestare al unui incendiu, al deplasării gazelor de ardere, a fumului și al altor caracteristici relevante ale acestor fenomene. Marele avantaj al acesteia este de a putea fi repetată teoretic la nesfârșit fără a fi necesară distrugerea materialelor utilizate, de exemplu într-o reconstituire a unui incendiu, fie ea la scară sau nu. Impedimentul principal în folosirea unei astfel de tehnici este nevoia de avea un investigator de incendii care să cunoască puterile și limitările programului de simulare utilizat și care, desigur, să aibă certitudinea acurateței datelor folosite precum și siguranța corectitudinii și implementării acestor date în conformitate cu metodele de introducere a datelor suportate de programul în cauză.
Pentru elaborarea acestei lucrări s-a utilizat programul ANSYS. Ansys este un program de analiză cu elemente finite utilizat pe scară largă în industrie și cercetare cu scopul de a simula răspunsul unui sistem fizic solicitat mecanic, termic sau electromagnetic.
Acest simulator necesită definirea spațiului în care urmează a fi simulat incendiul. Aceasta se realizează prin crearea unei geometrii care să reflecte dimensiunile reale ale compartimentului de incendiu. În scopul exemplificării acestui proces a fost utilizată o clădire de locuit cu dimensiuni de 23,3 x 8,8 x 15 m, a cărei imagine este redată în Fig. IV.3.
Fig. IV.3: Geometria clădirii de locuit
Dat fiind faptul că fumul se propagă mai întâi pe verticală și apoi pe orizontală,datorită forței ascensionale generată de incendiu, s-a simplificat geometria clădirii, lăsând doar casa de scari și ultimul etaj (Fig. IV.4).
Fig. IV.4: Geometrie scară și ultimul etaj
Sursa de aprindere în cazul acestei simulări s-a considerat ca fiind un scurtcircuit la instalația electrică într-o boxă aflată în subsolul clădirii de locuit. Cantitatea mare de materiale combustibile depozitate la subsol de către locatarii blocului a condus la o dezvoltare rapidă a incendiului, rezultând o mare degajare de fum.
După realizarea geometriei clădirii s-a trecut la împărțirea în elemente finite. Metoda elementelor finite constă în studiul pe porțiuni al domeniului de interes și recompunerea domeniului de studiu, respectând anumite cerințe matematice. Geometria clădirii este împărțită în elemente și noduri. Cu cât numărul elementelor și al nodurilor este mai mare, cu atât rezultatul se apropie către soluția exactă, dar și o creștere excesivă poate duce la erori din cauza unui volum prea mare de calcule. În imaginea următoare puteți vedea repartizarea elementelor (Fig. IV.5).
În urma împărțirii geometriei în elemente finite a rezultat un număr de 104940 noduri și 510013 elemente finite.
Fig. IV.5: Împărțirea în elemente finite
Prin utilizarea metodelor numerice se elimină inconvenientele legate de spațiul de testare și de simulare, acesta realizându-se doar prin impunea unor condiții la limită pe domeniul supus analizei.
Pentru realizarea simulării s-a ținut cont de anumite condiții, și anume:
Temperatura interioară: 20 oC;
Temperatura exterioară: 20 oC;
Densitatea inițială a fumului: 1 kg/m3;
Temperatura inițială a fumului: 300 oC;
Viteza inițială a fumului: 1,5 m/s
Durata simulării: 600 s.
S-a considerat că ușile de la apartamente au fost lăsate deschise în timpul evacuării persoanelor. De asemenea trapa de evacuare a fumului amplasată deasupra casei de scării, împreună cu 6 geamuri (Fig. IV.6) s-au considerat ca fiind deschise.
Rezultatele obținute în urma simulărilor numerice vin în completarea celor obținute clasic în laborator, nuanțându-le, datorită posibilităților de afișare, în acest sens oferind informații despre procesele de curgere în intimitatea acestora.
În continuare s-au prezentat rezultatele la care s-a ajuns în urma simulării.
Fig. IV.7: Studiul densității fumului
Fig. IV.8: Studiul densității fumului
Fig. IV.9: Studiul presiunii fumului
Fig. IV.10: Studiul presiunii fumului
Fig. IV.11: Studiul temperaturii fumului
Fig. IV.12: Studiul vitezei de propagare a fumului
Fig. IV.13: Studiul vitezei de propagare a fumului
IV.3. Concluzie
Majoritatea deceselor survenite în cadrul incendiilor au fost rezultatul acțiunii directe a gazelor toxice emanate, a temperaturilor ridicate ale fumului care afectează căile respiratorii și, în proporție mai mică, arsurilor.
În partea de început a acestui capitol s-au prezentat elementele generale ale fumului, factorii care influențează propagarea și efectele periculoase ale fumului. Apoi s-a prezentat programul ales pentru rularea simulării și s-au arătat pașii parcurși în program pentru a se putea simula fenomenul propagării fumului.
În urma interpretării rezultatelor s-au constatat următoarele:
Inundarea cu fum a casei de scări și a apartamentelor din clădire se realizează într-un timp foarte scurt (10 minute), împiedicând evacuarea persoanelor;
Densitatea fumului este mai mare pe casa de scări și în încăperile unde sunt geamurile deschise, fumul având tendința de a se „deplasa” spre sursele proaspete de aer;
Presiunea existentă în casa de scări (parter, etaj 1, etaj 2) poate conduce la apariția unor fenomene periculoase și anume, flash-over și backdraft;
Căile de evacuare sunt compromise datorită temperaturii ridicate a fumului și a gazelor rezultate în urma arderii;
Viteza de propagare a fumului în plan vertical are o valoare mult mai mare decât viteza de propagare a fumului în plan orizontal.
CONCLUZII
Îmbunătățirea randamentului unei instalații de încălzire depinde de o serie de factori cum ar fi : izolația termică exterioară, tipul de radiatoare folosit, dimensionarea corespunzătoare a instalațiilor termice.
Izolația termică exterioară conferă nu numai un aspect plăcut climatului interior cât și eficiență în folosirea agentului termic. O clădire bine izolată este încălzită mai ușor decât una similară, fără izolație, iar pierderile sunt mai mici în primul caz, prin urmare și consumul va fi mai mic. Un alt avantaj al izolării termice este acela că va preveni supraîncălzirea încăperilor pe timpul verii, prin reducerea transmiterii razelor solare.
Radiatoarele de aluminiu, în opinia multor specialiști în domeniul instalațiilor termice, pot constitui o alegere avantajoasă, perioada de garanție acordată de producători fiind mai extinsă la această categorie.
Am ales radiatoare de aluminiu pentru instalația termică proiectată și din alte motive: prețul scăzut, durata mare de viață, se încălzesc repede, sunt ușor de manevrat, au randament termic bun, reușesc să-și păstreze foarte mult timp aspectul inițial întrucât sunt vopsite în câmp electrostatic, sunt concepute într-o diversitate de modele și culori , integrându-se ușor interioarelor moderne.
O condiție esențială în folosirea corespunzătoare a acestor instalații o reprezintă dimensionarea corectă a instalațiilor termice. Respectarea unor standarde dimensionale va conduce la obținerea unor costuri reduse de exploatare, va preîntâmpina uzura instalației și apariția unor indicii ale unor defecțiuni în funcționare.
În partea finală a lucrării am prezentat modul de propagare al fumului în interiorul clădirii de locuit, în cazul izbucnirii unui incendiu la subsolul blocului. În urma simulării fenomenului s-a constatat faptul că densitatea, toxicitatea și temperatura fumului prezintă un real pericol, inhalarea lui reprezentând cauza celor mai multe decese din incendii. Majoritatea persoanelor ce locuiesc la apartamente nu realizează ușurința cu care se poate răspândi fumul în clădire și nici consecințele deosebit de grave pe care le poate avea pentru utilizatori inundarea cu fum a căilor de evacuare.
ANEXE
ANEXA 1: Zonarea climatică a României
ANEXA 2: Încadrarea localităților în zone eoliene
BIBLIOGRAFIE
[1] Păun C. Virgil (2011), „Analiza comportamentului termo-hidraulic variabil al sistemelor centralizate de alimentare cu căldură” pp.9-41. accesat aprilie 2017 la adresa: [http://instal.utcb.ro/site/Teza_Paun_Virgil.pdf].
[2] Ionescu G., Gligor E., Gavriș D. (2011), Suport Laborator disciplina Instalații pentru Construcții,[http://www.arhiconoradea.ro/Info%20Studenti/Note%20de%20curs/Ionescu%20Gh/5%20INSTALATII%20IN%20CONSTRUCTII%201/4%20INDRUMAR%20LABORATOR%20INSTALATII.pdf], accesat aprilie 2017.
[3] Asociația Inginerilor de Instalații din România. (2010), Manualul de instalații. Instalații de încălzire, Ediția a II-a, Editura Artecno, București.
[4] Grigore R. Energetica clădirilor, Structura consumului de căldură al unei clădiri, [http://ro.scribd.com/doc/260914493/Termodinamica#scribd] accesat aprilie 2017.
[5] Bălan C. Suport Curs an III.
[6] Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcție ale clădirilor, indicativ, C107/1,2,3 – 2005 (publicat în Monitorul Oficial, partea I, nr.1124 bis din 13 decembrie 2005).
[7] Normativ pentru proiectarea și executarea instalațiilor de încălzire centrală, indicativ, I 13-02.
[8] Normativ pentru exploatarea instalațiilor de încălzire, indicativ, I 13/1-02.
[9] SR 1907-1/1997 Instalații de încălzire. Necesarul de căldură de calcul. Prescripții de calcul.
[10] SR 1907-2/1997 Instalații de încălzire. Necesarul de căldură de calcul. Temperaturi interioare convenționale de calcul.
[11] Techem, Inovație tehnologică, „Echilibrare hidraulica”, [https://www.techem.ro/fileadmin/ro/images/techem.ro/02_MainNav/02_Administratori_imobile/05_Alte_produse/Vane_de_echilibrare.pdf] accesat aprilie 2017.
[12] http://www.engineering.upm.ro/master-ie/mse/mat_did/elen089/curs/C_5_1.pdf
[13] http://www.ferroli.ro/produse/incalzire/calorifere-ferroli/calorifere-aluminiu.html
[14] Cubleșan Valentin (2011), “Propagarea arderii la materialele combustibile solide în interiorul incintelor”, [ http://instal.utcb.ro/site/teza_doctorat_Valentin_Cublesan.pdf], accesat aprilie 2017.
[15] International Association of Fire Chiefs, Fundamentals of Fire Fighter Skills [https://books.google.ro/books?id=i5hJ0TanadwC&pg=PA410&lpg=PA410&dq=black%20smoke%20fire%20temperature&source=bl&ots=awfpFwQfZ7&sig=wy59i2AMUL4GBjf9TB9mWpiM8Q&hl=ro&sa=X&ved=0ahUKEwjk_Cm3MHTAhUTkRQKHZ6CApg4MhDoAQgrMAg#v=onepage&q=black%20smoke%20fire%20temperature&f=false] pp.403-436, accesat aprilie 2017.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: ACADEMIA DE POLIȚIE Alexandru Ioan Cuza [304412] (ID: 304412)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.