Asigurarea confortului termic într-un hotel [302066]
ACADEMIA DE POLIȚIE “Alexandru Ioan Cuza”
[anonimizat],
Col. Lect. Univ. Dr. Ing.
Corina BĂLAN
Absolvent: [anonimizat] – Nicușor CHEȚAN
București
2019
[anonimizat] “[anonimizat]” 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,
20.06.2019
Autor: Adrian – Nicușor CHEȚAN
_________________________
(semnătura în original)
CUPRINS
CUPRINS 3
CONTENTS……………………………………………………..……………………………………….6
LISTA FIGURIILOR 9
LISTA TABELELOR 11
GLOSAR 12
REZUMAT 13
INTRODUCERE 14
CAPITOLUL I. CONFORTUL TERMIC 15
I.1. Noțiuni generale 15
I.2. Factori de confort termic 16
I.2.1. Temperatura aerului interior 17
I.2.2. Temperatura medie de radiație 19
I.2.3. Viteza de mișcare a aerului interior 21
I.2.4. Umiditatea relativă a aerului 22
I.2.5. Îmbrăcămintea și felul activității 23
I.3. Echilibrul fiziologic al omului în ambianțe artificiale și cerințele de confort termic 25
I.4. Factori ce influențează negativ confortul termic 29
I.4.1. Asimetria temperaturii de radiație 29
I.4.2. Gradientul vertical de temperatură 30
I.4.3. Temperatura pardoselii 30
I.4.4 Curenții de aer 31
I.5. Determinarea parametrilor termici interiori. Evaluarea confortului termic. 32
I.5.1 Votul mediu previzibil (PMV) 34
I.5.2. Procentul estimat de nemulțumiți (PPD) 35
I.6. Concluzii 37
CAPITOLUL II. DIMENSIONAREA INSTALAȚIEI DE ÎNCĂLZIRE 38
II.1. Determinarea necesarului de căldură pentru încălzirea hotelului 38
II.1.1. Necesarul de căldură specific unei încăperi 38
II.1.2. Calculul fluxului termic cedat 39
II.1.3. Adaosurile la pierderile de căldură 39
II.1.4. Sarcina termică 41
II.1.5. Descrierea calculelor 44
II.2. Alegerea și dimensionarea corpurilor de încălzire 60
II.2.1. Radiatoare bimetal 60
II.2.2. Dimensionarea corpurilor de încălzire 61
II.2.3. Amplasarea și montarea corpurilor de încălzire 64
II.2.4. Racordarea corpurilor de încălzire 66
II.3. Calculul de dimensionare al conductelor 67
II.4. Concluzii 72
CAPITOLUL III. CENTRALE TERMICE 73
III.1. Clasificarea și alegerea centralelor termice 73
III.2. Alegerea centralei termice 75
III.2.2. Agentul termic produs de centrală 77
III.2.3. Alimentarea cu combustibili 77
III.2.4. Amplasarea centralei termice 78
III.2.5. Evacuarea gazelor și a condensului 79
III.3. Alegerea boilerului 79
III.3.1. Dimensionarea boilerului 80
III.3.2. Calculul sarcinii termice necesare preparării apei calde menajere 80
III.3.3. Calculul de căldură necesară pentru prepararea apei calde menajere 81
III.3.4. Tipul boilerului 81
III.4. Dimensionarea vaselor de expansiune 83
III.4.1. Dimensionarea vasului de expasiune închis pentru boiler 83
III.4.2. Alegerea vasului de expansiune închis 84
III.4.2.1. Caracteristicile tehnice al vasului de expansiune închis pentru boiler 85
III.5. Descrierea modului de funcționare a instalației de încălzire 85
III.6. Concluzii 86
CAPITOLUL IV. STUDIU EXPERIMENTAL PRIVIND CIRCULAȚIA CURENȚILOR DE AER PRIN NEETANȘEITĂȚIILE DIFERITELOR TIPURI DE FERESTRE DINTR-O ÎNCĂPERE 88
IV.1. Introducere 88
IV.2. Obiective 88
IV.3. Descrierea modului de formare a curențiilor de aer și reducerea acestora 89
IV.4. Prezentarea programului 91
IV.5. Modul de lucru 91
IV.5.1. Construcția modelului 92
IV.5.2. Discretizarea modelului (mesh-ul) 93
IV.5.3. Inserarea condițiilor 95
IV.5.4. Calcularea parametrilor introduși, rezultatele obținute și interpretarea acestora 98
IV.6. Concluzii 109
CONCLUZII 110
BIBLIOGRAFIE 111
CONTENTS
CONTENTS 3
FIGURE LISTS 9
TABEL LISTS 11
GLOSAR 12
SUMMARY 13
INTRODUCTION 14
CHAPTER I. THERMAL COMFORT 15
I.1. General notions 15
I.2. Thermal comfort factors 16
I.2.1. Indoor air temperature 17
I.2.2. Average radiation temperature 19
I.2.3. Indoor air movement speed 21
I.2.4. Relative humidity of the air 22
I.2.5. Îmbrăcămintea și felul activității 23
I.3. The clothing and the role of the work 25
I.4. Physiological balance of man in artificial environment and thermal comfort requirements 29
I.4.1. Asymmetry of radiation temperature 29
I.4.2. The vertical gradient of temperature 30
I.4.3. Floor temperature 30
I.4.4 Air currents 31
I.5. Determination of internal thermal parameters. Thermal comfort assessment. 32
I.5.1 Predictable average vote (PMV) 34
I.5.2. The estimated percentage of dissatisfied (PPD) 35
I.6. Conclusions 37
CHAPTER II. DIMENSION OF THE HEATING INSTALLATION 38
II.1. Determination of heat demand for heating the hotel 38
II.1.1. The specific heat requirement of a room 38
II.1.2. Calculation of thermal flow yielded 39
II.1.3. Additions to heat loss 39
II.1.4 Thermal load 41
II.1.5. Descriptions of calculations 44
II.2. Choice and sizing of heating bodies 60
II.2.1. Bimetal radiators 60
II.2.2. Dimensioning of heating bodies 61
II.2.3. Installation and mounting of heating units 64
II.2.4. Connecting the heating elements 66
II.3. Piping sizing calculation 67
II.4. Conclusions 72
CHAPTER III. CENTRAL HEATING 73
III.1. Classification and selection of thermal heating 73
III.2. Choosing the thermal heating 75
III.2.2. The thermal agent produced by the central heating 77
III.2.3. Fuel spply 77
III.2.4. Location of the thermal heating 78
III.2.5. Evaporation of gases and condensation 79
III.3. Choosing the boiler 79
III.3.1. Boiler dimension 80
III.3.2. Calculation of the heat load required for domestic hot water preparation 80
III.3.3. Calculation of heat required for domestic hot water preparation 81
III.3.4. Type of boiler 81
III.4. Dimensioning of the expansion vessels 83
III.4.1. Dimensioning of the closed expansion vessel for the boiler 83
III.4.2. Choice of expansion vessel closed 84
III.4.2.1. Technical characteristics of the closed boiler expansion vessel 85
III.5. Description of the operation of the heating system 85
III.6. Conclusions 86
CAPITOLUL IV. EXPERIMENTAL STUDY ON THE CIRCULATION OF AIR MASSES FROM THE LEAKS OF DIFFERENT TYPES OF WINDOW FROM A ROOM 88
IV.1. Introduction 88
IV.2. Objectives 88
IV.3. Description of the formation of airflows and their reduction 89
IV.4. Presentation of the program 91
IV.5. Working mode 91
IV.5.1. Model construction 92
IV.5.2. Model mesh 93
IV.5.3. Inserting conditions 95
IV.5.4. Calculation of input parameters, results obtained and their interpretation 98
IV.6. Conclusions 109
CONCLUSIONS 110
BIBLIOGRAPHY 111
LISTA FIGURIILOR
Figura I.1: Parametrii care determină senzația de confort 16
Figura I.2: Relizarea confortului termic în funcție de temperature interioară, temperature exterioară și temperature peretelui. 18
Figura I.3: Diagrama de confort în funcție de temeperatura aeului interior, temperature medie de radiație și de temperature resimțită. 19
Figura I.4: Diagramă de confort în funcție de temperatură și viteza aerului. 22
Figura I.5: Diagramă de confort umiditate relativă – temperatura aerului interior. 23
Figura I.6: Temperatura optimă resimțită în corelație cu rezistența termică a îmbrăcămintei, cu intensitatea muncii și cu energia metabolică . 24
Figura I.7: Schimburile termice cu mediul încojurător 27
Figura I.8: Bilanțul energetic al corpului uman 28
Figura I.9: Relația între indicii de confort: PPD – PMV 36
Figura II.1: Valorile adaosului de compensare a suprafețelor reci 40
Figura II.2: Radiator bimetal 61
Figura II.3: Amplasarea corpului de încălzire 65
Figura II.4: Radiatoare portprosop DELLA (VOGEL&NOOT – AUSTRIA) 65
Figura II.5: Exemplu de montare a radiatorului bimetal în hotel 66
Figura II.6: Moduri de racordări a corpurilor de încălzire la instalație 66
Figura III.1: Componentele principale ale centralei termice Viessmann Vitodens 200 W – 100 kW 75
Figura III.2: Montarea centralei termice pe un cadru 78
Figura III.3: Evacuarea condensului din centrală 79
Figura III.4: Boiler ELBI BVS 1500 litri 82
Figura III.5: Motarea vasului de expansiune închis față de boiler 83
Figura III.6: Vas de expansiune închis ELBI 80 l 85
Figura IV.1: Influențele care acționează asupra unei ferestre 89
Figura IV.2: Zonele de pătrundere a curenților de aer prin neetanșeitățile unei uși 90
Figura IV.3: Modul de lucru în ANSYS Fluid Flow (CFX) 92
Figura IV.4: Geometria încăperii cu o fereastră cu un ochi de geam 92
Figura IV.5: Geometria încăperii cu o fereastră cu două ochiuri de geam 93
Figura IV.6: Geometria încăperii cu o fereastră cu trei ochiuri de geam 93
Figura IV.7: Realizarea discretizării (mesh-ului) cu „Face Sizing” 94
Figura IV.8: Discretizarea (mesh-ul) obținut 94
Figura IV.9: Discretizarea (mesh-ul) obținută pe neetanșeitățile ușii și a ferestrelor 95
Figura IV.10: Tipul analizei 96
Figura IV.11: Variabilele care se calculeaza 96
Figura IV.12: Inserarea parametrilor fizici asupra modelului 97
Figura IV.13: Subdomeniile create 97
Figura IV.14: Aplicarea condițiilor pe modelele construite 98
Figura IV.15: Viteza curenților de aer în apropierea ferestrei în prima încăpere 99
Figura IV.16: Viteza curenților de aer la mijlocul primei încăperi 100
Figura IV.17: Viteza curenților de aer la ieșirea din prima încăpere 100
Figura IV.18: Viteza curenților de aer în apropierea ferestrei în a doua încăpere 101
Figura IV.19: Viteza curenților de aer la mijloc în a doua încăpere 101
Figura IV.20: Viteza curenților de aer la ieșirea din a doua încăpere 102
Figura IV.21: Viteza curenților de aer în apropierea ferestrei în a treia încăpere 102
Figura IV.22: Viteza curenților de aer la mijloc în a treia încăpere 103
Figura IV.23: Viteza curenților de aer la ieșirea din a treia încăpere 103
Figura IV.24: Temperatura aerului în apropierea ferestrei primei încăperi 104
Figura IV.25: Temperatura aerului la mijlocul primei încăperi 105
Figura IV.26: Temperatura aerului la ieșirea din prima încăpere 105
Figura IV.27: Temperatura aerului în apropierea ferestrei în a doua încăpere 106
Figura IV.28: Temperatura aerului la mijloc în a doua încăpere 106
Figura IV.29: Temperatura aerului la ieșirea din a doua încăpere 107
Figura IV.30: Temperatura aerului în apropierea ferestrei în a treia încăpere 107
Figura IV.31: Temperatura aerului la mijloc în a treia încăpere 108
Figura IV.32: Temperatura aerului la ieșirea din a treia încăpere 108
LISTA TABELELOR
Tabel I.1: Diferența de temperatură între suprafețele delimitatoare și temperatura aerului interior 20
Tabel I.2: Valori maxime admisibile ale intensității de radiație asupra capului 20
Tabel I.3: Valorile maxime ale umidității relative în funcție de temperatura aerului interior 22
Tabel I.4: Exemple de valori ale metabolismului uman. 26
Tabel I.5: Procentul maxim admisibil al persoanelor nemulțumite de senzația de disconfort termic local 30
Tabel I.6: Valori admisibile ale efectului global de curent 32
Tabel I.7: Categorii de ambianță interioară (din SR EN 15251) 33
Tabel I.8: Indicatori confortului termic 34
Tabel I.9: Evaluarea climatului termic după indicele PMV 34
Tabel I.10: Distribuția individuală a votului privind confortul termic pentru diferite valori de votare 36
Tabel II.1: Valorile coeficientului de masivitate termică 39
Tabel II.2: Valorile adaosului de orientare 40
Tabel II.3: Factorul de corecție de înălțime „E” 42
Tabel II.4: Valorile coeficientului de infiltrație „i” 42
Tabel II.5: Valorile convenționale de calcul ale vitezei vântului 43
Tabel II.6: Determinarea necesarului de căldură pentru parter 45
Tabel II.7: Determinarea necesarului de căldură pentru etajul curent 49
Tabel II.8: Determinarea necesarului de căldură pentru ultimul etaj 54
Tabel II.9: Realizarea calculelor de dimensionare al radiatoarelor pentru parterul hotelului 63
Tabel II.10: Realizarea calculelor de dimensionare al radiatoarelor pentru etajul curent al hotelului 63
Tabel II.11: Realizarea calculelor de dimensionare al radiatoarelor pentru ultimul etaj al hotelului 64
Tabel II.12: Dimensionarea coloanelor și calcularea pierderilor de sarcină 68
Tabel II.13: Calculul de dimensionarea al demisolului/subsolului tehnic 71
Tabel III.1: Variația coeficientului “n” în funcție de temperatură 84
GLOSAR
Confortul termic – este condiția stării mentale care exprimă satisfacție în raport cu mediul termic înconjurător;
Necesar de căldură – debit de căldură ce trebuie furnizat unei încăperi astfel încât, pentru condiții exterioare de calcul să se asigure în interior o temperatură prescrisă;
Temperatura medie de radiație – este temperatura medie ponderată a suprafețelor delimitatoare ale încăperii, care influențează schimbul de căldură prin radiație între corpul omenesc și mediul înconjurător;
Umiditatea aerului – proces termodinamic prin care se realizează creșterea conținutului de vapori de apă din aer;
Conducție termică – modalitatea de transmitere a căldurii între două medii care au o anumită diferență de temperatură;
Convecție termică – forma de transmitere a căldurii specifică gazelor și lichidelor care depinde de prezența materialelor;
Radiație termică – este radiația electromagnetică emisă de toate corpurile aflate în stare condensată, la temperaturi mai mari de zero absolut;
Căldura latentă – se referă la cantitatea de energie eliberată sau absorbită de către o substanță chimică în timpul unei transformări de fază fără schimbare de temperatură.
Centrală termică murală – este un cazan montat pe un perete sau într-o nișă puțin adâncă din perete destinată producerii de agent termic necesar încălzirii și producerii de apă caldă menajeră pentru o locuință individuală;
Boiler – rezervor cilindric de apă, prevăzut cu un sistem de încălzire și folosit la instalațiile pentru apă caldă din clădiri;
Vas de expansiune închis – vas de expansiune în care lichidul se află sub presiune superioară celei atmosferice, cu ajutorul unui gaz comprimat;
Apă caldă – apa folosită ca agent termic în instalațiile de încălzire, având o temperatură de maxim 115;
Apă caldă de consum – apa caldă care îndeplinește condițiile de potabilitate, utilizată în circuit deschis în scopuri gospodărești sau igienico-sanitare;
Agent termic – fluid utilizat pentru a acumula, a transporta și a ceda energie termică;
REZUMAT
În prezenta lucrare s-au studiat posibilitățile de realizare a unui confort termic satisfăcător pentru indivizii cazați într-o clădire hotelieră. Lucrarea va prezenta informații privind acțiunea parametrilor fizici și microclimatici care acționează zi de zi asupra organismului uman și a mijloacelor de reglare a acestora prin realizarea stării de confort necesară.
Pentru asigurarea confortului termic necesar în hotel, s-a optat variantă încălzirii cu ajutorul unei centrale termice murale. Pentru alegerea acestui tip de centrală s-a calculat necesarul de căldură, s-a dimensionat instalația de încălzire, s-au dimensionat radiatorele și boilerul pentru prepararea apei calde menajere și s-a detaliat montarea elementelor componente ale instalației de încălzire.
În încheierea lucrării s-a realizat o simulare comparativă între diferite tipuri de ferestre ale unei încăperi din hotel care nu sunt etanșate corespuzător. Aceste ferestre conduc la formarea curenților de aer, ce pot afecta starea de confort termic și pot provoca anumite afecțiuni ogranismului uman.
Cuvinte cheie: confort termic, parametrii microclimatici, centrală termică murală, boiler, simulare.
SUMMARY
In this paper, there were studied the possibilities of achieving a satisfactory thermal comfort for the individuals accommodated in a hotel building. The paper will present information on the action of the physical and microclimatic parameters that act daily on the human body and their means of regulation by achieving the necessary comfort status.
To ensure the necessary thermal comfort in the hotel, a heating option was chosen using a mural thermal station. In order to choose this type of heating station, the heat demand was calculated, the heating system was sized, the radiators and the boiler were dimensioned and the installation elements of the heating system were detailed.
At the end of the paper, a comparative simulation was made between different types of windows of a hotel room that are not properly sealed. These windows lead to the formation of air currents, that can affect the thermal comfort status and may cause certain diseases to the human body.
Keywords: thermal comfort, microclimatic parameters, mural thermal station, boiler, simulation.
INTRODUCERE
În această lucrare este prezentată modalitatea de asigurare a confortului termic a unei clădiri în regim hotelier prevăzută cu restaurant având ca sursă de alimentare cu căldură o centrală termică murală.
Hotelurile reprezintă o categorie de clădiri specifică din punct de vedere al asigurării cerințelor privind încălzirea și prepararea apei calde menajere. Acest lucru variază în funcție de gradul de ocupare al hotelului, ceea ce constituie o adevărată provocare în vederea asigurării ocupațiilor un nivel cât mai ridicat de confort.
Scopul lucrării este acela de a pune în evidență necesitatea utilizării unei centrale termice care să funcționeze eficient, indiferent de sarcina termică instantanee și care să asigure ajustarea indicelui de confort în funcție de necesitatea ocupanțiilor.
Ajustarea temperaturii în hotel este foarte importantă, deoarece în timpul sezonului rece, temperatura din camerele neocupate poate fi redusă la minim, iar în cazul camerelor ocupate, poate fi reglată în funcție de preferințele individuale ale ocupanțiilor.
Lucrarea de licență “Asigurarea confortului termic într-un hotel” abordează subiecte cu un puternic caracter teoretic și aplicativ, în coformitate cu domeniile și normativele în vigoare.
În Capitolul I. „Cofortul termic” se prezintă informații și o analiză privind modul în care acționează anumiți factori climatici asupra confortului termic și echilibrului fiziologic al organismului uman în funcție de cerintele de confort.
În Capitolul II. „Dimensionarea instalației de încălzire” este prezentat modul de calcul al necesarului de căldură, stabilirea diametrelor conductelor, a pierderilor de sarcină pe acestea și soluțiile tehnice în funcție de modalitatea de amplasare și de realizare a instalației de încălzire.
În Capitolul III. „Alegerea centralei termice” se prezintă soluțiile tehnice utilizate pentru alegerea centralei termice, a boilerului de preparare a apei calde menajere, a vasului de expasiune și modul de funcționare a instalației de încălzire aferente hotelului.
În Capitolul IV. „Studiu experimental privind circulația curenților de aer prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor dintr-o încăpere” vizează modul în care circulația curenților de aer variază între neetanșeitățile unei ferestre (cu un ochi de geam, cu două ochiuri de geam și cu trei ochiuri de geam) și a unei uși considerată deschisă dintr-o încăpere. Simularea prezentată în acest capitol este realizată în programul de simulări ANSYS și are ca scop urmărirea modului în care curenții de aer pot înfluența starea de confort termic a ocupanțiilor unei încăperi din cadrul hotelului proiectat.
CAPITOLUL I
CONFORTUL TERMIC
I.1. Noțiuni generale
Oamenii își petrec cea mai mare parte a timpului în spații închise. De aceea, clădirile de locuit sau de altă natură (birouri, școli, spitale, săli de spectacol, etc.) trebuie să asigure un ambient corespuzător, indiferent de condițiile climatice exterioare.
Proiectarea spațiilor închise (a clădirilor) este o problemă complexă care poate fi rezolvată prin acțiunea simultană a unor factori de natură tehnică, socială, psihologică și ergonomică, ca urmare a unui calcul de optimizare multicriterială, având în vedere confortul (tehnic și psihologic) și economia de energie, dar cu o permanentă atenție îndreptată asupra satisfacerii cerințelor obiective și subiective legate de funcțiile vitale ale omului privind:
posibilitatea efectuării cu eficiență maximă atâta muncii fizice cât și a celei intelectuale;
posibilitatea efectuării unor activități de recreere, odihnă și somn în condiții optime;
„Noțiunea de confort tehnic cuprinde toți parametrii realizați și controlați cu instalații, care influențează direct dispoziția omului și acționează asupra simțurilor acestuia, cum ar fi: confortul termic, acustic, olfactiv și vizual.”
Elementele de bază ale confortului sunt percepute și apreciate de către ființa umană prin prisma influenței datorate factorilor psihologici cât și evoluției și echilibrului psihologic al omului. Psihicul omului depinde și de factori independenți cum ar fi: vârsta, sexul, etc., care influențează și aprecierea nivelului de confort tehnic. Astfel poate apare senzația de plăcut ca optimul rezultant al parametrilor de confort tehnic și psihologic.
Figura I.1: Parametrii care determină senzația de confort
I.2. Factori de confort termic
Noțiunea de confort termic este de natură subiectivă, ea depinzând de comportamentul fiecărui individ în raport cu mediul ambiant și de acțiunile complexe exercitate de anumți parametrii fizici și psihici.
“Prin factori de confort termic se înțelege acel grup de factori legați de ambientul termic, care definește starea de confort la un moment dat.”
Între confortul termic și parametrii microclimatului s-a descoperit existența unei corelații, care poate fi exprimată astfel:
Parametrii fizici:
temperatura, umiditatea și viteza aerului;
temperature medie radiantă a suprafețelor delimitatoare ale încăperii;
intensitatea luminii (confort optic);
calitatea aerului interior (confort olfactiv);
nivelul de zgomot și vibrații (confort acustic);
factori estetici, etc.
Parametrii legați de capacitatea de acomodare a corpului uman în vederea menținerii echilibrului
termic:
producția de căldură a corpului uman, căldura cedată, termoreglarea;
rezistența termică a îmbrăcămintei și influența acesteia asupra evaporării;
Echilibrul termic este influențat la rândul său de doi factori de bază:
căldura produsă de corp, care depinde în primul rând de activitățile depuse, de vârstă, sex, etc;
căldura cedată de corp, care depinde de îmbrăcăminte, dar și de ceilalți parametri enumerați
anterior;
Rezultă că, acomodarea unei persoane într-un anumit mediu ambiant este un proces complex influențat de acțiunea combinată a mai multor parametrii.
Factorii esențiali care influențează confortul termic sunt:
tipul activității depuse (producția internă de căldură din corp);
conductibilitatea termică a îmbrăcămintei;
temperatura aerului interior – ;
umiditatea relativă – ;
viteza de mișcare a aerului – ;
temperatura medie radiantă a elementelor delimitatoare ale încăperii – ;
Instalațiile de încălzire acționează doar asupra temperaturii aerului interior „”, depinzând de modul în care acestea sunt exploatate, respectiv, modul în care se face gestiunea energiei consumate. De aceea se cere ca acestea să fie urmarite continuu în ceea ce privește condițiile pe care le realizează consumatorii cât și modul în care se realizează aceste condiții. Astfel pentru a realiza proiectarea unei instalații de încălzire a unei incinte, se va ține seama de tipul activității desfășurate de om și de îmbrăcămintea purtată de ocupanții acelei incinte.
Confortul termic se poate obține prin diverse combinații ale acestor factori. Efectul pozitiv sau negativ al unui factor poate fi contrabalansat de un alt factor.
I.2.1. Temperatura aerului interior
Temperatura aerului este un factor important pentru confortul organismului uman și reprezinta factorul asupra căruia acționează cu preponderență instalațiile de încălzire. Temperatura aerului din incinte trebuie să fie mai ridicată în încăperile în care oamenii se găsesc în stare de repaus sau desfășoară o muncă ușoară și mai scăzută acolo unde activitatea desfășurată cere un efort fizic însemnat.
Temperaturile interioare în incintele industriale, atunci când sunt impuse de realizarea unor condiții tehnologice se aleg în funcție de acestea, în restul cazurilor se stabilesc astfel încât să se asigure confortul termic al muncitorilor.
Corpul uman sesizează rapid modificari ale variației relative reduse ale temperaturii aerului interior, situație în care trebuie să se autoregleze pentru a menține constant schimbul de căldură cu mediul ambiant.
Estimările igieniștilor conduc la concluzia că temperatura aerului care va conveni mediului unui individ așezat, normal îmbrăcat și fără activitate fizică se situează în jurul valorii de +22°C iarna și 22-26°C vara pentru temperaturi exterioare medii. Pentru corpul dezbrăcat se consideră că temperatura optimă se situează în jurul valorii de 28°C. Aceste valori sunt considerate valori medii de temperatură care trebuie reconsiderate în fiecare caz.
“Condiția ca în încăperi să se realizeze un confort termic corespunzător este ca, la o anumită termperatură a aerului interior „” să se realizeze o temperatură medie optimă a suprafețelor delimitatoare pentru a realiza un schimb normal de căldură prin radiație între corpul uman și mediul ambiant.”
Graficul din Figura I.2. ilustrează criteriul de confort termic între temperatura aerului din încăpere, temperatura aerului exterior și temperatura peretelui, rezultând că valoarea medie a temperaturii aerului interior poate fi cuprinsă între 17 și 24°C pentru realizarea unui confort termic corespunzător în încăperi, conform reglementărilor în vigoare din România.
Figura I.2: Relizarea confortului termic în funcție de temperature interioară, temperature exterioară și temperature peretelui.
I.2.2. Temperatura medie de radiație
Corpul uman este caracterizat de temperaturi superficiale diferite în funcție de zona corpului, rezistența termică a îmbrăcămintei și de a acțiunea sistemului termoregulator. Fluxurile radiative schimbate de corpul uman cu suprafețele înconjurătoare au valori limite impuse de realizarea confortului termic.
Din punct de vedere matematic, temperatura medie de radiațe reprezintă, o medie ponderată a produselor suprafețelor specifice și temperaturile specifice ale acestora, fiind de fapt, o rezultantă a efectului de radiație asupra unui corp aflat în interiorul încăperii, a suprafețelor calde (corpuri de încălzire) și suprafețelor reci:
(I.1)
În graficul prezentat în Figura I.3 rezultă că temperatura „” poate fi aleasă între valorile 19-23, în condițiile în care temperature „” are valori echivalente care sunt cuprinse între 16 și 25 , cu condiția ca la creșterea lui „” trebuie să scadă „” și invers.
Figura I.3: Diagrama de confort în funcție de temeperatura aeului interior, temperature medie de radiație și de temperature resimțită.
Valoarea temperaturii medii de radiație influențează schimbul de căldură radiant dintre corpul uman și mediul ambiant. Pentru evitarea fenomenului de “radiație rece”, se limitează diferența de temperatură dintre aerul interior și suprafețele delimitatoare opace conform valorilor indicate în urmatorul tabel:
Tabel I.1: Diferența de temperatură între suprafețele delimitatoare și temperatura aerului interior
Există cazuri în care se poate realiza încălzirea prin radiație cu suprafețe radiante montate la partea superioară a încăperilor, iar pentru acest tip de încălzire există anumite valori admisibile pentru fluxul radiant asupra capului (Tabel I.2.).
Tabel I.2: Valori maxime admisibile ale intensității de radiație asupra capului
Temperatura medie de radiație trebuie întotdeauna corelată cu temperatura aerului interior. Creșterea temperaturii medii de radiație trebuie însoțită de scăderea temperaturii aerului interior și invers. Ideal este ca temperatura medie de radiație să fie mai apropiată de temperatura aerului interior. Acest lucru se obține printr-o bună izolare termică a pereților exteriori și ferestrelor și prin dimensionarea corespunzătoare a corpurilor de încălzire.
O persoană sesizează întotdeauna efectul combinat și simultan al acestor temperaturi astfel că a fost necesar introducerea noțiunii de temperatură resimțită sau rezultantă „”.
Missenard a propus printre primii o relație a temperaturii rezultante. De obicei, pentru medii liniștite și cu umiditate relativă normală (<0,2 m/s, – < 4), coeficientul de transfer convectiv și cel radiant sunt aproximativ egali „” astfel încât temperatura resimțită se poate calcula, ca media aritmetică a temperaturii aerului interior și temperature medie radiantă:
(I.2)
Se poate aproxima că, pentru o valoare constantă se obține același grad de confort interior indiferent de combinația valorilor „” și „”. Dacă „” scade la 15 (datorită unor suprafețe vitrate mari sau a unei slabe izolări a pereților – “efect de perete rece”), temperatura aerului interior trebuie să crească la 25. Invers, dacă o încăpere este încălzită prin radiație, temperatura medie radiantă „” este mai ridicată și se poate reduce temperatura aerului interior obținând acelasi confort termic, dar în condiții superioare din punct de vedere al metabolismului.
Totuși, diferența dintre temperatura aerului „” și temperatura medie radiantă „” nu poate fi mărită după bunul plac. Situația ideală pentru confort este aceea la care diferența este cuprinsă între 0 și 2. Ținând seama de posibilitățile de adaptare ale organismului uman precum și de activitatea desfășurată în anumite încăperi, această diferență între „” și „” poate ajunge și până la 8.
I.2.3. Viteza de mișcare a aerului interior
Viteza de mișcare a aerului interior trebuie să fie într-o anumită corespondență cu activitațiile desfășurate de către ocupanții unei încăperi. Este recomandat ca viteza aerului dintr-o încăpere să nu fie accentuată, deoarece acest lucru conduce la apariția senzației de “curent” dacă aerul aflat în mișcare are o temperatură mai mică decât aerul interior și jetul de aer este îndreptat spre anumite zone ale corpului (de exemplu zona capului).
În anotimpul rece și în cazul unei activități ușoare, o viteză a aerului de 0,12-0,15m/s se încadrează în limitele confortului termic, în timp ce pentru o încăpere în care se desfășoară activități fizice intense, viteza corespunzătoare a aerului este de 0,5-0,6 m/s. Vara viteza de mișcare a aerului are valori sensibil mai mari.
În zona cuprinsă de la pardoseală până la 2 m înălțime în camerele de locuit și birouri cu o temperatură de 20 – 22, viteza de mișcare a aerului de 0,1 – 0,15 m/s este considerată admisibilă (Figura I.4.).
S-a constatat că nu există o limită minimă a vitezei aerului pentru confort, totuși lipsa de mișcare a aerului poate fi supărătoare (v < 0,08 m/s) deoarece poate conduce la senzația de aer închis (neîmprospătat).
Figura I.4: Diagramă de confort în funcție de temperatură și viteza aerului.
I.2.4. Umiditatea relativă a aerului
Umidiatea relativă influențează direct schimbul de căldură latentă al organismului uman. Spre exemplu, la temperatura ambiantă normală de 20, umiditatea relativă a aerului are un efect modest asupra confortului termic, astfel că valorile umidității relative nesesizate de corpul uman sunt cuprinse între 30-70%. S-a constatat că valoarea optimă de confort termic este de 50%, aceasta permițând schimbul normal de vapori între mediu și corpul omenesc.
La scăderea umidității relative a aerului sub valoarea de 35% (îndeosebi în anotimpul iarna) mucoasele căilor respiratorii se usucă, producând o stare de disconfort, de asemenea acest lucru conduce și la creșterea electricității statice, creșterea concentrației de praf și bacterii în aer.
Umiditatea relativă a aerului în corelație cu creșterea temperaturii, joacă un rol important la valori mai mari de 70%, deoarece afectează procesul de cedare a căldurii prin evaporare, are loc o dezvoltare accelerată a microbilor și apare condensul pe suprafețele reci.
Astfel se constată că limita superioară de confort a umidității este cu atât mai mică cu cât temperatura este mai ridicată (Tabel I.3.).
Tabel I.3: Valorile maxime ale umidității relative în funcție de temperatura aerului interior
S-a ajuns la concluzia că umiditarea relativă trebuie menținută în intervalul de 40-60% și nu neapărat în condiții de confort, deoarece în acest interval sunt minime procesele biologice sau chimice nocive și posibilitatea apariției afecțiunilor aparatului respirator.
Alături de umiditatea relativă a aerului „”, poate fi folosit ca indicator și conținutul de umiditate „x” [g/kg], aceasta din urmă nu trebuie să depășească valoarea de 12 g/kg, indiferent de temperatura aerului interior. Dacă această valoare este depășită atunci poate aparea senzația de zăpușeală.
Figura I.5: Diagramă de confort umiditate relativă – temperatura aerului interior.
I.2.5. Îmbrăcămintea și felul activității
Pentru definirea confortului termic, Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO 7730) prevede șase factori principali, adăugând la cei patru parametrii ai microclimatului interior și intensitatea muncii „”, exprimată în MET (care se caracterizează prin degajarea de căldură a omului) și rezistența termică a îmbrăcămintei „”, exprimată în CLO.
Îmbrăcămintea joacă un rol important asupra senzației de confort termic, deoarece izolația termică conferită de o ținută vestimentară poate varia în limite foarte largi. Deoarece are rolul de izolator, poate conduce la apariția unor stări de bine, foarte rapid, îmbrăcat mai gros într-o încăpere cu temperaturi scăzute și invers într-o încăpere cu temperaturi mai ridicate cu o îmbrăcăminte mai lejeră.
Temperatura de confort „” se poate defini numai în condițiile în care se admite că temperatura medie cutanată a unui individ aflat în repaus sau într-o activitate lejeră să rămână constantă, cu relația:
= – q(+ + ) [] (I.3)
unde:
– temperatura organismului uman, 37;
q – cedarea de căldură a organismului, W/;
– coeficient de transmisie termică a pielii = 10…20 W/ (în medie = 15 W/);
– rezistență termică, /W;
– coeficient superficial exterior, = 9 W/;
Această ecuație este reprezentată sub formă grafică (Figura I.6.) și indică o temperatură optimă resimțită „” în corelație cu rezistența îmbrăcămintei „”, cu intesitatea muncii „” precum și cu diferite activități metabolice.
Figura I.6: Temperatura optimă resimțită în corelație cu rezistența termică a îmbrăcămintei, cu intensitatea muncii și cu energia metabolică .
I.3. Echilibrul fiziologic al omului în ambianțe artificiale și cerințele de confort termic
Fiecare organism uman este caracterizat prin anumite procese biochimice, unde producția de energie este un rezultat al acestor procese fiind utilizată pentru efectuarea lucrului mecanic, dar, cea mai mare parte, este eliminată în exteriorul corpului sub formă de căldură. Pentru ca aceste procese metabolice să aibă loc, corpul uman are nevoie de oxigen, iar cantitatea de oxigen consumat depinde de tipul activității depuse și de intensitatea acesteia.
“În repaus total și în condiții de confort, metabolismul de bază al omului, altfel zis cantitatea minimă de căldură furnizată de corpul uman pentru întreținerea vieții, este de aproximativ 80 W sau 45 W/, această valoare ajungând până la 60 W/ când este așezat în picioare. În medie cantitatea de aer inspirată de o persoană aflată în repaus este de aproximativ 0,5 (maxim 8-9 ), aerul expirat la temperatura de 35 și 95% umiditate relativă conține în medie 17%, 4% și 79% N.”
Organismul uman posedă calitatea menținerii unei temperaturi constante de 37, indiferent de temperatura mediului ambiant și de activitatea fizică depusă.
Metabolismul are dimensiunea unei puteri și se exprimă în „W” sau „MET”. O parte din această putere este consacrată activității mecanice (mers, muncă, mișcare, etc.) și în acest fel metabolismul se descompune astfel:
M = +W (I.4)
În care:
M – metabolismul, W;
W – partea mecanică a metabolismului;
– partea pur termică a metabolismului;
Ca ordin de mărime „W” este considerat mai mic în raport cu „”, astfel că randamentul mecanic este:
η = ≤ 0,2 (I.5)
Tabel I.4: Exemple de valori ale metabolismului uman.
Condiția pentru a se asigura confortul termic uman într-o încăpere este de a asigura echilibrul termic al organismului uman în vederea păstrării temperaturii acestuia.
Pentru menținerea temperaturii corpului omenesc la o valoare constantă de circa 37 este necesar ca pierderile de căldură către mediul ambiant să fie egale cu căldura internă produsă de metabolism.
Din punct de vedere senzorial, confortul termic înseamnă în primul rând lipsa senzației neplăcute de frig sau cald, iar din punct de vedere biologic, asigurarea evacuării căldurii interne a omului fără suprasolicitarea sitemului termoregulator.
Schimbul de căldură dintre om și mediul înconjurător se poate realiza prin:
Convecție și conducție
Radiație
Evaporare
Figura I.7: Schimburile termice cu mediul încojurător
S-a constatat că în condiții normale de temperatură și presiune, într-un spațiu închis și încălzit, în transferul de căldură dintre corpul uman și mediul înconjurător cea mai mare pondere o are transferul termic prin radiație, urmat de transferul termic convectiv și cel sub formă de căldură latentă.
Ponderea unei forme de transfer termic este influențată de diferența de termperatură dintre corpul uman și mediul ambiant, de diferența presiunilor parțiale ale vaporilor de apă corespunzătoare temperaturii corpului și aerul înconjurător, dar nu în ultimul rând și de diferența dintre temperatura corpului și suprafețele delimitatoare.
Spre exemplu, un om în stare de repaus poate degaja caldură latentă la temperatura de 20 în proporție de 25% din căldura totală, astfel în cazul desfășurării unei munci fizice, ponderea degajării de căldură latentă poate crește până la aproximativ 50%.
În general, schimbul de căldură conductiv este neglijat deoarece, pentru un om în picioare, se limitează la cel al tălpilor, adică sub 1%.
Relația de bilanț termic al corpului uman se poate scrie astfel:
[W]; (I.6)
– căldura internă produsă de organism, această energie reprezintă de fapt metabolismul și sursa ei este alimentația;
– căldura schimbată prin convecție, care cuprinde convecția la suprafața corpului și convecția respiratorie;
– căldura schimbată prin radiație;
– căldura schimbată prin conducție;
– căldura latentă datorată evaporării transpirației de la suprafața pielii și vaporilor expirați din organism;
Figura I.8: Bilanțul energetic al corpului uman
Există situații însă în care poate apărea un dezechilibru între căldura produsă de organism și pierderile de căldură prin convecție, conducție, radiație și evaporare.
În cazul în care:
– temperatura corpului scade, omul având senzația de frig.
– temperatura corpului crește, omul având senzația de cald.
În ambele cazuri intervine sistemul termoregulator al omului, acesta intrând în funcțiune la apariția senzației de rece sau cald și modificând metabolismul astfel încât să se restabilească echilibrul termic între om și mediu.
Astfel, la apariția senzației de rece, în afara creșterii arderilor interne, vasele de sânge se îngustează, temperatura pielii scade și se reduc pierderile de căldură, glandele sudoripare se închid, umiditatea pielii scade și pierderile de căldură latentă se micșorează, intensificându-se activitatea musculară (fricțiunile musculare) cu producere de căldură. Invers, la apariția senzației de cald se intensifică transpirația și respirația.
Posibilitățile de reglaj sunt limitate, astfel că la variațiile mari de temperatură ale mediului exterior organismul nu mai poate reacționa și atunci omul trebuie să asigure restabilirea echilibrului termic și prin alte măsuri ca alegerea unei haine adecvate și/sau încălzirea încăperilor.
S-a ajuns la concluzia că pentru aceeași persoană care desfășoară o activitate, căldura latentă este constantă și cum căldura cedată prin conducție se neglijează, rezultă că senzația de confort termic este determinată în cea mai mare măsură de schimbul de căldură prin radiație și convecție.
I.4. Factori ce influențează negativ confortul termic
I.4.1. Asimetria temperaturii de radiație
Radiațiile termice asimetrice sunt cauzate în principal de pereții și ferestrele reci, plafoanele încălzite, corpurile de încălzire cu infraroșu și echipamentele fierbinți sau reci. Valorile recomandate pentru radiațiile termice asimetrice în timpul activităților ușoare, conform ISO 7730, sunt următoarele:
temperatura radiațiilor asimetrice cauzate de sturcturile verticale < 10;
temperatura radiațiilor asimetrice ale plafoanelor calde < 5;
Studiile asupra asimetriei de radiație s-au finalizat prin stabilirea unor limite pentru PPD din cauza asimetriei temperaturii de radiație < 5% pentru ambianțele din categoria I (Tabel I.5.).
Tabel I.5: Procentul maxim admisibil al persoanelor nemulțumite de senzația de disconfort termic local
I.4.2. Gradientul vertical de temperatură
În general, temperatura aerului interior în spațiile încălzite nu este constantă pe verticală de la pardoseală până la limita de sus, adică la plafon, valoarea sa crescând odată cu înălțimea.
Însă există și un gradient orizontal de temperatură, care se manifestă de la un perete sau fereastră exterioară către un perete interior.
Sursa de disconfort pentru o persoană șezând sau în picioare o constituie în special gradientul vertical de temperatură. Dacă acest gradient este mare, disconfortul încălzirii locale poate să apară la nivelul capului sau poate să apară și la picioare, chiar dacă întregul corp poate fi neutru din punct de vedere termic.
Conform ISO 7730, se recomandă gradientul maxim al aerului între 0,1 (la nivelul gleznelor) și 1,1 deasupra pardoselii (la nivelul capului) pentru o persoană sezând la o temperatură mai mică de 3. Procentul maxim admisibil al persoanelor nemulțumite de senzația de disconfort termic local din cauza gradientului vertical de temperatură este <3% pentru ambianțele din categoria I (Tabel I.5.).
I.4.3. Temperatura pardoselii
Temperatura ridicată la nivelul pardoselii ajută la eliminarea senzației de disconfort provocate de o pardoseală rece, încălzind mai întâi picioarele, care reprezintă cele mai termo-sensibile extremități ale corpului. Temperatura pardoselii influențează în special confortul persoanelor desculțe și în mai mică măsura persoanele încălțate, deoarece materialul pardoselii nu are o influență semnificativă pentru un picior încălțat.
O temperatură ridicată a pardoselii contribuie la reducerea riscului apariției ciupercilor și a mucegaiului datorită uscării rapide a pardoselii în zonele umede, cum ar fi baia sau bucătăria.
Conform ISO 7730, se recomandă ca în cazul în care se desfășoară o activitate sedentară iarna, temperatura pardoselii sa fie cumprinsă între 19-26, în cazul subiecților încălțați corespunzător.
Procentul maxim admisibil al persoanelor nemulțumite de senzația de confort termic din cauza temperaturii pardoselii trebuie sa fie mai mică de 10% pentru ambianțele din categoria I. (Tabel I.5.).
I.4.4 Curenții de aer
Reprezintă deplasări ale maselor de aer cu viteze mari, iar la temperaturi ridicate ale aerului, rămân nepercepute de organism. Cu toate acestea reprezintă unul dintre cele mai frecvente motive de insatisfacție manifestate de oameni datorită mișcării excesive a aerului interior care poate cauza un disconfort termic local.
Curenții de aer produc un efect de răcire a pielii prin convecție dependent de: diferența de temperatură dintre aer și piele, viteza aerului și amplitudinea fluctuațiilor de viteză a aerului.
S-a constatat că pentru viteze ale aerului mai mici de 1 m/s, senzația de curent se poate determina printr-o temperatură echivalentă numită “efect al răcirii”, definită de Rydberg:
= 8v+() [] (I.7)
În care :
– efectul răcirii, ;
v- viteza aerului la nivelul ocupanților, m/s;
– temperatura interioară a încăperii, ;
– temperatura aerului în mișcare la nivelul ocupanților, ;
Un aer mai rece, având „ <” provoacă un efect de răcire mai puternic decât un aer având „ > ”.
Se consideră că valoarea admisibilă a criteriului „” depinde de:
Felul actvității desfășurate de subiecți;
Îmbrăcămintea;
Anotimpul;
Sex;
Vârstă, etc.
Tabel I.6: Valori admisibile ale efectului global de curent
Din punct de vedere al efectului răcirii, o variație a vitezei aerului de 0,075 m/s este echivalentă cu o variație a temperaturii aerului de 0,5, deci temperatura este cea care asigură în primul rând condițiile de confort termic.
ISO 7730 recomandă pentru încăperile unde se desfășoară o activitate sedentară următoarele limite maxime pentru vitezele de mișcare a aerului:
Iarna 0,15 m/s;
Vara 0,25 m/s;
Pentru ambianțele din categoria I trebuie ca procentul maxim admisibil al persoanelor nemulțumite de senzația de discofort termic local din cauza curenților de aer să aibă o valoare mai mică de 15% (Tabel I.5.).
I.5. Determinarea parametrilor termici interiori. Evaluarea confortului termic.
“Indiferent de tip, complexitate și putere termică, sistemele de încălzire trebuie să realizeze în interiorul clădirilor un microclimat care să asigure sănătatea, productivitatea și confortul ocupanților, cu consum cât mai redus de energie.”
„Pe perioada de încălzire, în interiorul spațiilor încălzite, trebuie îndeplinite cerințele privind calitatea aerului interior și nivelul de zgomot conform destinației încăperii.”
Sistemul senzorial al omului nu permite estimarea valorii temperaturii ci doar constată dacă aceasta creează o senzație de cald sau de frig, astfel pentru determinarea condițiilor de confort termic se ia în considerare categoria clădirii, destinația clădirii, destinația spațiilor interioare, regimul de ocupare și tipul de activitate desfășurată.
Cercetări experimentale și teoretice în domeniul confortului termic au fost efectuate încă de la începutul secolului și continuă și astăzi în vederea găsirii unei mărimi sau expresii care să cuprindă toți factorii care influențează confortul termic.
Normele și normativele concepute în vederea realizării unor evaluări cât mai obiective din punct de vedere termic au la bază cercetări experimentale și teoretice în domeniul confortului terimc.
Aceste cercetări se bazează pe metode care exprimă calitatea climatului interior prin variația indicilor PMV (vot mediu previzibil) și PPD (procentul de persoane nemulțumite de condițiile de confort termic), care sunt definiți și se calculează potrivit SR EN ISO 7730.
PMV = reprezintă votul mediu previzibil a unui grup reprezentativ de persoane ce apreciază
confortul termic în funcție de: intensitatea activității depuse, de gradul de acoperire cu îmbrăcăminte și de parametrii mediului interior;
PPD = procentul estimat de nemulțumiți oferă informații cu privire la procentul de persoane
nemulțumite de condițiile climatice din incinta considerată;
Acești indici fac posibil să se definească în general cerințele climatului termic interior, dacă cunoaștem concret parametrii care contribuie la realizarea schimbului de căldură între un om și mediul înconjurător.
Conform SR EN 15251, clădirile se clasifică din punct de vedere al calității aerului precum și al confortului interior, în patru categorii de ambianță interioara după cum umrează:
Tabel I.7: Categorii de ambianță interioară (din SR EN 15251)
Potrivit SR 1907-2, pentru a determina temperatura de calcul a aerului interior se ține cont de destinația încăperilor, astfel încât în timpul exploatării unei instalații de încălzire, temperatura aerului interior trebuie să poată fi modificată în funcție de necesitățile ocupanților, pe întreg parcursul de utilizare a încăperilor.
Astfel, indicatorii PMV-PPD prezintă anumite valori în funcție de categoria de ambianță interioara:
Tabel I.8: Indicatori confortului termic
I.5.1 Votul mediu previzibil (PMV)
Indiele PMV pune in evdență valoarea medie a voturilor unui grup de persoane pe baza unei scări cu 7 puncte ale senzației termice, bazată pe echilibrul termic al corpului uman. Echilibrul termic este obținut atunci când producția internă de căldură din corp este egală cu căldura cedată de corp către organism. Într-un mediu moderat, sistemul termoregulator al organismului uman va încerca să modifice temperatura pieli precum și secreția de transpirație pentru a reuși să mențină echilibrul de căldură.
Expresia matematică a PMV, destul de complexă, poate fi utilizată sub forma unui cod de calcul, atât în faza de proiectare cât și în faza de evaluare a eficienței instalației. PMV (votul mediu previzibil) are valori cuprinse între -3 și +3 și exprimă disconfortul termic datorat senzației de frig sau de cald conform scării senzației termice (Tabel I.9.).
Tabel I.9: Evaluarea climatului termic după indicele PMV
Persoanele care au valoarea indicelui PMV = 3 și 2 sunt persoane nemulțumite de climat, iar persoanele cu opțiune PMV = 1 sau 0 sunt considerate mulțumite. Valoarea 0 a indicelui PMV reprezintă starea de confort termic pentru toți ocupanții incintei.
Indicele PMV se determină cu ajutorul bilanțului termic după următoarea formulă:
PMV = (0,303 exp(-0,036 M) + 0,28) Q (I.8)
În care:
M – metabolismul energetic;
Q – rezidul energetic, care se obține cu ajutorul relației de bilanț termic;
PMV poate fi calculat pentru diferite combinații de stări metabolice, izolații conferite de îmbrăcăminte, temperatura aerului, temperatura medie radiantă, viteza aerului, dar și umiditatea aerului conform ISO 7726.
Cu ajutorul votului mediu previzibil se poate verifica dacă mediul încojurător respectă criterile de confort termic și dacă se poate realiza stabilirea unor cerințe pentru diferite nivele de acceptibilitate.
I.5.2. Procentul estimat de nemulțumiți (PPD)
După cum s-a stabilit în subcapitolul anterior, indicele PMV prezice valoarea medie a voturilor unui grup de oameni care sunt expusi la același mediu. Dar voturile individuale sunt împărțite în jurul acestor valori medii și este util să se poată prezice cu exactitate numărul de personae care se simt neconfortabili la senzația de cald sau rece.
Deși este foarte dificil să se obțină confortul termic pentru toți participanții unei incinte atâta timp cât aceștia au diferite niveluri de activitate, viteze ale metabolismului sau diferite influențe fiziologice, s-a inventat indicele PPD care stabilește o predicție cantitativă a procentului de nemulțumiți din punct de vedere termic, adică persoanele care simt căldura sau frigul prea tare.
Obiectivul principal este, însă, de a crea confortul termic pentru majoritatea ocupanților unui spațiu.
Estimarea procentului de nemulțumiți PPD se face cu ajutorul votului mediu previzibil PMV. Se observă că pentru un PMV = 0, care corespunde uner stări neutre din punct de vedere termic, rămân încă 5% din ocupanți nemulțumiți de climat (PPD = 6%).
Relația generală între indicii de senzație termică PMV și PPD, dedusă experimental de Fanger, este dată în forma grafică în diagrama următoare, iar în forma analitică se poate scrie în felul următor:
PPD = 100 – 95 [%]; (I.9)
Figura I.9: Relația între indicii de confort: PPD – PMV
Indicele PPD precizează numărul de persoane nesatisfăcute dintr-un grup mare de persoane. Restul grupului se vor situa în zona de neutru, răcoare confortabilă sau cald confortabil din punct de vedere termic. Distribuția predictivă a voturilor este reprezentată în (Tabel I.10.) pe baza unui experiment care a înglobat un număr de 1300 de subiecți.
Tabel I.10: Distribuția individuală a votului privind confortul termic pentru diferite valori de votare
I.6. Concluzii
Pentru a concluziona informațiile prezentate în acest capitol trebuie menționat în primul rând, că pentru a determina gradul de confort termic dintr-o încăpere, trebuie să avem în vedere faptul că există factori care pot influența pozitiv sau negativ starea de confort, iar aceștia sunt: temperatura aerului interior, temperatura medie de radiație, viteza de mișcare a aerului interior, umiditatea relativă, temperatura pardoselii, îmbrăcămintea, activitatea desfășurată, vârsta, sexul, etc.
În al doilea rând pentru a realiza starea de confort termic aferent unei încăperi este necesară să se facă o analiză atât din punct de vedere obiectiv cât și subiectiv. Analiza obiectivă este legată de necesitatea menținerii temperaturii interne a copului omenesc în jurul valorii de 37. Iar analiza din punctul de vedere al aspectului subiectiv, se referă la metabolism care este caracterizat prin anumite procese biochimice, sistemul termoregulator și sensibilitățile fiecărui organism.
Astfel, pentru a putea îngloba aceste condiții într-o mărime sau expresie, se efectuează cercetări care au condus la apariția unor norme și normative care sunt actualizate constant în vederea realizării unor evaluări cât mai obiective din punct de vedere al determinării gradului de confort termic.
CAPITOLUL II
DIMENSIONAREA INSTALAȚIEI DE ÎNCĂLZIRE
II.1. Determinarea necesarului de căldură pentru încălzirea hotelului
Pentru a efectua dimensionarea instalației de încălzire a hotelului trebuie să se realizeze etapizat o serie de calcule, care în final conduc la stabilirea caracteristicilor tehnice ale echipamentelor de încălzire, respectiv alegerea unei centrale termice corespunzătoare tipului de clădire aleasă. Mai întâi se determină necesarul de căldură specific hotelului considerat, care se calculează în funcție de pierderile de căldură prin pereții exteriori, golurile din pereți datorate neetanșeităților, pardoseală, terasă și prin pereții încăperilor învecinate în vederea menținerii unei temperaturi interioare care să asigure un anumit grad de confort termic.
Trebuie menționat că prin calcularea necesarului de căldură se influențează în mod direct consumul de energie, iar acesta se determină în funcție de temperatura aerului interior considerată constantă și stabilită conform SR 1907-2 și în funcție de destinația încăperilor.
II.1.1. Necesarul de căldură specific unei încăperi
Se calculează cu relația:
Q = (1+) + [W]; (II.1)
În care:
– flux termic cedat prin transmisie, considerată în regim termic staționar, W;
– sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul a aerului infiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns la deschiderea acestora, W;
– adaosul pentru compensarea efectului suprafețelor reci;
– adaosul pentru orientare;
Potrivit SR 1907-1, necesarul de căldură global al unei încăperi se majorează sau micșorează cu debitul de căldură absorbit sau cedat de diverse procese cu caracter permanent dacă acesta depășește 5% din „Q”.
II.1.2. Calculul fluxului termic cedat
= mA + (II.2)
Unde:
m – coeficient de maisvitate termică a elementelor de construcție exterioare;
A – aria suprafeței fiecărui element de construcție, determinată conform STAT 472/30, ;
– temperatura interioară convențională, conform SR 1907-2, ;
– temperatura spațiilor exterioare încăperii considerate, ;
R’ – rezistența termică specifică corectată a elementului de construcție considerat, ;
– fluxul termic cedat prin sol;
– coeficient de corecție al necesarului de căldură de calcul în funcție de masa specifică a construcției;
Coeficientul de masivitate termică „m” este dependent de indicele de inerție termică „D” al elementului de construcție și se determină conform tabelului II.1 sau se poate calcula cu relația:
m = 1,225 – 0,05D (II.3)
Pentru elementele de construții lipsite de inerție termică, cu D < 1 (uși, ferestre, etc.), coeficientul de masivitate termică are valoarea cea mai mare m = 1,2, iar pentru elementele de construcție interioare (pereți și planșee interioare, etc) coeficientul are valoare m = 1.
Tabel II.1: Valorile coeficientului de masivitate termică
II.1.3. Adaosurile la pierderile de căldură
Fluxul termic cedat prin trasmisie “” este afectat de adaosurile la pierderile de căldură având scopul de a realiza în încăperi aceleași condiții indiferent de orientare și de gradul de izolare termică.
Adaosurile se exprimă în procente și sunt:
– adaosul de oriecntare, în scopul diferențierii necesarului de căldură al încăperilor diferit expuse radiației solare;
– adaosul pentru compensarea efectului suprafețelor reci, în scopul corectării bilanțului termic al corpului omenesc în încăperile în care elementele de construcție cu rezistență specifică redusă, favorizează intensitatea cedării de căldură a corpului prin radiație;
Adaosul de orientare se stabilește pentru încăperi cu mai mulți pereți exteriori, corespunzător peretelui cu orientarea cea mai defavorabilă și afectează numai încăperile cu pereți exteriori supraterani având următoarele valori prezentate în Tabelul II.2.
Tabel II.2: Valorile adaosului de orientare
Adaosul pentru compensarea suprafețelor reci, afectează numai fluxul termic prin elementele de construcție ale încăperilor a căror rezistență termică medie „”, nu depășește 10 și care se calculează cu următoarea relație:
= []; (II.4)
În care:
– aria suprafeței totale a încăperii (reprezentând suma tuturor suprafețelor delimitatoare), ;
, , – au semnificațiile anterioare;
Adaosul pentru compensarea suprafețelor reci se obțin din următorul grafic:
Figura II.1: Valorile adaosului de compensare a suprafețelor reci
Totuși există cazuri în care adaosul de compensare nu se prevede, iar acestea sunt:
– în cazul depozitelor, casei scării, etc. sau încăperilor prin care oamenii trec sau staționează purtând îmbăcămintea de stradă ( ex. săli de expoziție);
– în cazul încăperilor de producție cu specific de muncă medie cu locuri de muncă nestaționare sau cu specific de muncă grea ;
– în cazul încăperilor a căror rezistență termică medie „” , depășește 10 K/W;
De asemenea, pentru încăperi cu specific de muncă ușoară sau medie, cu locuri de muncă staționare, adaosul de compensare se prevede numai în cazul în care locurile de muncă sunt situate la o distanță mai mică de 5 m față de suprafețele vitrate exterioare.
II.1.4. Sarcina termică
Sarcina termică „” pentru încălzirea aerului inflitrat prin neetanșitățile ușilor și ferestrelor, precum și a aerului pătruns în încăpere la deschiderea acestora se determină ca valoarea maximă dintre sarcinie termice „”, unde:
– sarcina termică pentru care încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul la temperatura interioară convențională de calcul , a aerului înfiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns la deschiderea acestora, determinate ținând seama de numărul de schimburi de aer necesar în încăpere din condiții de confort fiziologic cu relația:
[W]; (II.5)
– sarcina termică pentru care încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul la temperatura interioară convențională de calcul , a aerului înfiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a celui pătruns la deschiderea acestora, determinate de viteza convențională a vântului se calculează cu relația :
[W]; (II.6)
Semnificația termenilor de mai sus este următoarea:
– numărul de schimburi de aer necesar în încăpere în condiții de confort fiziologic, ;
Se recomandă următoarele valori :
pentru clădiri de locuit și similar lor :
camere de locuit: (echivalent cu 0.792 );
bucătării: (echivalent cu 1,19 );
băi: (echivalent cu 1,0 );
pentru școli, grădinițe, creșe, spitale : , ;
numărul de persoane;
V – volumul încăperii, ;
căldura specifică la presiune constantă a aerului la temperatura „”, J/kgK;
– densitatea aerului la temperatura „”, kg/;
E- factor de corecție de înălțime (Tabel II.3) ;
Tabel II.3: Factorul de corecție de înălțime „E”
– au semnificațiile anterioare;
i – coeficient de infiltrație a aerului prin rosturi, W/K; (Tabel II.4.)
L – lungimea rosturilor ușilor și ferestrelor din fațadele supuse acțiunii vântului, m;
v – viteza convențională a vântului de calcul, m/s; (Tabel II.5.)
– sarcina termică pentru încălzirea aerului pătruns la deschiderea ușilor exterioare, W;
Tabel II.4: Valorile coeficientului de infiltrație „i”
Viteza vântului se alege conform Tabelului II.5. și depinde de zona eoliană, precum și de locul amplasării clădirii (în localitate sau în afara acesteia).
Tabel II.5: Valorile convenționale de calcul ale vitezei vântului
II.1.5. Descrierea calculelor
Pentru a determina necesarul de căldură aferent fiecărei încăperi a hotelului, s-au pus în aplicare metodele de calcul prezentate anterior, astfel că pentru calcularea fluxului termic cedat a fost nevoie de orientarea și suprafețele elementelor de construcție, rezistențele termice ale elementelor de construcție, coeficientul de masivitatea termică aferent fiecărui element, și diferența de temperatură între temperatura interioară stabilită în funcție de destinația încăperii și temperatura exterioară de calcul care este în funcție de zona climatică în care este poziționat hotelul (în cazul acesta, zona climatică II).
Adaosurile pierderilor de căldură înfluențează fluxul termic obținut în urma calculelor, având scopul de a realiza condiții de confort indiferent de orientare și gradul de izolarea al încăperii. Astfel, adaosul de orientare s-a obținut în funcție de orientarea peretelui exterior cu orientarea cea mai defavorabila, valorile fiind luate din Tabelul II.2.
La determinarea adaosului de compensare s-a ținut cont mai întâi dacă încăperile pentru care se calculează se încadrează în cazurile în care nu se prevede calcularea acestuia, apoi s-a trecut la calcularea rezistenței termice medii, iar în final, în funcție de aceasta s-a stabilit cu ajutorul Figurii II.1, valoarea adaosului pentru compensarea suprafețelor reci.
Sarcina termică pentru încălzirea aerului inflitrat în încăperi s-a determinat în funcție de valoarea maxima dintre sarcinile termice „”. Pentru aflarea acestora a fost necesară calcularea numărului de schimburi de aer care se determină în funcție de destinația încăperii, volumul încăperii, lungimea rosturilor ușilor și ferestrelor care sunt supuse acțiunii vântului, a coeficientului de infiltrație a aerului prin rosturi și a vitezei conveționale a vântului de calcul (Tabel II.4, Tabel II.5).
Astfel valoarea cea mai mare rezultată în urma calculării „” reprezintă sarcina termică „” pentru încălzirea aerului inflitrat prin neetanșitățile ușilor și ferestrelor.
Necesarul de căldură al unei încăperi depinde de calcularea cu exactitate și fără erori a coeficienților menționați mai sus, deoarece acesta reprezintă o primă etapă care conduce la realizarea unei dimensionări corecte a instalației de încălzire. Calculele efectuate și rezultatele obținute s-au realizat cu ajutorul programului de calcul Mircrosoft Excel și sunt prezentate în tabelele următoare.
La întocmirea tabelului pentru calculul necesarului de căldură s-au folosit următoarele notații:
perete exterior (PE);
perete interior (PI);
fereastră (FE);
ușă interioară (UI);
pardoseală rece (PR);
pardoseală caldă (PC);
Tabel II.6: Determinarea necesarului de căldură pentru parter
Tabel II.7: Determinarea necesarului de căldură pentru etajul curent
Tabel II.8: Determinarea necesarului de căldură pentru ultimul etaj
II.2. Alegerea și dimensionarea corpurilor de încălzire
“Corpurile de încălzire sunt schimbătoare de căldură alimentate cu agent termic apă sau abur, care emit căldură prin radiație și convecție și servesc la încălzirea încăperilor.” Corpuri de încălzire care emit căldură printr-o cotă de radiție mai mare conferă ocupanțiilor unei încăperi o senzație de confort mai bună. Pe piață există o varietate foarte largă de corpuri de încălzire, de aceea la alegerea unui tip de corp de încălzire se ține cont de preferințele beneficiarului, în funcție de destinația clădirii și de o serie de criterii relative ale corpului de încălzire. Totodată, în funcție de destinația clădirii, corpurile de încălzire se aleg în raport cu următoarele criterii specifice: estetică, performanță termică, preț, durabilitate, rezistență la șocuri și lovituri, cantitatea de manoperă pe șantier, etc.
Calitățiile pe care trebuie să le întrunească un corp de încălzire sunt următoarele:
rezistență mecanică la lovituri;
rezistență la acțiunea corosivă a mediului;
posibilități de curățire ușoară în medii încărcate cu pulberi, praf, scame, etc.
temperatura superficială sub limita de asigurare precizată prin reglementările în vigoare, în
cazul încăperilor cu pericol de explozie;
Într-o instalație de încălzire centrală se recomandă utilizarea unor corpuri de încălzire cu valori ale exponetului de reglare cât mai apropiate.
II.2.1. Radiatoare bimetal
În cadrul proiectului s-a utilizat pentru dimensionarea corpurilor de încălzire radiatoare bimetal deoarece, reprezintă o tehnologie patentată care combină avantajele “inimii” de oțel și ale “corpului” din aluminiu. Acestea prezintă un proces de fabricație complex și implică procedeul de turnare sub presiune a aluminiului.
Elemntul de radiator bimetal are două coloane în interiorul cărora există o inserție de țeavă de oțel prin care circulă apa, astfel se profită de avantajele materialelor componente.
Țeava de oțel montată la interior înlătură posibilitatea formării de hidrogen, mărește rezistența elementului la presiune înaltă și mărește durata de viață a elementului datorită rezistenței la coroziune mai bună.
Figura II.2: Radiator bimetal
II.2.2. Dimensionarea corpurilor de încălzire
Calculul de dimensionare a corpurilor de încălzire se face în conformitate cu prevederile generale din STAS 1797/1, corelate cu prevederile particulare ale normelor de fabricație, instrucțiunilor de utilizare, proiectelor și agrementelor corpurilor de încălzire.
Determinarea fluxului de căldură emis de un corp de încălzire urmărește corelarea puterii termice „Q” a corpului de încălzire cu necesarul de căldură al încăperii.
Toate corpurile de încălzire sunt schimbătoare de căldură în care transferul de căldură între cei doi agenți termici are loc prin intermediul unei suprafețe care separă cele două fluide. Cele două fluide de care se menționează sunt apa caldă sau aburul (fluidul cald), denumit agent termic primar și aerul interior al încăperilor (fluidul rece), agentul termic secundar.
În ipoteza unui transfer termic staționar, ecuația care stă la baza dimensionării unui schimbător este:
[W]; (II.7)
În care:
k – coeficientul global de schimb de căldură, W/m2K;
S – mărimea suprafeței de schimb de căldură, m2;
Δt – diferența medie de temperatură între cei doi agenți termici, K;
Deoarece rezolvarea acestei ecuații necesită calcule laborioase din cauza valorilor variabile ale coeficientului global de schimb de căldură „K”, se preferă ca puterea termică a corpurilor de încălzire statice să fie determinată în mod experimental, în funcție de unitatea caracteristică ce caracterizează corpul încălzitor, astfel:
pentru radiatoare – elementul de radiator;
pentru țevi – unitatea de lungime;
pentru panouri și convectoare – corpul în totalitatea lui;
În proiectul realizat, s-a utilizat pentru încălzirea încăperilor cu destinații de cazare și pentru restaurant, corpuri de încălzire de tip bimetal, CF300 și CF500, având caracteristicile din proiect cu înălțimea cuprinsă între 380-580 mm și lungime de 75 mm, iar pentru băi s-au utilizat radiatoare portprosop DELLA (VOGEL&NOOT – AUSTRIA) cu o înalțime de 700 mm si lungime de 400 mm, care cedează căldura necesară menținerii temperaturii interioare, a căror mărime s-a determinat cu următoarea relație de calcul:
[elem]; (II.8)
a – coeficient de corecție, care depinde de numărul de elemente de radiator (pentru radiatoarele din fontă);
q – puterea termică a unui element de radiator, W/elem;
– coeficient de corecție pentru diferite medii de temperatură;
– coeficient de corecție care ține seama de locul de montare a corpului de încălzire;
– coeficient de coreție care ține seama de altitudinea deasupra nivelului mării;
– coeficient de corecție care ține seama de modul de racordare a corpului de încălzire;
– coeficient de corecție care ține seama de culoarea vopselei suprafeței exterioare a corpului de încălzire;
După aflarea numărului de elemente ale corpurilor de încălzire, s-a stabilit numărul exact de corpuri de încălzire care trebuie montate în încăpere în conformitate cu Normativul I13 – 2015 care precizează montarea acestora la partea inferioară a încăperilor, în vecinătatea suprafețelor reci, de preferabil pe parapetul ferestrelor sau dacă nu este posibil, în apropierea acestora.
Căldura emisă de către corpurile de încălzire este în stransă concordanță cu necesarul de căldură al încăperii în care se montează corpurile de încălzire , dar și cu numărul de elemente ale corpurilor de încălzire, se calculează cu următoarea relație:
= [W]; (II.9)
Unde:
– necesarul de căldură, W;
– numărul de elemente neaproximat al corpului de încălzire;
– numărul de elemente final al copurlui de încălzire;
Calculele efectuate în vederea dimensionării corpurilor de încălzire au fost realizate cu ajutorul programului de calcul Microsoft Excel și sunt prezentate în tabelele de mai jos:
Tabel II.9: Realizarea calculelor de dimensionare al radiatoarelor pentru parterul hotelului
Tabel II.10: Realizarea calculelor de dimensionare al radiatoarelor pentru etajul curent al hotelului
Tabel II.11: Realizarea calculelor de dimensionare al radiatoarelor pentru ultimul etaj al hotelului
II.2.3. Amplasarea și montarea corpurilor de încălzire
Corpurile de încălzire s-au amplasat la partea inferioară a încăperilor, în vecinătățile suprafețelor reci și în dreptul parapetului ferestrelor pentru a obține o eficiență termică cât mai mare. Acest lucru se realizează deoarece aerul care pătrunde din exterior prin neetanșeitățile ferestrelor să fie încălzit și transmis în interiorul încăperilor pentru a asigura un confort termic cât mai optim.
La amplasarea lor s-a urmărit și corelarea cu elementele de construcție, amplasându-se la distanțele precizate de producător față de pervazul ferestrei și de pardoaseală (Figura II.3.), evitându-se stânjenirea amplasării mobilierului, a circulației persoanelor și a celorlalte instalații.
Normativul I13 precizează că pe casa scării se amplasează corpuri de încălzire, de regulă, la parter. Întrucât acestea nu asigură acoperirea întregului necesar de căldură, s-a dispus amplasarea a câte două corpuri de încălzire pe fiecare etaj pentru a putea acoperi necesarul de căldură în totalitate.
Figura II.3: Amplasarea corpului de încălzire
Datorită spațiului limitat din băi s-a optat pentru montarea și amplasarea de radiatoare portprosop. Aceste tipuri de radiatoare au un design simplu și funcțional care contribuie la estetica băii, dar asigură în același timp distribuirea uniformă a căldurii.
Figura II.4: Radiatoare portprosop DELLA (VOGEL&NOOT – AUSTRIA)
Montarea corpurilor de încălzire se realizează prin sisteme de prindere speciale oferite de către producătorul corpurilor de încălzire (console, suporturi, susținătoare). Indicațiile de montare în ceea ce privește numărul accesoriilor, distanțele de amplasare față de perete, pardoseală, pervazul ferestrei, etc. sunt stabilite de porducătorii corpurilor de încălzire.
Figura II.5: Exemplu de montare a radiatorului bimetal în hotel
II.2.4. Racordarea corpurilor de încălzire
În vederea racordării corpurilor de încălzire la coloanele instalației de încălzire s-a ținut cont de următoarele tipuri de racordări admise de către normativele în vigoare.
Figura II.6: Moduri de racordări a corpurilor de încălzire la instalație
a: sus –j os în diagonală; b: sus – jos pe aceeași parte; c: jos – jos; d: jos – sus în diagonală;
e: jos – sus pe aceeași parte;
În funcție de varianta de racordare, este influențată emisia termică a corpurilor de încălzire, din acest motiv, s-a urmărit în faza de proiectare a instalației de încălzire, ca radiatoarele sa fie legate sus – jos pe aceeași parte și sus – jos pe diagonală în funcție de disponibilitățile de amplasarea ale corpurilor de încălzire și de distanțele minime dintre corp și coloană.
Racordarea pentru circulația agentului termic sus – jos, s-a preferat deoarece, s-a demonstrat faptul că prin acest mod de pozare a racordurilor, agentul termic are cea mai mare putere termică.
II.3. Calculul de dimensionare al conductelor
Proiectarea rețelelor de distribuție a agentului termic apă caldă s-a făcut conform prevederilor din reglementările tehnice de proiectare și executare a sistemelor centralizate de alimentare cu energie termică.
Rețeaua termică a unei instalații de încălzire servește la transportul agentului termic (apă caldă) de la centrala termică la instalațiile interioare de încălzire, respectiv, corpurile de încălzire.
În cadrul proiectului realizat, instalația de încălzire s-a executat cu distribuție inferioară, fiind o instalație bitubulară clasică montată aparent pe pereți cu robinete de reglare, boiler pentru prepararea apei calde de consum și vas de expansiune închis.
Conductele vor fi fixate de pereți prin intermediul brățărilor simple și duble corespunzătoare dimensiunilor conductelor. Pantele de montaj vor fi de minim 3%, asigurând aerisirea și golirea completă a instalației.
Aerisirea instalației se va realiza prin aerisitoarea automate montate la partea superioară a coloanelor și prin aerisitoare mecanice prevăzute pe radiatoare. Golirea instalației se va face prin robineți de golire prevăzuți cu racord portfurtun montați în punctele de cotă minimă a distribuției inferioare, adică în centrala termică conform proiectului.
Executarea instalației cu distribuție inferioară s-a adoptat datorită existenței unui subsol tehnic și a unui demisol utilizabil aferent hotelului, având o înălțime convenabilă în vederea montării și exploatării instalației. Trebuie menționat că în demisol/subsol se acceptă viteze mult mai mari de circulație ale agentului termic comparativ cu vitezele acestuia pe coloanele verticale. Acest lucru se datoarează diametrelor conductelor mult mai mari, dar și al pierderilor de sarcină liniare mari.
Rețeaua termică este compusă din:
conducte propriu-zise și piesele de legătura aferente (coturi, curbe, ramificații, reducții, etc);
izolația termică a conductelor și protecția acesteia;
armături de închidere, reglare, golire, dezaerisire;
elemente de susținere (suporturi fixe și mobile);
elemente auxiliare de construcție (canale termice, cămine);
Rețeaua termică din demisolul/subosulul tehnic este o rețea arborescentă cu circulație forțată care urmărește un traseu simplu și cât mai scurt în vederea conducerii agentului termic de la centrală termică la coloanele verticare care alimentează corpurile de încălzire.
Conductele rețelei termice proiectate sunt executate din oțel cu diametru între 3/8”-1 ½” în demisol/subsol de la centrala termică la coloane și între 3/8”-1 ½” la conductele de distribuție către corpurile de încălzire, iar îmbinarile s-au realizat conform indicațiilor din reglementările tehnice aplicabile prin utilizarea fitingurilor și accesoriilor indicate de producător, pentru a putea fi exploatată eficient și pentru a-și menține calitatea.
Conform Normativului I13-2015, traseele conductelor instalației de încălzire interioară s-au ales astfel încât să asigure următoarele cerințe:
alimentarea tuturor consumatorilor;
accesul la conducte, aparate și armături în timpul exploatării;
lungimi minime de rețea;
autocompensarea dilatațiilor;
reducerea numărului de goluri la trecerea prin elementele structurale;
Calculul de dimensionare a rețelelor instalației de încălzire urmărește stabilirea diametrelor conductelor de distribuție din demisol/subsol și a conductelor de alimentare cu agent termic a corpurilor de încălzire precum si stabilirea pierderilor de sarcină locale și liniare.
Proiectul dispune de un subsol tehnic și un demisol utilizabil în care s-a realizat o rețea termică arborescentă cu circulație forțată pentru care s-a dimensionat traseul conductelor care unește centrala termică de cel mai dezavantajat consumator „T12” și de 8 coloane care cuprind etajele hotelului. Pentru acestea s-au determinat diametrele conductelor, vitezele de circulație ale agentului termic și pierderile de sarcină locale și liniare care s-au realizat cu ajutorul programului de calcul Microsoft Excel și al tabelelor cu pierderi de sarcină unitare liniare, locale și coeficienții de rezistență locală în funcție de materiale și mărimile geometrice ale conductelor.
Tabel II.12: Dimensionarea coloanelor și calcularea pierderilor de sarcină
Tabel II.13: Calculul de dimensionarea al demisolului/subsolului tehnic
Notațiile utilizate în tabelele de mai sus sunt: d – diametru; l – lungimea conductei; v – viteza agentului termic; R – sarcină termică liniară; ζ – coeficient de rezistență locală; Z – pierderi de sarcină locale; CÎ – corp de încălzire; Rdr – robinet cu dublu reglaj; Cpo – corpul piuliței olandeze; TTS – teu de trecere la separare; TTÎ – teu de trecere la împreunare; Rs – robinet de separare;
II.4. Concluzii
Scopul capitolului de dimensionare a instalației de încălzire este acela de a realiza calcule tehnice care să conducă la stabilirea caracteristicilor tehnice și a echipamentelor termice care se vor utiliza în realizarea instalației de încălzire. În urma determinării acestor calcule se pot achiziționa materialele și echipamentele termice necesare realizării instalației de încălzire de către executant.
Partea de dimensionare hidraulică a unei instalații termice este foarte importatată deoarece, prin intermediul acesteia se stabilesc pierderile de sarcină, presiunea din instalație dar și materialul din care trebuie să fie confecționate conductele.
Aceste informații ajută executantul instalației termice la achiziționarea de materiale și echipamente termice care să se încadreze în limitele admisibile ale instalației și care totodată să fie convenabile și din punct de vedere economic.
Trebuie precizat că, echipamentele termice care se vor achiziționa trebuie să asigure necesarul de căldură care se pierde prin pereții încăperilor, pardoseală, terasă și prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor, în vederea asigurării un confort termic optim pentru ocupanții hotelului.
CAPITOLUL III
CENTRALE TERMICE
III.1. Clasificarea și alegerea centralelor termice
Centrala termică reprezintă ansamblul echipametelor, instalațiilor și aparatelor utilizate în scopul transformării unei forme de energie în energie termică, care asigură prin intermediul unui agent termic produs alimentarea centralizată a unor consumatori diversi.
În funcție de specificul ei, centrala termică poate furniza agent termic pentru încălzire, prepararea apei calde de cosnsum, ventilare, consum tehnologic, etc.
Pentru producerea agentului termic, centrala termică folosește ca formă primară de energie diferiți combustibili fosili, derivați ai acestora precum și combustibili organici.
Energia necesară producerii agentului termic se obține prin arderea directă a combustibililor fosili (hidrocarburi și cărbuni), a combustibililor derivați din combustibili fosili (gazul orășenesc, gazul de furnal) și combustibili organici de origine vegetală (lemn, deșeuri din lemn, etc.). Utilizarea combustibililor organici pentru alimentarea centralei termice depinde în mare măsură de spațiul de stocare al acestora. Lipsa spațiului de depozitare reprezintă un inconvenient foarte mare în ceea ce privește alegerea unei centrale termice pe combustibili organici.
În alcătuirea unei centrale termice intră cazanele, pompele, elementele de legătură și de distribuție, gospodăria de combustibil, elementele de evacuare a produselor arderii, instalațiile de automatizare, etc.
O centrală termică poate fi definită și clasificată dupa mai multe criterii, astfel:
După puterea instalată
centrale foarte mici Qct până la 70 kW;
centrale termice cu puteri mici Qct < 300 kW;
centrale termice cu puteri medii 300 < Qct < 2000 kW;
centrale termice cu puteri mari Qct > 2000 kW.
După natura agentului termic utilizat:
apă caldă cu temperatura maximă de 115°C;
abur de presiune joasă p < 0,7 bar;
abur de presiune medie p > 0,7 bar.
După numărul și tipul cazanelor:
centrale termice cu un cazan:
centrale termice cu mai multe cazane de același tip și cu puteri egale;
centrale termice cu mai multe cazane de același tip, dar cu puteri diferite;
centrale termice cu mai multe cazane de tipuri diferite.
După modul de cuplare al centralei la consumator:
sistem cuplat direct:
sistem cuplat prin distribuitor-colector:
sistem decuplat (cu separator hidraulic);
După modul de asigurare împotriva suprapresiunilor accidentale:
la apă caldă – cu vase de expansiune deschise;
– cu vase de expansiune deschise și supape de siguranță;
– cu vase de expansiune închise și supape de siguranță;
– la abur – cu dispozitive hidraulice și supape de siguranță.
După modul de exploatare a centralei:
automată;
cu supraveghere parțială;
cu supraveghere totală;
După natura combustibilului utilizat: gazos, lichid sau solid.
Alegerea tipului de centrală termică se face pe baza datelor din caietul de sarcini întocmit conform cerințelor investitorului cu respectarea strictă a legislației în vigoare. Centralele termice existente trebuie aduse la nivelul exigențelor legislației la data efectuării anumitor reparații sau a reabilitării integrale.
Condițiile tehnice de care trebuie să se țină cont la alegerea unei centrale termice sunt următoarele:
Stabilirea capacității sursei termice în funcție de necesarul de consum, corelat cu regimul și
programul de funcționare al instalațiilor alimentare;
Tipul agentului termic în funcție de instalațiile și caracteristicile consumului, precum și de
distanța între sursă și consumator;
Tipul de combustibil utilizat, în funcție de dotarea zonei cu utilități sau a resurselor primare
de energie specifice ariei geografice analizate, corelată cu posibilitățile de aprovizionare și acces;
Amplasament, cu referire la suprafețele necesare și disponibile, zone de protecție, spații și
cote de montaj după caz, amenajări necesare, vecinătăți, funcțiuni conexe, etc.
Gradul de siguranță în exploatare, privind dotările cu unități de rezervă la nivelul sursei sau
tip de combustibil, pentru perioade de vârf a consumului, cât și în regim avarie (întreruperea funcționării unei unități de producere a energiei, întreruperea alimentării cu combustibilul de bază, etc.).
Măsuri specifice de apărare împotrive incendiilor;
III.2. Alegerea centralei termice
Centrala termică se alege în funcție de o analiză complexă care are la bază caietele de sarcini ale lucrării, și care ține cont de condițiile tehnice, ecologice, edilitare și juridice care trebuiesc întrunite în vederea respectării reglementărilor și legislației în vigoare.
În funcție de etapele de calcul realizate în capitolele anterioare a rezultat că înstalația de încălzire necesită pentru alimentarea cu energie termică, o centrală de putere mică. Astfel, s-a optat pentru alegerea unei centrale termice cu puterea de 100 kW.
Figura III.1: Componentele principale ale centralei termice Viessmann Vitodens 200 W – 100 kW
1 – suprafețe de schimb de căldură Inox-Radial din oțel inoxidabil;
2 – arzător Matrix cilindric cu un sistem de reglare a aerderii Lambda Pro Control Plus;
3 – vas de expansiune;
4 – schimbător de căldură din oțel inoxidabil;
5 – sistem de automatizare Vitotronic ;
Pentru a asigura necesarul de căldură de 75.066 kW de care are nevoie instalația de încălzire, s-a ales o centrală termică de 100 kW Viessmann Vitodens 200-W, recomandată pentru suprafețe de până la 1050 .
Centrala termică Viessmann Vitodens 200 W – 100 kW este o centrală termică în condensare, cu o putere de 100 kW, cu tiraj forțat, având kit de evacuare inclus, amplasată mural și se utilizează numai pentru încălzire. Este fabricată din oțel inoxidabil fiind economică și fiabilă și are un consum redus de energie și eficiență energetică normată de până la 109%. Această performanță este posibilă datorită schimbătoarelor de căldură paralele Inox-Radial dublu elicoidale din oțel inoxidabil.
Puterea cazanului se adaptează imediat la necesarul de căldură ceea ce conduce la o eficiență deosebită a centralei.
Centrala termică Viessman Vitodens este automatizată cu un soft denumit Vitotronic 100, ceea ce conduce la reglarea adaptivă a temperaturii ambiantale. Automatizarea este comandată de temperatura exterioară în vederea realizării reglării agentului termic al instalației, astfel încât temperatura interioară crește în cazul în care temperatura exterioară este scăzută.
Pentru scurtarea timpului de încălzire după o fază de funcționare la parametri reduși, temperatura pe tur crește pentru un interval de timp limitat.
Temperatura pe tur necesară pentru atingerea unei anumite temperaturi de ambianță deinde de instalația de încălzire cât și de izolarea termică a clădirii încălzite.
Arzătorul centralei termice este unul special conceput de firma Viessmann, denumit Matrix, având avantajul unor emisii scăzute de substanțe poluante. Arzătorul are o capacitate extinsă de modulație în domeniul 1:4, adică în cazul conectării mai multor cazane în cascadă. Pentru realizarea în acest domeniu de modulație, este necesară achiziționarea de o cascadă pentru evacuarea gazelor arse (suprapresiune) care este compusă din colector pentru gazele arse, piesă de capăt cu sistem de evacuare a condensului, sifon și opțional un preselector hidraulic.
Pompa de circulație este de înaltă eficiență deoarece are un consum energetic mult mai redus în comparație cu pompele obișnuite. Prin adaptarea debitului de pompare al pompei de circulație la condițiile individuale ale instalației, se reduce consumul de curent al instalației de încălzire.
Automatizarea este montată în cazan și este compusă dintr-un dispozitiv principal, module electronice și o unitate de comandă. Automatizarea asigură reglarea diferitelor regimuri de funcționare a instalației și anume încălzire și apă caldă, doar apă caldă și regim deconenctat.
Pentru aceste regimuri, automatizarea asigură și protecția la îngheț a instalației de încălzire.
Funcția de protecție la îngheț este conectată în cazul scăderii temperaturii exterioare sub +1. În acest caz, pornește pompa circuitului de încălzire și apa din cazan este menținută la o temperatură minimă de aproximativ 20
Funcția de protecție la îngheț se deconectează în cazul creșterii temperaturii exterioare la cca. +3.
Pentru prepararea apei calde menajere, la centrala termică se racordează la un boiler având capacitatea de 1500 l și care a fost dimensionat astfel încât să asigure necesarul de apă caldă în cazul consumului mediu de 50 l/zi a unei persoane.
III.2.2. Agentul termic produs de centrală
Energia termică furnizată de centrala termică depinde de tipul și parametrii agenților termici produși de sursă.
Agentul termic s-a stabilit ținând seama de natura consumatorilor și de destinația clădirii, precum și de economicitatea întregului sistem alcătuit din sursă de căldură, rețele de transport și instalațiile interioare. Apa caldă are o temperatură de maxim 80°C pe tur în condiții nominale de funcționare a instalației interioare de încălzire și preparare a apei calde de consum, iar pe retur agentul termic înregistrează o temperatură de maxim 60°C.
Circulația agentului termic apă caldă este forțată, realizându-se prin pompare cu ajutorul unei pompe de înaltă eficiență.
III.2.3. Alimentarea cu combustibili
Combustibilii utilizați de centralele termice sunt:
lichizi;
gazoși (gaze naturale sau GPL);
solizi (lemne, cărbune, deșeuri, etc);
Alegerea tipului de combustibil pentru centrala termică s-a realizat ținând cont de disponibilitatea și prețul combustibilului, posibilitățile de procurare, gradul de asigurare a consumatorului și modul de exploatare al centralei termice.
În cazul centralei termice alese, pentru asigurarea unei puteri termice echivalente cu necesarul de cădură al încăperilor și prepararea apei calde de consum, alimentarea se face cu gaze naturale de la rețeaua de gaz existentă, în vederea utilizării continue și neîntrerupt a înstalației de încălzire.
Centrala termică este prevăzută cu un sistem de detecție a scăpărilor de gaze și cu un sistem pentru închiderea alimentării cu combustibil la cazane.
Deoarece centrala termică nu este supravegheată permanent, s-a dispus echiparea cu dispozitive automate de reglare, semnalizare și control ale aerderii, precum și de închidere a alimentării cu gaze în cazul întreruperii de orice natură sau a reducerii presiunii gazelor sub valoarea specificată minimă de funcționare a arzătorului.
II.2.4. Amplasarea centralei termice
Incinta centralei termice destinată alimentării cu căldură a hotelului este amplasată în demisolul construcției, acest lucru stabilindu-se pe baza unor criterii dimensionale a centralei termice ca greutatea de 83 kg, înălțimea de 850 mm, lungime 530 mm, lățimea de 480 mm, și a unor criterii funcționale, economice determinate de posibilitățile de evacuare a gazelor de ardere și de alimentare cu combustibil.
Amplasarea centralei termice s-a realizat în conformitate cu prevederile normelor tehnice specifice privind proiectarea, executarea și exploatarea sistemelor de alimentare cu gaze naturale și a reglementărilor tehnice privind securitatea la incendiu a construțiilor.
Fiind o centrală termică care utilizează gaze naturale, poziționarea suprafețelor vitrate s-a realizat astfel încât să asigure ventilarea încăperii și să nu blocheze în caz de explozie, căile de evacuare și cele de acces pentru intervenție.
Încăperea în care este montată centrala termică este ferită de îngheț, de particule de praf, o condiție importantă pentru montarea cazanelor murale și este bine aerisită. Totodată temperatura ambientală nu depășește valoarea de 35.
La alegerea locului de amplasare al centralei termice s-a ținut cont și de protecția la zgomot a spațiilor de locuit, și a spațiilor în care se desfășoară activități sensibile la zgomot.
Ca și metodă de amplasare a centralei termice s-a ales montarea pe un cadru de montaj exact ca în figura umătoare:
Figura III.2: Montarea centralei termice pe un cadru
III.2.5. Evacuarea gazelor și a condensului
Centrala termică este prevăzută cu un furtun de evacuare pentru condens și un set pâlnie de evacuare. La conducta de evacuare a condensului se racordează un furtun de evacuare care se racordează la rețeaua de canalizare și trebuie să fie vizibil, liber pozat cu pantă și etanș împotriva mirosului.
Pe sistemul de evacuare a condensului se montează un sifon, astfel încât să nu scape niciun fel de gaze arse. La această instalație se poate monta opțional și un echipament de neutralizare separat în care se tratează condensul rezultat din centrala termică.
Figura III.3: Evacuarea condensului din centrală
A – furtun de evacuare;
B – set de pâlnie de evacuare (accesoriu);
Coșul de fum este realizat conform normativelor în vigoare și trece prin perete, evacuând gazele de ardere astfel încât să se asigure o concentrație a noxelor sub limitele admise. Coșul de fum este executat din materiale rezistente la coroziune chimică, iar evacuarea gazelor de ardere în atmosferă se realizeză prin tiraj natural. GP 051-2000 recomandă ca lungimea canalelor de fum să fie minimă și să nu depășească 1/3 din lungimea coșului.
Coșul de fum este prevăzut cu gură de vizitare etanșă și cu ștuț de evacuare a condensului la partea inferioară.
III.3. Alegerea boilerului
Centrala termică Viessman Vitodens este proiectată doar pentru asigurarea încălzirii spațiilor în care este amplasată. Deci este necesară montarea unor boilere care să asigure alimentarea cu apă caldă menajeră hotelul.
Întrucât hotelul este o construcție de tipul D/S+P+2E și are o arie considerabilă, rezultă necesitatea de a calcula consumul de apă caldă menajeră necesară în vederea alegerii unui boiler cu o capacitate corespunzătoare, astfel încât să asigure cantitatea de apa caldă dorită.
III.3.1. Dimensionarea boilerului
Pentru a realiza o dimensionare orientativă a sistemului de preparare a apei calde menajere pentru hotel, se poate considera un consum normat de 50 l/zi de persoană, la o temperatură de 45, astfel:
(III.1)
Unde:
n = 47 – numărul de persoane;
= 50 – consumul zilnic normat pe persoană, luat în considerare;
= 45 – temperatura apei calde menajere la punctul de consum;
= 10 – temperatura apei reci la intrare în boiler;
= 60 – temperatura apei calde din boiler;
= 1645 l
Pentru că instalația de încălzire utilizează combustibili gazoși pentru prepararea apei calde menaje, nu este necesară supradimensionarea boilerului, precum în cazul în care se utilizează combustibili proveniți din energie solară și biomasă solidă.
= = 1645 l
III.3.2. Calculul sarcinii termice necesare preparării apei calde menajere
După calcularea boilerului în vederea aflarii capacității acestuia, trebuie să se calculeze și necesarul de căldură pentru prepararea apei calde menajere cu ajutorul următoarelor relații de calcul:
(III.2)
Unde:
m – este cantitatea de apă caldă preparată care se calculează după cum urmează:
m = n kg (III.3)
= 1000 kg/ – densitatea apei reci;
= 4,186 kj/kg K – căldura specifică a apei;
= 60 – temperatura apei calde din boiler;
= 10 – temperatura apei reci la intrare în boiler;
= 24 ore – timpul în care este încălzită apa;
[kW];
= 5,7 kW
Această valoare de 5,7 kW este rezultatul calculului sarcinii termice pentru prepararea apei calde de consum pentru un număr de 47 de persoane care ar utiliza apa întru-un intreval de 24 ore, iar sarcina termică necesară pentru prepararea apei calde pentru o persoană este egală cu:
= 0,121 kW = 121 W
III.3.3. Calculul de căldură necesară pentru prepararea apei calde menajere
Căldura necesară pentru prepararea apei calde menajere atunci când este utilizată de un număr de 47 de persoane se poate calcula cu relația:
= 3600 [kJ]; (III.4)
= 5,7 243600 = 492,5 kJ
Căldura necesară pentru prepararea apei calde menajere atunci când este utilizată de o persoană este:
= 0,121 243600 = 10,5 kJ
În toate calculele prezentate mai sus, s-a considerat că durata de preparare a apei calde menajere este de 24 ore.
III.3.4. Tipul boilerului
În urma calculelor realizate în cadrul subcapitolelor anterioare rezultă că, pentru a asigura apa caldă menajera în hotel pentru un număr de 47 de persoane este necesăr ca boilerul să aibă un volum de 1645 l. Acest număr de 47 de persoane s-a ales ținând cont de prezența a cel puțin unei persoane în fiecare cameră din hotel și de prezența angajațiilor care muncesc în restaurantul hotelului. Pentru a asigura această capacitate de preparare a apei calde menajere, s-a ales să se monteze un boiler cu o capacitate de 1500 de litri.
Boilerul ales este un boiler vertical ELBI BSV 1500 l cu serpentină verticală fixă și echipat cu anod de magneziu, având o procedură de instalare simplă, putându-se adapta și folosi practic în orice fel de încăpere.
Aceste tipuri de boilere au serpentina fixă în formă de spirală atingând temperatura maximă de 110, iar apa încălzită de la cazan trece prin această serpentină care poate să încălzească apa până la temperatura maxima de 95.
Dimensiunile boilerului sunt considerabile 1100×2370 mm, având o putere termică de 79 kW și funcționând la o presiune maximă de 10 bar.
Datorită puterii termice mari, a unei izolații din poliuretan injectat de grosime de 40 mm și a unei conductivități termice de 23,5 mW/mK, boilerul are capacitatea de a încălzii apa de la temperatura de 10 la 60, 1500 l/h într-un timp scurt de până la 60 de minute. Iar producția de apă caldă menajeră la temperatura de 45 în 33 de minute este de 2700 litri.
Figura III.4: Boiler ELBI BVS 1500 litri
DN1-DN2: 1” -tur/ retur primar;
DN3: 1” – alimentare apă rece;
DN4: 1” – robinet ieșire apă caldă menajeră;
DN5: 1 ¼” – racord ieșire apă caldă menajeră;
DN6: ¾” – circulare;
DN7: 2” – element imersiune;
DN8: ½” – termostat;
DN9: ½” – termometru;
DN10: 1 ¼” – Anod de magneziu;
III.4. Dimensionarea vaselor de expansiune
În cazul instalațiilor cu apă caldă precum centrala termică prezentată în subcapitolele anterioare este necesar să se ia măsuri speciale de siguranță. La aceste tipuri de centrale, apa din cazan poate depăși cu mult temperatura de regim, producându-se abur la presiuni ridicate, care poate conduce la explozia acesteia.
Vasul de expansiune închis este umplut parțial cu apă și parțial cu aer sau un gaz special (de ex. azot). Alimentarea cu aer sau gaz se poate face cu un compresor sau prin racordarea vasului de explansiune la o butelie. Datorită evoluției în timp a acestor echipamente, au apărut vase de expansiune cu membrane care separă apa de aerul din recipiet. Folosirea acestor membrane împiedică pătrunderea aerului în sistem și oxidarea acestuia.
Instalațiile de încălzire prevăzute cu vase de expansiune închise trebuie asigurate împotriva depășirii presiunii și temperaturii cu: supape de siguranță, limitatori de temperatură și instalație de semnalizare acustică la atingerea temperaturii maxime admise.
III.4.1. Dimensionarea vasului de expasiune închis pentru boiler
Figura III.5: Motarea vasului de expansiune închis față de boiler
Vsp – este volumul de apă caldă stocată, adică volumul boilerului;
T1 – temperatura de intrare apă rece = 10°C;
T2 – temperatura apei calde care intră în boiler = 80°C;
e – coeficient de dilatare al apei, calculat în funcție de diferența de temperatură între apa pe intrare și temperatura apei pe ieșire;
Par – presiunea relativă inițială pe partea de apă rece = 3 bar;
Pvs – presiunea la care lucrează supapa de siguranță = 10 bar;
Tabel III.1: Variația coeficientului “n” în funcție de temperatură
e = (III.5)
e = = 0,028
Presiunea relativă este presiunea care ia ca reper „0”, presiunea atmosferică. Presiunea absolută ia ca reper „0”, vidul absolut. Presiunile prezentate mai jos sunt presiuni relative:
P0 – presiunea de preîncărcare a vasului de expansiune pe partea de gaz = 3 bar;
Per – presiunea maximă admisă pe partea de gaz, micșorată cu 0,5 bar;
Per = Pvs – 0,5 bar = 10 – 0,5 = 9,5 bar
Pa – presiunea absolută inițială pe partea de gaz a vasului de expansiune;
Pe = Par + 1 =3 + 1 = 4 bar
Pe – presiunea absolută finală pe partea de gaz a vasului de expansiune;
Pe = Per + 1 =9,5 + 1 = 10,5 bar
Vn = (III.6)
Vn = = 67,8 l l
În urma calculelor efectuate rezultă că este necesar să se instaleze în instalația cu boiler un vas de expansiune închis de cel puțin 70 l pe conducta de intrare în boiler, deci pe apa rece.
III.4.2. Alegerea vasului de expansiune închis
Pentru a preveni apariția unor eventuale probleme, instalația de încălzire cu apă caldă este prevăzută cu un vas de expansiune închis care are rolul de a prelua volumul de apă rezultat din dilatare și de a asigura presiunea minimă necesară în instalație.
Vasul de expansiune închis este montat pe conducta de alimentare cu apă rece a boilerului pentru prepararea apei calde menajere, și este achiziționat de la același producător de la care s-a ales și boilerul pentru prepararea apei calde menajere și anume, ELBI.
III.4.3. Caracteristicile tehnice al vasului de expansiune închis pentru boiler
Figura III.6: Vas de expansiune închis ELBI 80 l
Capacitate vas expansiune : 80 litri;
Presiune maxima exercițiu: 10 bar;
Diametru exterior vas expansiune : 400 mm;
Înălțime vas expansiune : 840 mm;
Temperatură 99 ;
Diametru racord vas de expansiune : 3/4";
Temperatură de lucru vas de expansiune : -10°… +99°C;
Structură robustă din oțel de înaltă calitate, făcută să dureze;
Vopsea din pulberi epoxidice de lungă durată;
Membrana acestor vase de expansiune ERCE este din cauciuc special și asigură o performanță
mai bună și o durată mai mare de viață;
III.5. Descrierea modului de funcționare a instalației de încălzire
Modul în care funcționează instalația de încălzire aferentă clădirii în regim hotelier este dependentă de echipamentele care alcătuiesc componența acestei instalații dar și de regimurile de temperatură la care este supusă instalația de încălzire. Între echipamentele instalației de încălzire și regimurile de temperatură trebuie să existe o strânsă legătură pentru a putea contribuii la asigurarea unui confort termic optim în hotel.
Centrala aleasă pentru asigurarea incălzirii, Viessmann Vitodens 200 W este o centrală în condensare care prezintă un aport energetic mult mai ridicat datorită acestei tehnologii. Datorită acestui tip de tehnologie, centrala eliberează în timpul porcesului de ardere al combustibulului pe lângă gazele de evacuare și vapori de apă. Acești vapori rezultați din gazele de ardere ajung să atingă schimbătoarele de căldură și se transformă în apă, astfel căldura degajată în timpul acestui proces de condensare este introdusă în circuitul de încălzire.
Prin intermediul sistemului de automatizare se controlează temperatura de regim a cazanului centralei care conduce la reglarea adaptivă a temperaturii agentului termic în funcție de temperatura exterioară. Astfel, agentul termic primar este condus cu ajutorul pompei centralei termice prin conductele de tur către corpurile de încălzire. Agentul termic răcit în corpurile de încălzire se întoarce înapoi în centrală prin conductele de retur, unde primește căldura rezultată din arderea combustibilului gazos. După reîncălzirea agentului termic, acesta se întoarce prin conductele de tur la corpurile de încălzire după care circuitul se reia.
Centrala termică Viessmann Vitodens 200 W asigură doar încălzirea hotelului, fapt pentru care a fost necesară montarea și unui boiler extern de ELBI BSV 1500 l care să asigure necesarul de apă caldă menajeră.
Agentul termic primar care atinge temperatura maximă de 80 produs în centrala temică intră în boiler unde cedează căldură apei calde menajere care se încălzește până la temperatura de 45.
Apa din boiler este preluată de la furnizor, având pe timpul iernii, la ieșirea din rețea o temperatură minimă cuprinsă între 5 – 10. În interiorul boilerului apa se încălzește de obicei de la temperatura de 10, care este și temperatura de intrare a apei în boiler, până la temperatura de 45, corespunzătoare valorii dorite a apei calde menajere. Încălzirea apei din boiler este posibilă datorită faptului că apa de la furnizor preia căldura provenită de la agentul termic primar produs de instalația de încălzire.
Apa caldă menajeră astfel încălzită la temperatura de 45 este pompată în rețeaua de distribuție a apei calde menajere, unde este utilizată la aceeași temperatură cu care aceasta iese din boiler.
III.6. Concluzii
Concluzia rezultată din acest capitol este aceea că pentru a putea asigura un grad ridicat de confort oamenilor, este necesară efectuarea unor calcule destul de complexe care trebuie să conducă la alegerea unei centrale termice în conformitate cu necesarul de căldură, cu necesarul de apă caldă menajeră și a unor echipamente pentru asigurarea măsurilor de siguranță împotriva producerii avarilor sau în cel mai rău caz, a unei explozii.
Un prim criteriu care stă la baza alegerii unei centrale termice este acela că la achiziționarea ei trebuie să se aibă în vedere și siguranța în exploatare. În acest sens se recomandă să nu se opteze pentru produse care nu sunt atent studiate înainte de cumpărare și care pot aduce probleme pe timpul utilizării.
Al doilea criteriu este acela că pentru a putea obține un consum redus de combustibil, un randament cât mai mare a instalației de încălzire și o eficiență ridicată, este necesară alegerea unei centrale termice în condensare. Acest tip de centrală prezintă o tehnologie modernă prin care se asigură toate criteriile menționate anterior și care contribuie la asigurarea unui indice de confort termic ridicat. Centralele termice în condensare au o eficiență mult mai ridicată comparativ cu centralele termice normale și pot asigura o reducerea a consumului de combustibil gazos de până la 35%.
CAPITOLUL IV
STUDIU EXPERIMENTAL PRIVIND CIRCULAȚIA CURENȚILOR DE AER PRIN NEETANȘEITĂȚILE DIFERITELOR TIPURI DE FERESTRE DINTR-O ÎNCĂPERE
IV.1. Introducere
Curenții de aer reprezintă deplasarea maselor de aer și depind, în primul rând de diferențele de temperatură și presiune. Aerul se află într-o permanentă mișcare datorită acestor diferențe de temperatură și presiune care au tendința de a se egala. Drept urmare, curenții de aer se formează atât în exteriorul încăperilor cât și în interiorul acestora și pot provoca senzații de disconfort termic asupra organismului uman, care pot conduce la apariția anumitor afencțiuni.
Pentru a studia modul în care se formează acești curenți de aer, se vor realiza trei simulări în care aerul pătrunde prin neetanșeitățile a trei tipuri de ferestre si a unei uși considerate deschise de la o cameră din cadrul hotelului proiectat. Simulările vor fi realizate cu ajutorul programului ANSYS Workbench 15.0 prin sistemul de analiza Fluid Flow (CFX).
IV.2. Obiective
Cunoașterea funcțiilor avansate oferite de programul Ansys Workbench 15.0;
Realizarea unei simulări despre circulația curenților de aer prin neetanșeitățile unei
ferestre (cu un singur ochi de geam, cu două ochiuri de geam și cu trei ochiuri de geam) și a unei uși considerate deschise din cadrul unei camere din hotelul proiectat;
Analiza modului de circulație a curenților de aer prin neetașeitățile unei ferestre cu
un ochi de geam și o ușă deschisă;
Analiza modului de circulație a curenților de aer prin neetanșeitățile unei ferestre cu
două ochiuri de geam și o ușă deschisă;
Analiza modului de circulație a curenților de aer prin neetanșeitățile unei ferestre cu
trei ochiuri de geam și o ușă deschisă;
Îmbunătățirea rezultatelor, observarea modului de manifestare al fenomenului creat, a
variației parametrilor inserați și concluzii asupra modului în care variază circulația curenților de aer;
IV.3. Descrierea modului de formare a curenților de aer și reducerea acestora
Curenții de aer care se iau naștere în primă fază în afara încăperilor ca urmare a diferențelor de temperatură și de presiune și conduc la apariția fenomenului de disonfort termic local care se maifestă la nivelul organismului uman. Acest fenomen apare ca urmare a pătrunderii curenților de aer prin neetanșeitățile ferestrelor și a ușilor dintr-o clădire sau dintr-o încăpere a unei clădiri.
Figura IV.1: Influențele care acționează asupra unei ferestre
Fixarea elementelor unei ferestre/uși contează foarte mult deoarece asigură funcționalitatea pe termen lung a acestora. Asupra lor acționează o varietate de forțe atât din exterior cât și din interior și care trebuie să fie deviate către construcția portantă. (Figura IV.1.).
Figura IV.2: Zonele de pătrundere a curenților de aer prin neetanșeitățile unei uși
Viteza de mișcare a aerului are o influență mare asupra schimbului de căldură al organismului, asupra proceselor de respirație, consumul de energie, stării neuropsihice.
Se consideră că cea mai favorabilă viteză a vântului pe timp de vară în afara încăperii, când se îmbracă haine ușoare obișnuite, se consideră 1-4 m/s, în funcție de temperatura aerului și de felul avtivității care se execută.
În încăperi, în timpul executării unei munci fizice ușoare, se consideră optimă viteza e mișcare a aerului 0,1-0,3 m/s. Dacă viteza aerului coboară mai jos de 0,1 m/s, apare senzația de aer nemișcat și stătut. Viteza aerului care depășește 0,5 m/s provoacă senzația neplăcută de curent, care conduce la apariția unei răciri generale.
În încăperi, pe timpul iernii, în cazul desfășurării unor activități ușoare, viteza aerului cuprinsă între 0,12-0,15 m/s se consideră că se încadrează în limitele confortului termic. Totuși în cadrul desfășurării unor activități fizice intense, viteza aerului trebuie să fie cuprinsă între 0,5-0,6 m/s pentru a nu apărea senzația de disconfort termic.
În vederea reducerii apariției acestui fenomen de circulație a curenților de aer care poate provoca neplăceri asupra organismului uman, trebuie să se asigure o etanșare foarte bună a rosturilor ușilor și ferestrelor încăperilor.
Ferestrele și ușile, inclusiv rosturile de îmbinare, trebuie să reziste pe termen lung acțiunii forțelor prezentate în Figura IV.1.
Pentru ca această condiție să poată să fie respectată, formarea rosturilor constructive, din punct de vedere al geometriei rosturilor, al izolației și al etanșării, este foarte importantă.
Ferestrele și rosturile de îmbinare sunt supuse, din exterior, acțiunii ploii și vântului, iar din interior trebuie să facă față umidității relative mari a aerului, precum și condensului care rezultă ca urmare a acestui lucru.
Pentru a se realiza o etanșare corespunzătoare a rosturilor de îmbinare, trebuie luate în considerare următoarele:
protecția împotriva apei de ploaie trebuie să se realizeze pe partea exterioară a clădirii;
Apa nu trebuie să pătrundă în rosturile de îmbinare și, în același timp, umiditatea pătrunsă în rosturi trebuie să poată să fie eliminată spre exterior. Se recomandă utilizarea pervazului în exterior cu capace la capete pentru a se evita pătrunderea apei în zidărie.
realizarea unei etanșări corespunzătoare pentru ca pătruderea în interior a condensului și a
aerului umed să fie împiedicată;
IV.4. Prezentarea programului
Software-ul de simulare ANSYS pentru calculul dinamicii fluidelor permite determinarea, cu încredere al impactului curgerii fluidului asupra unui produs, în faza de proiectarea cât și în cea de fabricație, precum și în timpul utilizării acestuia.
Programul ANSYS este unul foarte complex, dar în același timp cu ajutorul acestuia se poate realiza orice model grafic și orice simulare. Acesta prezintă comenzi particularizate care costituie practic un limbaj de programare cu elemente finite. Utilizatorul prezintă avantajul că acest software de simulare are deja înglobate majoritatea condițiilor existente, singurul lucru pe care trebuie să îl mai facă fiind acela de a introduce datele finale de calcul în vederea realizării unei simulări corecte.
ANSYS Fuid Dynamics (CFX) este un instrument care oferă o varietate de funcționalități avansate pentru ca rezultatele simulărilor să reflecte realitatea.
Datorită complexității acestuia, programul prezintă o gamă cuprinzătoare de soluții care oferă acces la aproape orice domeniu de simulare din inginerie care necesită un proces de proiectare.
Totuși pentru ca orice simulare să fie cât mai eficientă și să aibă o precizie cât mai bună a analizei este necesară o discretizare (mesh) de înaltă calitate. Adică cu cât obiectul asupra căruia se aplică condiții este mai divizat, mai împărtit în bucățele cu atât simularea va fi mai eficientă.
IV.5. Modul de lucru
În continuare se prezintă modul de circulație al curenților de aer care se realizează între o ușă deschisă și diferite tipuri de ferestre, cu un ochi de geam, cu două ochiuri de geam și cu trei ochiuri de geam prin neetanșeitățile acestora.
În cadrul simulării, se consideră că încăperile sunt încălzite la temperatura de 20, instalația de încălzire fiind oprită fără a mai putea încălzi încăperile pe parcursul simularii.
Ferestrele se consideră că nu sunt etanșate corespunzător, ușile încăperilor sunt deschise, iar masele de aer (vântul) care acționează asupra ferestrelor pătrund în încăperi și formează datorită diferențelor de temperatură și presiune, curenți de aer care creează disconfort termic persoanelor aflate în interior.
Scopul simulării este acela de a urmării modul în care variază viteza și temperatura aerului în funcție de diferitele tipuri de ferestre.
Figura IV.3: Modul de lucru în ANSYS Fluid Flow (CFX)
IV.5.1. Construcția modelului
Pentru realizarea simulării s-au construit trei modele de încăperi având geometrii identice cu excepția ferestrelor care sunt de următoarele tipuri, cu un ochi de geam, cu două ochiuri de geam și cu trei ochiuri de geam, în cadrul cărora ușa de la intrarea în încaperi se consideră deschisă.
Trebuie menționat faptul că acest model de încăpere se regăsește în planurile proiectului realizat și că s-a încercat reproducerea încăperii cât mai aproape de realitate.
Figura IV.4: Geometria încăperii cu o fereastră cu un ochi de geam
Figura IV.5: Geometria încăperii cu o fereastră cu două ochiuri de geam
Figura IV.6: Geometria încăperii cu o fereastră cu trei ochiuri de geam
IV.5.2. Discretizarea modelului (mesh-ul)
Pentru a putea realiza o simulare eficientă și precisă s-a executat o discretizare amănunțită cu ajutorul comenzi „Face Sizing” asupra neetanșeităților ferestrelor și a ușii modelelor construite.
Această discretizare (mesh-ul) constă în împărțirea elementelor modelelor într-un număr finit de componente care aproximează întregul.
Figura IV.7: Realizarea discretizării (mesh-ului) cu „Face Sizing”
Figura IV.8: Discretizarea (mesh-ul) obținut
În Figura IV.8.și Figura IV.9. se poate observa cum acționează comanda „Face Sizing” asupra modelului construit, astfel că pe fețele selectate și anume neetanșeitățile ușii și a ferestrelor și pe ramele acestora, discretizarea este mult mai amănunțită, iar pe restul încăperii, distanța între elemente împărțite este mult mai mare.
Figura IV.9: Discretizarea (mesh-ul) obținută pe neetanșeitățile ușii și a ferestrelor
Trebuie precizat faptul că pe neetanșeitățile ușii și a ferestrelor, distanța dintre elementele finite este de 2 mm, ceea ce conduce la calculare mult mai precisă a simulării în etapele următoare.
IV.5.3. Inserarea condițiilor
Această etapă reprezintă cea mai importantă dintre toate, deoarece parametrii fizici trebuie introduși corect și precis pentru ca simularea să aibă succes. Neintroducerea corectă a acestor date conduce la încetarea calculării de către program și astfel la nerealizarea simulării.
Figura IV.10: Tipul analizei
Pentru a urmări mișcarea curenților de aer din încăperi s-a ales opțiunea “Transient” care are rolul de a urmării modul în care se manifestă și se deplasează curenții de aer în timp real.
Figura IV.11: Variabilele care se calculeaza
Variabilele care se calculează în cadrul acestei simulări sunt temperatura și viteza aerului, întrucât acești parametri sunt cei care afectează cel mai tare starea de confort a oamenilor atunci când într-o încăpere apar deplasări ale maselor de aer.
Timpul de calculare total este de 60 de secunde, interval de timp în care programul ANSYS calculează la fiecare secundă de 3 ori variabilele alese.
Figura IV.12: Inserarea parametrilor fizici asupra modelului
Parametrii inserați sunt la fel în toate modelele create, folosind ca material „Aer gaz ideal” la presiunea de 1 atm și cu o densitate de 1,2 kg/. Temperatura din încăperi este cea reglementată de SR 1907-2 și anume 20 deoarece încăperile sunt camere de cazare.
Pentru modelul fluid și anume aerul ca gaz ideal se calculează variațiile de energie termică, presiunile termice și radiația termică cu ajutorul parametrului „Monte Carlo” care reprezintă o metodă prin intermediul căreia se aproximează așteptările condiționate într-un cadru probabilistic.
Figura IV.13: Subdomeniile create
În continuare s-au inserat subdomenii pentru încăperi, uși și neetanșeitățile ferestrelor.
În subdomeniul „încăpere” s-a setat doar temperatura ambiantă la 20.
Pentru subdomeniul „intra aer” s-au selectat mai întâi neetanșeitățile ferestrelor asupra cărora să acționeze parametrii care vor fi introduși, apoi s-a inserat viteza maselor de aer din exterior la 8,55m/s și temperatură exterioară la -15. Aceste valori sunt preluate din SR 1907-1-1997 din tabelele cu zona climatică și zona eoliană, zonele în care s-a încadrat hotelul căruia i s-a dimensionat instalația de încălzire în capitolele anterioare.
În subdomeniul „iese aer” s-au selectat mai întâi neetanșeitățile ușilor, apoi s-au setat ușile ca fiind deschise pentru a se putea evidenția modul în care circulă curenții de aer prin încăperi. Presiunea la deschiderea ușilor este presiunea relativă setată la 0 Pa, iar temperatura s-a setat la 18considerând-o a fi temperatura de pe holul hotelului care este și reglementată în SR 1907-2.
Figura IV.14: Aplicarea condițiilor pe modelele construite
IV.5.4. Calcularea parametrilor introduși, rezultatele obținute și interpretarea acestora
După inserarea condițiilor, se accesează opțiunea „Solution” prin intermediul căreia se calculează datele introduse și se prezintă statisticile simularii, inclusiv timpul estimat până la finalizare. De asemenea în această interfață sunt notate orice erori sau avertismente care pot apărea dacă condițiile introduse nu sunt conforme cu fenomenul care se simulează.
Curenții de aer exteriori având o viteză de 8,55 m/s și aflați la o temperatură de -15 se lovesc de fețele exterioare ale încăperilor și pătrund prin neetanșeitățile acestora în încăperi. Deoarece încăperile au temperatura interioară de 20 și ușile deschise se formează fenomenul de „curent” care se manifestă precum este ilustrat în figurile de mai jos.
În figurile de mai jos sunt prezentate variațile vitezelor maselor de aer în trei puncte diferite amplasate la aceași distanță în toate cazurile studiate.
Figura IV.15: Viteza curenților de aer în apropierea ferestrei în prima încăpere
În Figura IV.15. punctul pentru măsurarea vitezei curenților de aer este poziționat la distanța de 5 cm față de fereastră unde viteza aerului este de 4,1 m/s. Datorită suprafețelor mici ale neetanșeităților ferestrei, se poate obseva cum valoarea curenților de aer din interior a scăzut cu aproximativ jumatate din valoarea vitezei aerului care lovește partea exterioară a camerei.
Figura IV.16: Viteza curenților de aer la mijlocul primei încăperi
Figura IV.17: Viteza curenților de aer la ieșirea din prima încăpere
În Figura IV.16. și Figura IV.17. punctele pentru măsurarea vitezei curenților de aer aflate la mijlocul încăperii și la ieșirea din încăpere indică aceeași valoare a vitezei aerului de 0,2 m/s. Acest lucru indică faptul că viteza curenților de aer scade progresiv ajungând la o valoare constantă la ieșire.
Figura IV.18: Viteza curenților de aer în apropierea ferestrei în a doua încăpere
În cea de-a doua încăpere, viteza curenților de aer în apropierea ferestrei este de 4 m/s, având aporoximativ aceeași valoare cu viteza aerului din prima încăpere studiată.
Figura IV.19: Viteza curenților de aer la mijloc în a doua încăpere
Figura IV.20: Viteza curenților de aer la ieșirea din a doua încăpere
În schimb, în Figura IV.19. și Figura IV.20, viteza curenților de aer la mijlocul încăperii și la ieșirea din încăpere au valori apropiate și mărite comparativ cu primul caz studiat, datorită existenței unei suprafețe neetanșate mai mari a ferestrei.
Figura IV.21: Viteza curenților de aer în apropierea ferestrei în a treia încăpere
Figura IV.22: Viteza curenților de aer la mijloc în a treia încăpere
Figura IV.23: Viteza curenților de aer la ieșirea din a treia încăpere
În cel de-al treilea caz studiat, viteza aerului lângă fereastră își păstrează viteza la fel ca în celelalte cazuri studiate, în schimb viteza curenților de aer de la mijlocul încăperii este mai mică față al doilea caz, cu fereastră cu două ochiuri de geam. Acest lucru poate fi datorat debitului mai mare de aer pătruns și care nu părăsește încăperea, formând vâlvătăi de aer care circulă prin interiorul camerei la viteză mai mică până când se integrează din nou în curentul care părăsește camera cu viteza de 0,6 m/s.
După observarea vitezei cu care se deplasează curenții de aer prin încăperi, s-au inserat încă trei puncte la aceleași distanțe pentru fiecare caz, pentru a masură temperatura în diferitele zone ale încăperilor și a ilustra cum se modifică temperatura interioară datorită pătrunderii curenților de aer prin diferitele tipuri de ferestre.
Figura IV.24: Temperatura aerului în apropierea ferestrei primei încăperi
Punctul din Figura IV.24. este amplasat la o distanță de 5 cm de fereastră și evidențiază zona din încăpere în care aerul are cea mai mică temperatură. Această temperatura s-a format datorită întâlnirii a două zone de aer cu temperaturi diferite, o zonă din interiorul încăperii cu temperatura aerului de 20 și o zona din exterior cu temperatura de -15.
Prin combinarea acestor două zone cu temperaturi diferite, rezultă că temperatura aerului în punctul inserat în figura de mai sus are valoarea de -1,2.
Pe măsură ce curenții de aer pătrund tot mai mult în încăpere, temperatura interioară se modifică, micșorându-se datorită influenței maselor de aer care pătrund din exterior și creează totodată și un disconfort termic persoanelor aflate în încăpere.
În Figura IV.25. se poate observa că punctul inserat în zona de mijloc a încăperii se află într-o zonă în care curenții de aer care se deplasează spre ușă au cea mai mare intensitate. În această zonă temperatura măsoară 16 și reprezintă totodată zona în care disconfortul termic se simte cel mai puternic.
Figura IV.25: Temperatura aerului la mijlocul primei încăperi
Figura IV.26: Temperatura aerului la ieșirea din prima încăpere
Punctul inserat în apropierea ușii indică faptul că în acea zonă, temperatura maselor de aer cresc cu 1,5față de zona de mijloc a încăperii.
Această creștere a temperaturii este cauzată de faptul că masele de aer din interior se combină cu masele de aer din exteriorul încăperii. Masele de aer din exteriorul încăperii se consideră că provin de pe hotul hotelului și au temperatura setată la 18.
În urma combinării dintre aceste zone de aer cu temperaturi diferite, rezultă că temperatura în punctul inserat este de 17,5.
Figura IV.27: Temperatura aerului în apropierea ferestrei în a doua încăpere
În Figura IV.27. se poate obseva că temperatura curenților de aer care pătrund în încăpere scad proporțional cu creșterea suprafețelor neetanșe ale ferestrei. Acest lucru favorizează totodată și creșterea debitului de aer care intra în încăpere.
Figura IV.28: Temperatura aerului la mijloc în a doua încăpere
Datorită aportului mult mai mare de aer rece din exterior, temperatura interioară în a doua încăpere scade mai mult comparativ cu primul caz studiat.
Figura IV.29: Temperatura aerului la ieșirea din a doua încăpere
În apropierea ușii celui de-al doilea caz, punctul inserat indică temperatura de 10,7. Temperatura este mult mai scăzută decât în primul caz datorită creșterii aportului de aer rece pătruns în încăpere și datorită unor curenți de aer care nu părasesc încăperea și formează vâlvătăi care cu cât staționează mai mult într-o zonă cu atât răcesc mai tare zona respectivă.
Diferența dintre cele două cazuri relatate o constituie debitul mai mare de aer care pătrunde în cea de-a doua încăpere și care produce o scădere mai mare a temperaturii interioare comparativ cu prima încăpere în care curenții de aer nu au o suprafața asa de mare de pătrundere.
Figura IV.30: Temperatura aerului în apropierea ferestrei în a treia încăpere
În cel de-al treilea caz prezentat se poate observa cum suprafața mai mare al neetanșeităților ferestrei favorizează pătrunderea unui debit și mai mare de aer și o scădere mult mai mare a temperaturii măsurată la distanța de 5 cm față de fereastră. Temperatură măsurată indicând -3,1, ceea ce reprezintă ă scădere de aproape 3 ori a temperaturii în acest punct comparativ cu primul caz studiat în care există o fereastră cu un ochi de geam.
Figura IV.31: Temperatura aerului la mijloc în a treia încăpere
În Figura IV.31. se poate observa zona de mijloc în cea de-a treia încăpere în care temperatura este mult mai scăzută comparativ cu celelate două cazuri studiate, temperatura fiind de 11,2 .
Figura IV.32: Temperatura aerului la ieșirea din a treia încăpere
În Figura IV.32. punctul care măsoară temperatura în apropierea ușii indică o temperatură mai scăzută decât în cel de-al doilea caz studiat. Acest lucru se realizează pe de o parte datorită aportului mare de aer rece pătruns în încăpere din exterior, iar pe de altă parte datorită zonei în care curenții de aer formează vâlvătăi și răcesc zonă, aceasta mărindu-se proporțional cu creșterea debitului de aer din interior.
IV.6. Concluzii
Urmărind datele oferite de simulări, se poate constata că valorile vitezei și a temperaturii aerului în diferite puncte ale încăperilor variază în funcție de debitul de aer care pătrunde în încăperi prin zonele neetanșe ale ferestrelor.
În niciunul dintre cazurile prezentate, viteza curenților de aer din interiorul încăperilor nu se încadrează în intervalul 0,12-0,15 m/s care reprezintă limitele acceptabile în cazul desfășurării unor activități fizice ușoare pe timpul iernii.
În toate cazuri studiate, există zone în care se formează vâlvătăi de aer care răcesc zona respectivă și care se formează în funcție de debitul de aer pătruns în interiorul încăperii. Cu cât pătrunde mai mult aer rece în încăpere cu atât crește șansa de a se forma aceste zone.
Pe marginile tuturor încăperilor, înafară de zonele de circulație a curenților de aer se poate observa cum temperatura nu este influențată de curenții de aer rece, acestea reprezentând zone neutre în care vâlvătăile maselor de aer nu reușesc să ajungă și să modifice temperatura.
Dintre cele trei cazuri analizate, a rezultat că încăperea cu cel mai mic indice de disconfort termic este cea cu o fereastra cu un singur ochi de geam, deoarece în acest caz nu există o suprafață mare a neetanșeităților ferestrei. Acest lucru impiedică pătrunderea unui debit mare de aer din exterior care nu afectează condițiile de confort termic la fel de mult comparativ cu celelalte două cazuri studiate.
Astfel, pentru a elimina formarea acestor curenți de aer care pot crea un disconfort termic local oamenilor, trebuie să se realizeze o izolare adecvată a golurilor clădirilor și să se utilizeze ferestre care sunt etanșate corespunzător.
CONCLUZII
Realizarea unui confort termic optim clienților unui hotel reprezintă o provocare din punct de vedere al dimensionării instalației de încălzire și al alegerii unei centrale optime, deoarece această trebuie să asigure un microclimat satisfăcător concomitent cu un consum de energie cât mai redus din punct de vedere economic.
De aceea, centralele termice în condensare prezintă o eficiență mult mai mare comparativ cu cele normale asigurând în același timp criteriul privind reducerea consumului de combustibil. Eficiența centralelor în condensare se bazează pe faptul că aceastea împing vaporii de apă rezultați în echipament, ii condensează printr-un proces extern, iar apoi ii transferă în căldura obținută în interiorul sistemului, oferind prin acest mod un aport suplimentar de energie termică.
Datortă felului în care aceste centrale termice în condensare au fost proiectate și realizate, ele reușesc să asigure și o mai bună protecție a mediului prin faptul că au emisi de noxe reduse.
În cadrul clădirilor de tip hotelier pe timpul funcționării instalației de încălzire trebuie să se studieze și condițiile microclimatice (temperatura, umiditatea, viteza curenților de aer) pentru a se observa dacă acestea se află în intervalele necesare asigurării confortului termic clienților.
Indicele de confort termic poate fi influențat negativ prin scăderea temperaturii și variația umidității interioare în cazul în care în clădire se formează curenți de aer.
Curenții de aer care se formează în interiorul încăperilor se pot datora pătrunderii neorganizate a aerului prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor sub acțiunea combinată a doi factori naturali:
potențialul termic;
potențialul creat de vânt;
Asigurarea confortului termic este condițitionată astfel de construcția clădirii, izolarea acesteia, etanșarea corespunzătoare a tuturor golurilor, ferestrelor, ușilor și de alegerea unei centrale termice optime care să respecte calculele de dimensionare a instalației de încălzire.
Respectarea acestor condiții realizează un microclimat satisfăcător pentru ocupanții oricărei clădiri și reprezintă totodată un obiectiv important al inginerilor de proiectare.
BIBLIOGRAFIE
[1] Asociația Inginerilor de Instalații din România. (2010), „Manualul de instalații. Instalații de încălzire”, Ediția a II-a, Editura Artecno, București;
[2] Burchiu S. (2009), „Instalații de încălzire”, Editura Conspress;
[3] Cîrstolovean I.L. (2012), „Instalații de încălzire”, Editura Universității „Transilvania”, Brașov;
[4] C 107 -2005 Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcție ale clădirilor;
[5] Dinu Radu – Cristian, „Noțiuni de termofiziologie”, Universitatea din Craiova, Facultatea de Instalații, suport de curs, accesat noiembrie 2018; [https://bit.ly/30NrnlI];
[6] Dinu Radu – Cristian, „Distribuția energiei termice”, Universitatea din Craiova, Facultatea de Inginerie Electrică, suport de curs, accesat noiembrie 2018; [https://bit.ly/2W4Lflz];
[7] GP 051 – 2000 Ghid de proiectare, executare și exploatare a centralelor termice mici;
[8] GP 041 – 1998 Ghid pentru alegerea, proiectarea, întreținerea și exploatarea sistemelor și echipamentelor de siguranță din dotarea instalațiilor de încălzire cu apă având temperatura maximă de 115;
[9] Ilina M. (2002), „Manualul de instalații de încălzire”, Editura ARTECNO, București;
[10] ISO 7730 – Ergonomics of the thermal environment – Analytical determination and interpretation of thermal confort using calculation of the PMV and PPD indices;
[11] Lăzărescu C.D. (1999), „Instalații de încălzire”, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Iași;
[12] Normativ pentru proiectarea și executarea instalațiilor de încălzire centrală, indicativ, I 13-02;
[13] Normativ pentru exploatarea instalațiilor de încălzire, indicativ, I 13/1-02;
[14] Popescu C. (2011), „Studii teoretice și experimentale referitoare la influența turbulenței aerului din încăperile climatizate asupra confortului termic”, Teză de doctorat, București;
[15] SR 1907-1/2014 Instalații de încălzire. Necesarul de căldură de calcul. Prescripții de calcul;
[16] SR 1907-2/2014 Instalații de încălzire. Necesarul de căldură de calcul. Temperaturi interioare convenționale de calcul;
[17] Ungureanu C., Zubcu V., Pănoiu N., Ionel I. (1998), „Combustibili, instalații de ardere, cazane”, Editura Politehnica, Timișoara;
[18] Vizureanu P. (2009), „Echipamente și instalații de încălzire: îndrumar de proiectare” Editura Pim;
[19] https://bit.ly/30NrnlI;
[20] https://www.viessmann.ro/;
[21] https://ro.wikipedia.org/wiki/Central%C4%83_termic%C4%83;
ANEXE
ANEXA 1: Instalația de încălzire – Plan demisol/subsol tehnic;
ANEXA 2: Instalația de încălzire – Plan parter;
ANEXA 3: Instalația de încălzire – Plan etaj curent;
ANEXA 4: Instalația de încălzire – Plan ultimul etaj;
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: Asigurarea confortului termic într-un hotel [302066] (ID: 302066)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.