I.1 Scurt istoric [618437]

CAPITOLUL I CENTRALE TERMICE

I.1 Scurt istoric
De-a lungul timpului, sistemele de încălzire radiantă au evoluat de la sisteme de aer
fierbinte la sisteme electrice datorită progreselor tehnologice. Astăzi, încălzirea electrică
radiantă a devenit o soluție de încălzire din ce în ce mai populară pentru case.
Deși mulți oameni cred că încălzirea radiantă este o nouă tehnologie pentru industria
de încălzire, nu este adevărat. Romanii au inventat primul sistem de încălzire radiant,
versiunea lor de încăl zire radiantă sub pardoseală se numește "hypocaust". Hypocaust este un
sistem de încălzire prin pardoseală care încălzea casele cu aer cald . Potrivit cercetărilor,
podeaua era ridicată deasupra solului prin stâlpi numiți pilae, astfel încât aerul fierbinte
provenit de la un cuptor să poată circula sub ea. Podeaua consta dintr -un strat de titluri, urmat
de un strat de beton, apoi un alt strat de gresie. De asemenea, sub pereți erau țigle sau dale de
lut, prin intermediul cărora aerul fierbinte circula pe sub podeaua și pe pereții camerelor de
deasupra, pentru a scăpa în cele din urmă printr -o deschidere prevăzută în acoperiș. Pereții
aveau plăci ceramice în ei pentru a menține căldura un timp mai îndelungat. Romanii s -au
asigurat, de asemenea, ca aerul cald ș i fumul fierbinte să nu scape prin podea și prin pereți,
ceea ce a fost un lucru destul de avansat având în vedere materialele folosite în acea perioadă.
În mod tipic, această versiune a încălzirii radiante a fost folosită în sălile fierbinți ale băilor,
caselor și altor clădiri.
Ca urmare a declinului Imperiului Roman, încălzirea radiantă a hypocaustului a
devenit pierdută în istorie. Oamenii s -au întors la șemineele mai primitive de aproape o mie
de ani ca soluție primară de încălzire. A durat câteva seco le până când încălzirea radiantă a
reapărut, în mare parte datorită noilor dezvoltări și invenții de către oameni precum Benjamin
Franklin, A. H. Barker, Frank Lloyd Wright și mulți alți ingineri mai puțin cunoscuți.
Cu toate acestea, trebuie să recunoaște m că primul sistem de încălzire radiant a dus la
dezvoltarea metodelor de încălzire radiantă de diferite tipuri, cum ar fi panouri de apă caldă,
electrică, în pardoseală, sub pardoseală, de perete și de tavan, care sunt acum utilizate în
comun.
În prezent, încălzirea radiantă este utilizată în case, hoteluri, clădiri de birouri
corporative și multe alte proiecte de interior și de exterior.

Cele trei metode principale de încălzire centrală au fost dezvoltate la sfârșitul
secolului al XVIII -lea până la mi jlocul secolului al XIX -lea.
 Aer cald
William Strutt a proiectat o nouă clădire din Derby cu un cuptor central cu aer cald în
1793, deși ideea fusese deja propusă de John Evelyn cu aproape o sută de ani în urmă.
Designul lui Strutt a constat într -o sobă mare, care încălzea aerul adus din exterior printr -un
pasaj subteran. Aerul a fost ventilat prin clădire prin canale centrale mari.
În 1807, el a colaborat cu un alt inginer eminent, Charles Sylvester, cu privire la
construcția unei noi clădiri pentru a gă zdui Infirmeria Regală Derby. Sylvester a contribuit la
aplicarea noului sistem de încălzire al lui Strutt pentru noul spital. El și -a publicat ideile în
filosofia economiei interne; exemplificată în modul de încălzire, ventilare, spălare, uscare și
gătit … în Derbyshire General Infirmary în 1819. Sylvester a documentat noile modalități de
încălzire a spitalelor care au fost incluse în proiectare și caracteristicile sănătoase, cum ar fi
auto – curățarea și prospețimea aerului toaletelor. Noul sistem de în călzire al infirmeriei a
permis pacienților să respire aer proaspăt încălzit.
Desenele lor s -au dovedit foarte influente. Au fost copiate pe scară largă în noile mori
din Midlands și au fost în mod constant îmbunătățite, ajungând la maturitate cu lucrările lui
de Chabannes privind ventilația Camerei Comunelor în anii 1810. Acest sistem a rămas
standard pentru încălzirea clădirilor mici pentru restul secolului.
 Aburul
Scriitorul englez Hugh Plat a propus un sistem de încălzire centrală pe bază de abur
pentru o seră în 1594, deși acesta a fost un eveniment izolat și nu a fost urmărit până în
secolul al XVIII -lea. Colonelul Coke a conceput un sistem de țevi care ar fi transportat abur
în jurul casei de la un cazan central, dar James Watt, inventatorul scoțian, a fost primul care a
construit un sistem de lucru în casa lui.
Un cazan central a furniza abur de înaltă presiune, care mai apoi distribuia căldura în
interiorul clădirii printr -un sistem de țevi încorporat în coloane. A implementat sistemul pe o
scară mult mai mare la o fabrică de textile din Manchester. Robertson Bu chanan a scris
descrierea definitivă a acestor instalații în tratatele sale publicate în 1807 și 1815. Lucrările
lui Thomas Tredgold Principiile încălzirii și ventilației clădirilor publice au delimitat modul
de aplicare a încălzirii cu abur fierbinte în c lădiri mai mici, neindustriale. Această metodă a
înlocuit sistemele de aer cald până la sfârșitul secolului al XIX -lea.
 Apă caldă

Palatul de vară din Sankt -Petersburg a avut un sistem timpuriu de încălzire centrală
hidrologică.
Sistemele timpurii de apă c aldă au fost folosite în Rusia pentru încălzirea centrală a
Palatului de Vară (1710 -1714) al lui Petru cel Mare la Sankt Petersburg. Puțin mai târziu, în
1716, a apărut prima utilizare a apei în Suedia pentru încălzirea unei clădiri. Mårten
Triewald, ingin er suedez, a folosit această metodă pentru o seră de la Newcastl. Jean Simon
Bonnemain (1743 -1830), un arhitect francez, a introdus tehnica industriei într -o cooperativă,
la Château du Pêcq, lângă Paris.
Cu toate acestea, aceste încercări împrăștiate au fo st izolate și limitate în principal la
aplicarea lor în sere. Tredgold a respins inițial utilizarea sa, ca fiind nepractică, dar și -a
schimbat mintea în 1836, când tehnologia a intrat într -o fază de dezvoltare rapidă.
Sistemele timpurii au folosit sisteme de apă cu presiune scăzută, care necesitau țevi
foarte mari. Una dintre primele sisteme moderne de încălzire centrală cu apă caldă menită să
remedieze această deficiență a fost instalată de Angier March Perkins la Londra în anii 1830.
În acel moment, încăl zirea centrală a intrat în modă în Marea Britanie, utilizându -se, în
general, sisteme de abur sau aer cald.
Aparatul lui Perkins 1832 a distribuit apă la temperaturi de 200 grade Celsius (392 °
F) prin țevi de diametru mic la presiune înaltă. O invenție cr ucială pentru a face sistemul
viabil a fost îmbinarea cu filet, ceea ce a permis ca îmbinarea dintre țevi să suporte o presiune
similară asupra țevii în sine. De asemenea, el a separat boilerul de sursa de căldură pentru a
reduce riscul de explozie. Prima unitate a fost instalată la domiciliul guvernatorului Băncii
Angliei, John Horsley Palmer, pentru ca el să poată crește strugurii în climatul rece al
Angliei.
Sistemele sale au fost instalate în fabrici și biserici din întreaga țară, multe dintre ele
rămân ând în stare utilizabilă de peste 150 de ani. Sistemul său a fost, de asemenea, adaptat
pentru utilizarea de către brutari în încălzirea cuptoarelor lor și în fabricarea hârtiei din pulpă
de lemn.
Franz San Galli, om de afaceri născut în Rusia, care a trăi t în St. Petersburg, a inventat
radiatorul între 1855 și 1857, ceea ce a reprezentat un pas important în modelarea finală a
încălzirii centrale moderne. Radiatorul din fontă victoriană a devenit pe scară largă până la
sfârșitul secolului al XIX -lea, compan iile, cum ar fi American Radiator Company, au extins
piața radiatoarelor ieftine din SUA și Europa.

I.2 Generalități
Centralele termice sunt ansambluri de utilaje aparate care realizează transformarea
energiei primare (combustibil) în energie termică (agent termic) la parametrii specifici de
utilizare ceruți de către instalațiile utilizatoare dintr -o clădire sau un ansamblu de clădiri.
Încălzirea centrală diferă de încălzirea spațiului prin faptul că generarea de căldură are
loc într -un singur loc, cum ar fi o cameră de cuptor sau un subsol într -o casă sau o încăpere
mecanică într -o clădire mare. Căldura este distribuită în clădire, în mod obișnuit prin
circulația apei sau a aburului printr -un sistem de țevi. Cea mai obișnuită metodă de generare a
căldu rii implică arderea combustibililor fosili într -un cuptor sau cazan.
În mare parte din zona climatică temperată, cele mai multe locuințe detașate au
instalat încălzire centrală încă din timpul celui de -al doilea război mondial. În cazul în care
cărbunele e rau ușor disponibile, sistemele de abur sau apă caldă pe bază de cărbune erau
comune. În ultima vreme, acestea au fost actualizate pentru a folosi gazul ca sursă de
combustie, eliminând necesitatea unui depozit mare de cărbune în apropierea cazanului și
necesitatea de a îndepărta și arunca cenușa după arderea cărbunelui. Sistemele pe cărbune
sunt acum rezervate în principal clădirilor mai mari.
Încălzirea urbană utilizează căldura reziduală dintr -un proces industrial sau o stație de
producere a energiei ele ctrice pentru a furniza căldură pentru clădirile vecine. Aceasta
necesită conducte subterane pentru circularea apei calde sau a aburului și este practică doar
într-o zonă relativ mică (adică câteva blocuri de oraș).

Principalele funcții ale unei centrale termice sunt:
– prepararea agentului termic (cazan sau ansamblu de cazane),
– realizarea și reglarea temperaturilor, debitelor si presiunilor de pompare ale
agentului termic pentru fiecare dintre utilizatorii de agent termic racordați (pompe si vane de
amestecare, termostate, etc.),
– preluarea volumului de dilatare al apei din instalația de încălzire de la temperatura
ambiantă până la cea maximă de lucru sau numai între valorile minim -maxim de lucru, după
caz, funcție de mărimea centralei și a instalațiilo r racordate (vase de expansiune închise sau
deschise, vase de preluare),
– asigurarea instalației împotriva depășirii presiunii maxime (supape de siguranță),
– funcționare automată (sistem de automatizare).
Apa caldă circulantă poate fi utilizată pentru încălzirea centrală. Uneori, aceste
sisteme se numesc sisteme de încălzire hidraulică.

Componentele comune ale unui sistem de încălzire centrală care utilizează circulația
apei includ:
– sursă de alimentare cu combustibil, electricitate sau termoficare
– cazan (sau un schimbător de căldură pentru încălzire urbană) care încălzește apă în
sistem
– pompă pentru circulația apei
– radiatoarele care sunt panouri montate pe perete prin care trece apa de încălzire pentru
a elibera căldura în încăperi,
– instalațiile de automatizare,
– elementele de legătura și distribuție,
– elementele de evacuare a produselor arderii.
Sistemele de circulație a apei utilizează o buclă închisă; aceeași apă este încălzită și
apoi reîncălzită. Un s istem sigilat oferă o formă de încălzire centrală în care apa folosită
pentru încălzire circulă independent de alimentarea normală a apei a clădirii. Rezervor de
expansiune într -un sistem închis conține gaz comprimat, separat de sistemul de volumul de
apă printr -o diafragmă. Acest lucru permite variații normale de presiune în sistem.
O supapă de siguranță permite ca apa să scape din sistem când presiunea devine prea
mare și o supapă care se poate deschide pentru a umple cu apă din sistemul de alimentarea
normală cu apă dacă presiunea scade prea mult.
Sistemele sigilate oferă o alternativă la sistemele deschise de aerisire, în care aburul
poate ieși din sistem și poate fi înlocuit de la alimentarea cu apă a clădirii printr -un sistem de
alimentare și de stoc are centrală. Instalațiile de încălzire din Regatul Unit și din alte părți ale
Europei combină în mod obișnuit necesitățile de încălzire a spațiului cu încălzire prin apă
caldă menajeră. Aceste sisteme apar mai puțin frecvent în SUA. În acest caz, apa încă lzită
într-un sistem sigilat curge printr -un schimbător de căldură într -un rezervor de apă caldă sau
în cilindru de apă caldă în care încălzește apa din rețeaua de apă potabilă obișnuită pentru a fi
utilizată la robinete de apă caldă sau la aparate cum ar fi mașinile de spălat sau mașini de
spălat vase.
Sistemele hidraulice de încălzire sunt de asemenea utilizate cu soluții antigel pentru
sistemele de topire a gheții și a zăpezii, pentru parcurgeri, parcări și străzi. Acestea sunt
utilizate mai frecvent în proiecte de căldură pentru podele radiante și comerciale, în timp ce
sistemele electrice de încălzire radiante sunt mai frecvent utilizate în aplicații mai mici de
încălzire a punctelor.

Un sistem de încălzire centralizată folosește cazane centrale sau înc ălzitoare de apă și
circulă energia termică pentru clienți individuali prin circularea apei calde sau a aburului.
Acest lucru are avantajul unui convertor central de energie extrem de eficient și care este
operat profesional. Sistemul de termoficare poate utiliza surse de căldură impracticabile
pentru a fi utilizate în case individuale, cum ar fi uleiul greu, produsele secundare de lemn
sau fisiunea nucleară (ipotetică). Rețeaua de distribuție este mai costisitoare pentru a fi
construită decât pentru încălz irea cu gaz sau electric și, astfel, se găsește numai în zone dens
populate sau în comunități compacte.

I.3 Clasificarea centralelor termice
Centralele termice se clasifică după următoarele criterii de bază:
 natura combustibilului folosit
 modul de vehiculare a agentului termic:
– cu circulație naturală;
– cu circulație forțată.
 puterea instalată:
– cu putere mică < 300 KW;
– cu putere medie 300 < < 2000 KW;
– cu putere mare > 2000 KW.
 natura agentului termic utilizat:
– apă caldă cu te mperatura max. de 115 ș C;
– abur de presiune joasă ;
– abur de presiune medie.
 modul de asigurare împotriva suprapresiunilor:
– la apa caldă: – cu vase de expansiune deschise,
– cu supape și vase de expansiune închise;
– cu supape de siguranță.
– la abur: – dispozitive hidraulice;
– supape de siguranță.
 modul de exploatare a centralei:
– automată;
– cu supraveghere parțială;
– cu supraveghere totală.

 modul de cuplare al centralei la consumator:
– sistem cuplat direct;
– sistem cuplat prin distribuitor – colector;
– sistem decuplat (cu separator hidraulic).

I.3.1 Clasificarea centralelor termice după natura agentului termic folosit
În funcție de natura combustibilul folosit la încălzirea agentului term ic putem vorbi de
centrale termice pe gaz, electrice sau care utilizează combustibil solid (lemne, cărbuni, pelete,
etc. ).
Sursa de energie selectată pentru un sistem de încălzire centrală variază în funcție de
regiune. Sursa de energie primară este selec tată pe baza costului, confortului, eficienței și
fiabilității. Costul energetic al încălzirii este unul dintre costurile principale de operare a unei
clădiri într -un climat rece. Unele centrale de încălzire centrală pot schimba combustibilii din
motive de economie și de confort.

1. Centrale termice care utilizează combustibilii solizi
Combustibilul solid (lemn sau cărbune) a reprezentat sursa cea mai utilizată de către
oameni din cele mai vechi timpuri.
Folosind experiența acumulată în decursul timpului, producătorii de cazane au
dezvoltat și perfecționat aceste echipamente prin optimizarea funcționării lor sau prin
diversificarea combustibililor utilizați în ardere (peleți, brichete, rumeguș, etc.).
Combustibilii solizi, cum ar fi lemnul, turba sau cărbunele, pot fi depozitați la punctul
de utilizare. Combustibilul din lemn este încă folosit în cazul în care aprovizionarea este
abundentă, iar pe ocupanții clădirii nu îi deranjează munca ce o implicată transportul de
combustibil, înlăturarea cenuș ii și îngrijirea focului. Cărbunele a fost odată un important
combustibil rezidențial de încălzire, dar astăzi este rar găsit.
Fie că a fost vorba de design -ul revoluționar și automatizarea procesului de ardere ca
în cazul cazanelor cu gazeificare, sau pri n îmbunătățirea transferului termic în cazul
cazanelor din fonta și creșterea autonomiei de funcționare prin utilizarea arzătoarelor cu
peleți, cazanele cu combustibil solid țin pasul cu noile cerințe de ordin tehnic, funcțional și
ecologic.

2. Centrale t ermice care utilizează combustibilii lichizi

Combustibilii lichizi sunt produse petroliere, cum ar fi uleiul de încălzire. Acestea
sunt încă aplicate pe scară largă acolo unde alte surse de căldură nu sunt disponibile. Uleiul
de combustibil poate fi declan șat automat într -un sistem de încălzire centrală și nu necesită
îndepărtarea cenușii și menținerea redusă a sistemului de ardere. Cu toate acestea, prețul
variabil al petrolului pe piețele mondiale duce la prețuri neregulate și ridicate în comparație
cu al te surse de energie. Sistemele de încălzire instituționale (clădiri de birouri sau școli, de
exemplu) pot utiliza combustibil ieftin, pentru a -și conduce centralele termice, însă costul
capitalului este ridicat în comparație cu combustibilii lichizi mai uș or gestionați.

3. Centrale termice care utilizează ca și combustibil gazul natural
Încălzirea cu centrală termică pe bază de gaze naturale reprezintă una dintre cele mai
eficiente metode de încălzire a locuinței. Pentru sectorul rezidențial, mare consumat or de
energie termică, încălzirea pe bază de gaze naturale a permis utilizarea unui sistem energetic
cu timp de răspuns mic la nevoile utilizatorului. Randamentul unei centrale termice montată
într-un apartament de bloc este net superior altor sisteme de î ncălzire unde sursa de producere
a energie se află la mare distanță de locuință. Pierderile de energie pe traseul de distribuție a
agentului termic în cazul centralelor termice sunt mult diminuate datorită distanțelor mici de
la sursă la corpurile radiante (calorifere), practic vorbim de câțiva metri de traseu al
conductelor. Toate acestea, la care se adaugă multe alte avantaje, independența, confortul,
fiabilitatea, au poziționat centralele termice pe bază de gaze naturale pe primele locuri în
preferințele utilizatorilor din sectorul rezidențial.
Arzătoarele cu gaz sunt controlate automat și nu necesită îndepărtarea cenușii și
întreținerea redusă. Cu toate acestea, nu toate zonele au acces la un sistem de distribuție a
gazelor naturale. Gazul petrolier lich efiat sau propanul poate fi depozitat la punctul de
utilizare și este reîncărcat periodic de un rezervor mobil montat pe camion.
În România, conceptul de încălzire individuală pe bază de gaze naturale a cunoscut o
creștere spectaculoasă odată cu dezvoltare a rețelei de distribuție a gazelor naturale. Dacă
adăugăm inovațiile tehnice, dezvoltarea electronicii și a sistemelor de automatizare putem
vorbim de o modernizare a sistemelor de încălzire individuală care a generat o cerere tot mai
mare, începând cu ani i 90. Mai mult, armonizarea legislației din Uniunea Europeană în
legislația românească a permis libera circulație a echipamentelor termice într -o Piață Unica
Europeană, bazată pe armonizare tehnică. Astăzi, oferta de echipamente termice pentru
încălzirea l ocuinței este foarte mare și variată, astfel încât decizia de a alege centrala potrivită
este dificilă pentru un cumpărător.

4. Centrale termice care utilizează ca și combustibil energia electrică
Centralele termice electrice sunt o metodă de încălzire a apei calde printr -un sistem
care folosește doar energie electrică. O centrală termică tipică folosește gazul pentru
încălzirea apei, în timp ce una electrică poate fi folosită și în zone în care alimentarea cu gaz
nu este posibilă.
Întrucât centralele term ice obișnuite se bazează pe arderea gazului pentru a genera
căldură, centralele termice electrice se bazează pe energia electrică provenită de la rețeaua de
alimentare a proprietății. Ele încălzesc apa cu ajutorul rezistențelor electrice din centrală.
Acea sta devine tot mai fierbinte pe măsură ce intră în contact cu rezistențele electrice. După
ce se încălzește suficient este pompată în calorifere pentru a încălzi toate camerele.
Încălzirea cu centrale termice electrice este foarte populara pentru că sunt c onsiderate
foarte eficiente. Acest lucru se datorează faptului că centralele termice electrice nu se bazează
pe arderea combustibililor fosili, precum gaz ori petrol, pentru a produce căldură. Așa că nu
exista nici o șansă ca în timpul arderii combustibilu lui, să existe și pierderi de căldură.