Automatizarea Sistemelor Şi Instalaţiilor De Incalzire C 5 1 [611105]

129 AUTOMATIZAREA SISTEM ELOR ȘI INSTALAȚIILO R
DE ÎNCĂLZIRE

V.1. Aspecte generale
Sistemele de încălzire sunt unități termice de producere a căldurii în
scopuri tehnologice sau menajere. Rolul acestora se referă la proiectarea și
realizarea de soluții moderne și eficiente pentru:
– menținerea în încăperi a unei temperaturi cât mai uniforme, situată în jurul
valorii cerute, atât în plan orizontal cât și în plan vertical;
– reglarea temperaturii interioare în funcție de necesități, ținând seama de
inerția termică a elementelor de construcție;
– menținerea temperaturii suprafețelor elementelor de construcții astfel încât să
se evite fenomenul de radiație rece și fenomenul de condensare a vaporilor de
apă pe suprafața acestor elemente;
– încălzirea fără poluarea aerului di n încăperi și fără poluarea mediului;
– încălzirea fără curenți perturbatori ai aerului din încăperi;
– asigurarea de soluții eficiente și economice din punct de vedere al instalațiilor
și al exploatării.
Pentru aprecierea unei instalații de încălzire se defin ește un set de cerințe,
de importanță diferită. Astfel, confortul termic (apreciat prin temperatura
interioară a aerului) trebuie îndeplinit cu prioritate, apoi stabilitatea și
uniformitatea temperaturii interioare a aerului, temperatura interioară rezulta tă,
ecartul de temperatură pe verticală, indicele global de confort termic, viteza
curenților de aer și umiditatea relativă a aerului.
Adaptarea la utilizarea și economia de energie sunt, de asemenea, exigențe
prioritare, pentru care se asigură: stabilita tea hidraulică a rețelei, măsuri pentru
reglarea sarcinii termice în funcție de parametri climatici exteriori, aparatură de
măsură și control pentru cunoașterea parametrilor instalației de încălzire, condiții
speciale pentru extinderi, funcționare parțială , avarii.
De asemenea, au o importanță majoră siguranța în exploatare, siguranța la
foc, rezistența și stabilitatea, etanșeitatea, igiena, sănătatea și protecția mediului,
confortul acustic, vizual și tactil, economicitatea.
Instalațiile de încălzire se p ot clasifica după mai multe criterii și anume:
– după modul de amplasare a sursei termice: încălzire centrală, locală, la
distanță;
– după natura agentului termic: încălzire cu apă caldă, apă fierbinte, abur cu
presiune joasă, abur cu presiune medie, aer cald;
– după natura energiei utilizate: încălzire electrică, încălzire cu pompe de
căldură, încălzire cu energie convențională (combustibili gazoși, lichizi,
solizi), încălzire cu energii neconvenționale (solară, geotermală, biomasă,
etc.), instalații de recupera re a căldurii reziduale;
– după modul în care se face transmisia căldurii: încălzire prin convecție,
radiație;
– după modul în care se asigură parametri din interiorul încăperilor: încălzire
normală, încălzire de gardă.

130 V.2. Sisteme și instalații de încălzire centrală
Sisteme de încălzire centrală utilizează drept agent termic apa caldă care
își mărește potențialul termic în cazan, preluând o parte din energia termică
cedată de combustibilul ars, iar printr -o rețea închisă de conducte transferă
energia termică acumulată spațiului ce urmează a fi încălzit, utilizând suprafețe
de încălzire.
Cele mai importante criterii de clasificare ale sistemelor de încălzire,
respectiv ale centralelor termice sunt următoarele [19]:
a) după puterea instalată:
– CT de putere mică (  100 kW );
– CT de putere medie (100…2000 kW);
– CT de putere mare ( > 2000 kW ).
b) după natura agentului termic utilizat:
– instalații cu apă fierbinte, cu temperatura până la (115…120) 0C;
– instalații cu apă caldă, de medie temperatură, cu temperatura până la 95 0C;
– instalații cu apă caldă, de joasă temperatură, cu temperatura până la 65 0C;
– instalații cu abur de joasă presiune, sub 0,7 bar suprapresiune;
– instalații cu abur de medie presiune, peste 0,7 bar suprapresiune;
– instalații cu fluide speciale.
c) după modul de vehiculare a agentului termic:
– instalații cu circulație naturală (gravitaționale);
– instalații cu circulație forțată.
d) după schema de asigurare împotriva suprapresiunilor accidentale:
– instalații cu vase de expansiune deschise;
– instalații cu supape de siguranță și vase de expansiune deschise/închise;
– instalații cu supape de siguranță și /sau dispozitive hidraulice.
e) după alcătuirea rețelei de distribuție:
– rețele arborescente;
– rețele radiale;
– rețele inelare.
f) după gradul de răspuns la condițiile de st abilitate termică:
– instalații cu reglare termo -hidraulică locală;
– instalații cu reglare termo -hidraulică centrală;
– instalații cu gestiune globală a energiei.
g) după natura combustibilului utilizat: cu combustibil gazos, lichid sau solid;
h) după modul de exploatare a centralei:
– CT automate;
– CT cu supraveghere totală /parțială;
– CT manuale.

Indiferent dacă sistemul termic deservește un singur apartament sau o
zonă întreagă, structura de bază nu diferă în mod esențial. În alcătuirea unei
centrale termice intr ă cazanele, pompele, elementele de legătură și de distribuție,
gospodăria de combustibil, elementele de evacuare a produselor arderii,
instalațiile de automatizare (Fig.5.1).

131

Fig.5.1. Schema simplificată a sistemului de încălzire centrală

Funcționarea unei centrale termice se bazează pe conversia unei forme
oarecare de energie în energie termică. Forma primară de energie cea mai
utilizată în prezent este de natură chimică (hidrocarburi, cărbuni). Într -o măsură
mai redusă se utilizează combustibili organ ici de origine vegetală (lemn și
deșeuri).
Căldura produsă, transpusă pe agenții purtători, are o dublă utilizare:
încălzirea încăperilor și furnizarea apei calde .
Agenții purtători de energie pentru încălzire parcurg o rețea închisă,
mișcarea agentului cu un debit Fag fiind una forțată, cauzată de diferența de
presiune p, produsă de un sistem de pompe.
Ecuația care exprimă legătura dintre p și viteza de curgere a agentului
este:
2 22 2vCvC p p ploc lin loc lin   (5.1)

unde: dl Clin este c oeficientul pierderilor liniare de presiune;
l – lungimea conductei;
d – diametrul conductei;
Re64 – constantă dependentă de regimul de curgere (număr Reynold);
Cloc – coeficientul pierderilor locale de presiune;
 – densitatea agent ului termic (apa);
v – viteza de curgere;
plin, ploc – pierderile de presiune liniare, respectiv locale.

Sistemul care transportă agentul termic la consumator se numește tur, iar
sistemul prin care agentul se întoarce se numește retur . Căldura cedată
încăperilor încălzite este dată de diferența de temperatură dintre tur și retur:

TcFdtdQ
ag ag (5.2)

unde: cag este căldura specifică a agentului termic;

132 1 0TTT – diferența de temperatură dintre tur și retur. Pentru o
funcționare optimă aceasta se menține constantă, la o valoare care depinde de
temperatura exterioară.

Sistemul pentru apa caldă menajeră este un sistem deschis, caracterizat
prin temperatura Ta. Deoarece nu toată cantitatea de apă produsă este și
consum ată, pentru evitarea răcirii apei pe conducte, se utilizează un sistem de
recirculare.
Căldura primară este obținută pe baza arderii combustibilului în focarul
cazanului și este predată agentului termic prin intermediul unui sistem de țevi
încălzite (Fig.5 .2). La ieșirea din cazan, agentul primar (apa caldă sau fierbinte)
este distribuit spre:
– sistemul de încălzire centrală;
– sistemul de preparare a apei calde.
În vana cu trei căi se face o amestecare a agentului primar și a returului
sistemului, obținân d turul cu valorile necesare pentru temperatură, presiune și
debit; la crearea presiunii contribuie sistemul de pompe, comutabil în trepte.
Pentru completarea sistemului închis de încălzire cu apă și pentru a compensa
variația volumului agentului primar cu temperatura, la sistem este legat vasul de
expansiune în care se menține presiunea dorită prin intermediul unei perne de aer
produsă de compresorul de aer.

Fig.5.2. Schema centralei termice

Apa caldă menajeră se obține din apa rece din sistemul de ali mentare cu
apă potabilă cu ajutorul schimbătorului de căldură în contracurent. Apa caldă este
recirculată cu ajutorul unui sistem de pompe. Pe timp de noapte, când consumul
de apă este redus, apa caldă este furnizată din rezervoare încărcate în timpul zile i.
Pentru alimentarea consumatorilor cu puteri termice necesare între 20 și
1000 kW există și varianta utilizării stațiilor termice compacte . Acestea sunt
alcătuite din schimbătoare de căldură, pompe de circulație a agentului termic și
elemente de reglare și automatizare, la care se adaugă și rezervorul de acumulare,
dacă construcția schemei prevede acest lucru [21].
Stațiile compacte sunt, de fapt, puncte de transformare în care puterea
termică a agentului primar la un anumit potențial se transferă agenți lor secundari

133 la potențialele termice cerute de consumator. Aceste echipamente sunt utile
consumatorilor de tip locuință unifamilială sau grupurilor de apartamente.
Schemele cele mai utilizate pentru stații termice compacte sunt cele în
care schimbătorul d e căldură pentru prepararea apei calde se leagă în
serie -paralel cu încălzirea. Variantele îmbunătățite utilizează două trepte
serie -paralel, în care schimbătorul treapta I este legat în serie cu schimbătorul
treapta II, iar acesta este le gat paralel cu schimbătorul de încălzire (Fig.5.3
și 5.4). În acest fel se oferă posibilitatea utilizării potențialelor termice scăzute ale
agentului termic primar pentru preîncălzirea apei calde de consum în
schimbătorul de căldură treapta I.

Fig.5.3. Stația termică compactă pentru prepararea ACC în două trepte
serie-paralel cu încălzirea

Fig.5.4. Stația termică compactă pentru prepararea ACC cu acumulare în două trepte
serie-paralel cu încălzirea

134 V.2.1. Automatizarea sistemelor de încălz ire centrală
Analiza soluțiilor de automatizare pentru o centrală termică pornește de la
un criteriu hotărâtor – valoarea maximă a raportului performanță tehnică/valoarea
investiției, deci calitate/preț, dar ține seama și de regimul hidraulic din circuitul
primar și secundar, respectiv funcționarea în sisteme cu debit variabil și
funcționarea în sisteme cu debit constant de agent termic.
În procesele de încălzire și preparare a apei calde de consum, obiectivul
reglării constă în menținerea mărimii reglate (temperatura, presiunea, debitul
purtătorului de căldură) la valoarea prescrisă, în condițiile unor costuri minime și
respectării cerințelor privind parametri optimi de confort.
Analizate prin prisma optimizării, procesele de încălzire și de preparare a
apei calde de consum trebuie să răspundă unei serii de cerințe:
– menținerea în încăperile din clădiri a unor temperaturi interioare
constante (cât mai apropiate de valoarea de confort), cu posibilitatea modificării
acestora în funcție de: destinația încăpe rii, regimul de utilizare, perioadă
(zi – noapte, sfârșit de săptămână), obișnuința cu un anumit regim termic, apariția
unor aporturi gratuite, etc.; ca urmare, în conceperea soluțiilor de reglare apare
indicat să se controleze desfășurarea proc esului de încălzire în fiecare încăpere.
– coordonarea regimului hidraulic al instalațiilor de încălzire (circuitele
secundare ale punctelor termice) cu caracteristica de pompare debit – presiune; în
acest sens se impune echilibrarea rețelei de distribuți e și a coloanelor;
– coordonarea regimului hidraulic al punctelor termice și al rețelei de apă
fierbinte cu caracteristicile funcționale ale pompelor de circulație; în acest sens se
impune echilibrarea rețelei și prevederea de regulatoare de debit în punc tele
termice;
– menținerea temperaturii apei calde de consum într -un domeniu restrâns,
teoretic constant; această cerință, datorită variației consumului de apă caldă și a
temperaturii agentului primar, constituie o sursă de perturbații;
– livrarea agentul ui termic primar în rețea și la punctele termice, la un
nivel de temperatură cât mai apropiat de graficul teoretic de reglare, astfel încât
buclele de reglare să opereze eficient în obținerea parametrilor controlați
(temperatură interioară în încăperi, tem peratura apei calde de consum).
Funcțiile de reglare se pot asocia cu alte funcții ale buclelor de
automatizare (ex. asigurarea protecției utilizatorilor și personalului de exploatare,
precum și a echipamentelor).
Pentru realizarea funcției de reglare se p oate utiliza:
– reglarea în buclă închisă , în care mărimea reglată este măsurată,
valoarea ei este comparată cu valoarea prescrisă și se acționează asupra puterii
termice, pentru ca valoarea mărimii reglate să se apropie de valoarea prescrisă, în
limite st rânse (ex. controlul temperaturii de preparare a ACC);
– reglarea în buclă deschisă, în care mărimea reglată este comparată cu
valoarea prescrisă, în corelare cu variația perturbațiilor care influențează nevoile
de căldură, fără controlul mărimii care refl ectă calitatea serviciului (ex. realizarea
corespondenței dintre temperatura apei calde din conducta de tur și temperatura
exterioară a aerului).

135 Acțiunea de reglare este concepută să răspundă la trei operațiuni
funcționale: măsurarea, compararea și comand area. Dintre soluțiile utilizate în
tehnica reglării, în funcție de modul în care se corectează mărimea reglată, se
disting următoarele [11,19,38,42,43,45,47] :
– reglarea “tot sau nimic”, în care se controlează temperatura apei la
ieșirea din cazan, prin a nclanșarea și declanșarea arderii; modul “totul sau nimic”
este recomandat la reglarea temperaturii interioare din clădirile cu inerție termică
mare. Prin efectul inerției termice a încăperilor și al aporturilor de căldură,
duratele de funcționare și de în trerupere a emițătorului de energie termică se pot
schimba; acest mod de acționare poate fi folosit și la prepararea apei calde de
consum în instalații prevăzute cu acumulare;
– reglarea tripozițională (flotantă), în care pozițiile “deschis”, “de
echilibru ” și “închis” a elementului de execuție (ex. robinet de reglare) se obțin
prin comanda de deschidere sau închidere la anumite valori negative sau pozitive
ale abaterii mărimii reglate față de valoarea de consemn; modul tripozițional se
poate utiliza la reg larea temperaturii interioare din încăperi, prin modificarea
puterii termice emise (debitul de fluid);
– reglarea progresivă, în care regulatorul poate fi: proporțional (P),
integrativ (I), proporțional -integrativ (PI) sau proporțional –integrativ -derivativ
(PID).
În cazul reglării P, ventilul robinetului de reglare se deplasează cu aceeași
valoare pentru fiecare unitate a abaterii mărimii reglate. Diferența dintre valoarea
maximă a mărimii reglate și valoarea minimă admisă a acesteia reprezintă “banda
de proporționalitate” (BP). În cazul reglării I, viteza de deplasare a organului de
execuție este proporțională cu valoarea abaterii mărimii reglate față de mărimea
de referință. Atâta timp cât există o eroare (abatere) regulatorul acționează,
asigurând corecț ia poziției robinetului de reglare. În cazul reglării PI, poziția
robinetului de reglare se obține prin completarea acțiunii proporționale cu modul
de acțiune integral. Constanta de timp de integrare care apare în acest caz,
reprezintă timpul după care cor ecția poziției robinetului de reglare generată de
acțiunea P este repetată prin acțiunea I și depinde de viteza de deplasare a
organului de execuție. Un astfel de sistem (cu regulator PI) este precis și sensibil
și poate fi folosit la încălzirea clădirilor civile sau industriale și la prepararea apei
calde de consum cu schimbătoare de căldură fără acumulare. Suplimentar, față de
modul PI, sistemul PID ține seama de viteza cu care mărimea reglată se
îndepărtează de valoarea de consemn. Un regulator PID se ad aptează la o buclă
de reglare prin trei mărimi caracteristice (banda de proporționalitate, constanta de
timp de integrare, constanta de timp de derivare), mărimi de care se ține seama în
operațiunile de acordare a regulatoarelor.
În același timp, echipame ntele de automatizare a centralelor pentru
încălzirea clădirilor și prepararea apei calde de consum devin tot mai complexe.
Aceasta se reflectă prin ponderea în prețul cazanului și în faptul că tot mai multe
disfuncționalități la instalare sau exploatare s e datorează automatizării.
La construcția echipamentelor de automatizare se folosesc atât tehnologii
vechi, consacrate (ex. termostate, programatoare cu came), cât și ultimele
realizări în domeniul prelucrării informațiilor: microcalculatoare de proces,

136 automate logice programabile executate în tehnologia componentelor electronice
montate pe suprafața cablajului imprimat.
Principiile de reglare sunt aproximativ identice cu cele folosite cu mai
mulți ani în urmă, în prezent remarcându -se implementarea într -un gabarit tot
mai redus a unui număr ridicat de funcții de automatizare și o evoluție importantă
în ceea ce privește dialogul cu operatorul uman.
În figura 5.5 se prezintă schema de conectare în cascadă a două cazane,
specifică folosirii agentului termic p entru încălzire și preparare apă caldă de
consum [43]. Notațiile au următoarea semnificație: C – cazan, B – boiler pentru
prepararea ACC, CI – corp de încălzire, P – pompă, V – ventil cu trei căi și
servomotor, Te – termostat aer exterior, Ta – termostat d e ambianță,
Tc – termostat de contact.

Fig.5.5. Schema de reglare pentru două cazane

Regulatorul asigură:
– pornirea în cascadă a două cazane, cu una sau două trepte, funcție de
temperatura apei în bara de ieșire din cazan;
– menținer ea unei temperaturi a agentului termic de încălzire mai mică sau
egală cu temperatura apei din cazane, funcție de temperatura exterioară și în
corespondență cu curba de reglare a încălzirii, realizată prin bucla de reglare I;
– temperatura dorită a apei c alde de consum, prin intermediul buclei de
reglare II;
– comanda de la distanță D;
– optimizarea temperaturii agentului termic de încălzire funcție de
temperatura de ambianță Ta.
Dacă se utilizează regulatoare analogice, pentru fiecare sistem de reglare
este necesar câte un regulator. În cazul alegerii unui regulator numeric multicanal
se pot realiza toate funcțiile de reglare cu un singur aparat. Acesta poate
comunica cu un calculator, caz în care se poate realiza un sistem de monitorizare.
Pentru un si stem de încălzire racordat la rețeaua urbană și la instalația
interioară de încălzire și preparare ACM, se utilizează boilere. Acestea sunt
destinate aplicațiilor pentru alimentarea cu agent termic, răspunzând exigențelor
de încălzire și preparare apă cald ă menajeră atât pentru marile complexe cât și
pentru spațiile de locuit conectate la un sistem de încălzire central. Între
avantajele oferite de utilizarea boilerelor se remarcă:

137 – lipsa emisiilor de noxe, care în cazul sistemelor de încălzire tradiționale
pun probleme de montaj;
– instalarea nu necesită un spațiu special, care să corespundă din punct de
vedere al suprafeței vitrate;
– pentru utilizator există posibilitatea unui control total al consumului și al
nivelului de confort urmărit.
Boilerul “Tank in Tank” prezentat în figura 5.6 este un schimbător de
căldură cu acumulare integrată, constituit din două rezervoare, unul în interiorul
celuilalt și funcționează ca un acumulator termic cu eficiență ridicată, asigurând
un răspuns rapid la cererea de ener gie termică din instalație, deoarece suprafața
de schimb termic este mai mare decât în cazul unui boiler cu serpentină [47].

Fig.5.6. Schema de principiu pentru racordarea boilerului “Tank in Tank”

Rezervorul interior care conține apa ce trebuie încă lzită (circuitul
secundar), este total imersat în rezervorul exterior ce conține agentul termic
încălzitor (circuitul primar). Agentul primar circulă între cele două rezervoare și
cedează căldura apei calde menajere.
Reglarea locală a agentului termic est e realizată cu o vană cu trei căi
(servomotorizată), o pompă de circulație și o sondă de temperatură montată pe
circuitul de tur. Reglarea agentului de încălzire este făcută printr -o vană cu două
căi (servomotorizată). Un gigacalorimetru măsoară consumul d e energie termică
în funcție de temperatura de pe tur și retur. Senzorul termostatului din interiorul
rezervorului de ACM controlează circulația agentului termic de încălzire prin
intermediul unui regulator (electronic), care comandă simultan cele două van e

138 servomotorizate, în funcție de necesarul de căldură, temperatura exterioară și
temperatura ambientală.
În funcție de cerințele impuse și de costul soluțiilor care pot fi adoptate,
automatizarea centralelor termice poate atinge diferite niveluri de comple xitate
(urmând evoluția generală din domeniul sistemelor de automatizare), respectiv:
automatizare locală, centralizată, ierarhizată și distribuită [16,17].
O buclă locală de reglare lucrează independent de celelalte bucle de
reglare (și de multe ori în co nflict), nu necesită alte conexiuni și are dezavantaje
considerabile: parametri ficși ai regulatorului și imposibilitatea de comunicare
(Fig.5.7). Când domeniul de reglare este mare rezultatul reglării cu astfel de
bucle poate fi total nesatisfăcător. Lips a facilităților de comunicare face
imposibilă urmărirea și coordonarea centralizată a instalației, cu implicații
economice, mai ales la sarcini mici.

Fig.5.7. Sistem de conducere locală

Conceptul pe care se bazează arhitectura sistemelor centralizate este
camera de comandă, în care se află regulatoarele, acesta fiind un avantaj
important din punctul de vedere al operatorului, care poate urmări evoluția
diferiților parametri și interveni în comanda instalației (Fig.5.8). Aparatele locale
sunt complet dep endente de comenzile venite de la centru, ele neputând lucra
independent, iar parametrii de acord ai regulatoarelor rămân, în general, ficși,
operatorul acționând numai asupra valorilor de referință. Traductoarele și
elementele de execuție sunt montate în instalație ( în câmp , după limbajul
specialiștilor).
Implementarea acestor sisteme se face cu aparate analogice sau numerice.
În sistemele analogice, transmiterea se face prin semnal unificat pneumatic sau
electric, preponderent fiind cel electric. Impleme ntarea cu aparatură numerică a
conducerii centralizate prezintă avantajul posibilității de modificare a
parametrilor de acord ai regulatoarelor pentru a optimiza funcționarea instalației,

139 precum și o urmărire selectivă a parametrilor din instalație. Traduc toarele și
elementele de execuție sunt însă comandate cu semnal electric analogic.

Fig.5.8. Sistem de conducere centralizată

Principalele dezavantaje ale acestor arhitecturi sunt date de traseele lungi
de semnal mic și de dependența sistemului de apara tura centrală (aparatele locale
sunt complet dependente de comenzile venite de la centru, ele neputând lucra
independent).
Conducerea ierarhizată are o structură piramidală, în care primul nivel,
realizat cu regulatoare distincte, asigură conducerea subpro ceselor, cu menținerea
regimurilor de funcționare optime, atât timp cât sunt respectate restricțiile locale.
Al doilea nivel, format din blocuri de automatizare, modifică restricțiile locale și
criteriile de performanță ale regulatoarelor și transmite info rmația la un calculator
central. Nivelul ierarhic cel mai înalt coordonează nivelurile inferioare, pentru a
optimiza întregul sistem.
Conducerea distribuită combină avantajele arhitecturilor precedente,
principiul pe care se bazează fiind cel al conlucrăr ii: fiecare buclă de reglare
lucrează independent dar comunică cu celelalte sisteme pentru a optimiza
întreaga instalație. Tendința este ca reglarea să se facă local, prin bucle simple de
reglare care comunică cu restul sistemului (Fig.5.9). Traductoarele de construcție
recentă sunt echipate cu un microsistem de calcul (de tip microprocesor) care
realizează anumite funcții, precum liniarizarea semnalului de ieșire.
Integratorul sistemului de conducere este rețeaua de comunicație, care -l
face să lucreze unit ar. Aceasta face ca toate mărimile măsurate din instalație sau
parametrii de reglare să fie accesibili pentru programe orare, estimarea tendinței,
afișare și monitorizare în orice punct al rețelei. Sistemul de comunicație trebuie
să fie capabil să transmit ă informația cerută automat, fără ca operatorul să fie
obligat să modifice setările.

140

Fig.5.9. Sistem de conducere distribuită

Până recent, aproape toate sistemele de conducere numerice utilizau
comunicația serială pe standardul RS 232, cu o viteză maxi mă de 9600 baud. Cu
excepția unor aplicații mici, o astfel de viteză este prea mică pentru conducerea
distribuită. Rețelele de comunicație actuale realizează viteze de comunicație de
ordinul megabaud, care îmbunătățesc semnificativ performanțele sistemului de
conducere.
Sistemele distribuite de conducere necesită un limbaj de programare
dedicat conducerii automate, care trebuie să asigure:
– controlul automat al fiecărei mărimi din instalație, printr -un singur program,
fără a intra în conflict cu alte module de control;
– facilități de editare, de modificare a unui program de control al unei mărimi,
precum și de modificare rapidă a bazei de date;
– funcții matematice și logice, calcule de optimizare;
– posibilitatea de a da valori mărimilor din sistem, în cazul def ectării unor
traductoare;
– afișarea în timp real a datelor și graficelor de evoluție și de tendință.
Schimbările majore tehnologice actuale sunt legate de comunicare, de la
mass -media la rețelele de calculatoare, afectată fiind și aparatura de automatizare.
Acest impact a condus la elaborarea unui standard pentru o rețea dedicată
automatizării clădirilor, numită BAC -Net, care a devenit ghid pentru producătorii
de aparatură numerică de automatizare.

V.2.2. Instalații de încălzire miniaturizate pentru interio r
Pentru asigurarea confortului termic, cu un consum cât mai mic de
combustibil și energie, în spațiile în care se desfășoară activități umane (locuințe,
birouri, etc.) se utilizează centralele termice miniaturizate pentru interior, care
furnizează instant aneu apă caldă sanitară. Prepararea apei calde se face într -un
schimbător de căldură cu serpentină de mare randament sau într -un boiler de
acumulare de mare capacitate (tratat la interior împotriva coroziunii).

141 Acestea sunt proiectate și construite pentru a satisface nevoia tot mai
accentuată de a reduce dimensiunile cazanului, acolo unde spațiul disponibil este
limitat. Cazanul asigură încălzirea apei la o temperatură mai mică decât
temperatura de fierbere și trebuie conectat la o rețea de încălzire și la o rețea de
apă sanitară, dimensionate corespunzător. Schema hidraulică a unei centrale
termice, echipată cu schimbător de căldură cu serpentină, este prezentată în
figura 5.10 [19,43,47].
Grupul termic este dotat cu o cameră de ardere și un schimbător bite rmic,
optimizate pentru realizarea unui transfer eficient de căldură, asigurând, în
același timp, producția de apă caldă și necesarul de energie termică pentru
încălzire, în condiții unor randamente mai mari de 90% și puteri termice utile de
până la aprox. 30 kW. Vana cu trei căi are încorporat un regulator automat de
debit, care asigură un debit constant de apă, indiferent de variațiile presiunii de
alimentare.

1. – Electroventil de gaz;
2. – Schimbător de căldură;
3. – Filtru;
4. – Ventil cu trei căi ;
5. – Arzător;
6. – Schimbător primar;
7. – Colector gaze de ardere;
8. – Ventilator;
9. – Ventil de aerisire;
10. – Vas de expansiune;
11. – Pompă de circulație;
12. – Control funcționare pompă;
13. – Legătură by -pass;
14. – Supapă de siguranță (3 bar);
15. – Manometru;
16. – Robinet golire instalație;
17. – Robinet umplere instalație.

Fig. 5.10. CT – ECOfast (Arca) – schema
hidraulică

Construcțiile recente au în componență un dispozitiv de modulare a
flăcării, care adaptează continuu pu terea la nevoile efective ale mediului ambiant.
Sistemul de control al tirajului coșului verifică evacuarea corectă a gazelor arse,
oprind funcționarea cazanului în cazul ieșirii gazului în încăpere. Evacuarea și
aspirarea aerului, respectiv eliminarea gaz elor de ardere este asigurată de un
ventilator, montat pe colectorul de gaze de ardere. De asemenea, se întrerupe
funcționarea în cazul sesizării lipsei apei în circuitul de încălzire, pentru evitarea
defectării grupului termic.
În figura 5.11 se prezintă schema unei microcentrale pentru încălzire și
producere apă caldă de consum (ACC), echipată cu boiler, în care [43,47]:

142 1. – Ventil by – pass; 10. – Supapă de siguranță;
2. – Electroventil de gaz; 11. – Ventil cu trei căi servocomandat;
3. – Vas de exp ansiune; 12. – Robinet golire;
4. – Pompă de circulație; 13. – Presostat lipsă apă;
5. – Control funcționare pompă; 14. – Boiler;
6. – Arzător; 15. – Robinet golire boiler;
7. – Schimbător primar; 16. – Robinet umplere instalație;
8. – Racord la coș; 17. – Supapă de siguranță;
9. – Ventil de aerisire; 18. – Termostat ACC.

Fig.5.11. CT – Primavera, model CAB

Microcentrala are focarul deschis, cu racordare la coșul de fum (evacuare
prin tiraj natural), aerul de ardere fiind preluat din încăperea în care este montată.
Cu prioritate față de încălzire, există posibilitatea de reglare a temperaturii dorite
pentru ACC, prin intermediul unui termostat. În acest scop, (electro)ventilul cu
trei căi, care asigură debitul caloric necesar încălzirii ACC, int ră în funcțiune și
în cazul consumurilor mici de ACC. Sistemul de amestecare aer – combustibil
asigură randamente de ardere de peste 97% și emisii poluante reduse, iar
configurația optimizată a camerei de ardere asigură randamente termice de peste
90%.
În figurile 5.12 și 5.13 se prezintă schema unei instalații cu un circuit de
încălzire și un circuit de apă caldă menajeră, respectiv a unei instalații cu două
circuite de încălzire și un circuit de apă caldă menajeră.
Semnificația simbolurilor (dată de prod ucător – Junkers) în cele două
scheme este următoarea [41]:
Z – aparat de încălzire centrală; B – tehnica condensării, R – modulare, A – tiraj
forțat, ACM – apă caldă menajeră, AR – apă rece, SB – sondă boiler, VE – vas
de expansie, PB – pompă boiler, SS – supapă de sens, RI – robinete de izolare,

143 D – display, PCI – pompă de circulație pentru încălzire, ST – sondă de tur,
T – telecomandă, SE – sondă de exterior, PCI0 /1 – pompă circuit de încălzire,
PCP – pompă circulație primar, SH – sistem hidrau lic, V3 – vană cu trei căi,
LT – limitator de temperatură, PR – pompă recirculare ACM.

Fig. 5.12. Sistem de încălzire Cerapur ZBR…A

Fig.5.13. Sistem cu două circuite de încălzire, Cerapur ZBR…A

144 Pentru automatizare, se evidențiază modulele TA 270, pentru montarea în
cascadă a mai multor centrale (max. 3), HSM, pentru comanda electronică a unei
pompe de circulație, a unei pompe de boiler și a unei pompe de circuit de
încălzire și HMM, pentru comanda electronică a unei vane cu trei căi și a pompei
pentru circuitul de încălzire corespunzător.
În figura 5.14 se prezintă o instalație de încălzire (cu temperatura pe tur
mai mare de 40 0C), cu producerea ACM cu ajutorul unui boiler încălzit indirect,
comandat de un dispozitiv de prioritate și co ntrolul temperaturii ambientale cu
ajutorul unui termostat. La solicitarea serviciului de ACM, dispozitivul de
prioritate pornește arzătorul, pornește pompa de circulație aflată pe circuitul de
ACM și oprește funcționarea pompei de pe circuitul de încălzir e. Termostatul de
ambianță se montează, de regulă, în zona cea mai defavorizată termic și
realizează reglarea temperaturii în intervalul (5…30) 0C. Boilerul se utilizează
pentru prepararea și stocarea ACM, are rezervorul din oțel și dispune de un
termometr u și o sondă de temperatură tip NTC (coeficient de temperatură
negativ), pentru a putea fi cuplat la sistemul de automatizare.

Fig.5.14. Sistem de încălzire Supraline

În figura 5.15 se prezintă schema unei instalații de încălzire (cu
temperatura pe t ur mai mare de 40 0C) cu două cazane în cascadă, cu producerea
ACM cu ajutorul unui boiler încălzit indirect. Automatizarea este realizată cu
ajutorul unui regulator electronic de temperatură cu sondă de exterior TA 122 E2
și cu telecomandă TW2, pentru aju starea parametrilor de la distanță.
La simbolizarea anterioară (Junkers [41]) se adaugă: SSI – supapă de siguranță,
CC – cazan condus, CCR – cazan conducător.

145

Fig.5.15. Sistem de încălzire în cascadă Supraline

Echipamentele de automatizare montate în c entralele termice includ:
– echipamente pentru supravegherea și asigurarea arderii combustibilului
în condiții optime și cu randament ridicat;
– sistemul de control al vanei cu trei căi, pentru menținerea constantă a
temperaturii pe tur;
– controlul sistem ului de pompe al agentului primar, pentru asigurarea
diferenței de presiune;
– sistemul de control al schimbătorului în contracurent, pentru menținerea
constantă a temperaturii apei calde menajere;
– sistemul de control al încărcării rezervoarelor de apă c aldă;
– sistemul de control al deservirii echilibrate a consumatorilor;
– echipamente pentru monitorizarea parametrilor de funcționare și a
situațiilor limită (avarie).
Echiparea centralelor termice cu sisteme cu microprocesor asigură
avantaje legate de co st, flexibilitate, comunicație și o serie de facilități, între care:
– termoreglare cu sondă externă a funcției de încălzire;
– stabilirea pantei de termoreglare;
– temporizarea opririi încălzirii;
– reglarea temperaturii apei calde;
– aprindere electronică;
– protecț ie antiîngheț;

146 – resetare avarie;
– comandă de la distanță;
– programare orară și săptămânală;
– funcții de autodiagnosticare:
– lipsa aprinderii;
– lipsa circulației apei;
– supratemperatura circuitului primar;
– nefuncționarea traductorului de temp. pe circuitu l primar;
– nefuncționarea sondei de temperatură sanitară;
– supratemperatura circuitului sanitar;
– lipsa evacuării gazelor.

V.3. Sisteme de încălzire electrică
Din punct de vedere tehnic, utilizarea energiei electrice pentru încălzirea
spațiilor d e locuit și a spațiilor comerciale de dimensiuni mici, a devenit –
conform statisticilor – o soluție foarte agreată datorită multiplelor avantaje în
raport cu celelalte sisteme de încălzire bazate pe folosirea combustibililor clasici.
Energia electrică poa te răspunde competitiv atât cerințelor tehnice cât și
economice, în sprijinul ideii de utilizare pe scară largă menționându -se:
– randament real de aproape 100%;
– funcționare silențioasă și sigură;
– automatizări și reglaje cu comenzi simple, dar performante;
– posibilitatea de montare fără a realiza lucrări suplimentare;
– față de o centrală care utilizează combustibil gazos se elimină proiectul și
montajul conductelor de gaze;
– eliminarea surselor termice și odată cu ele și a produselor secundare ale
combustiei (ga ze nocive, poluanți);
– simplitatea operațiilor de exploatare;
– contorizarea riguroasă a consumurilor individuale.
Încălzirea electrică directă este realizată, în general, cu ajutorul
convectoarelor sau panourilor radiante, căldura produsă de o rezistență ele ctrică
fiind transferată instantaneu încăperii prin radiație și convecție. Aparatele
electrice de încălzire directă se clasifică, după raportul dintre fluxul radiant și cel
convectiv, după temperatura suprafeței încălzitoare și după modul și locul de
monta re, astfel: convectoare de perete, de pardoseală, radiatoare electrice,
radianți luminoși și în infraroșu, aeroterme, etc.
Reglarea acestora se realizează cu ajutorul unui termostat încorporat în
aparatul electric de încălzire sau montat pe circuitul elec tric de alimentare al
aparatului, pentru puteri  2 kW. Dacă se utilizează două sau mai multe aparate
de încălzire în aceeași încăpere, reglarea acestora se face cu un singur termostat
de cameră. Într -o clădire în care încăperile nu se utilizează în aceeaș i măsură se
impune necesitatea de a modifica temperatura în fiecare cameră, în funcție de
destinație și orarul zilnic, folosind un regulator central.
Încălzirea electrică centralizată folosește ca agent termic aerul sau apa și
se utilizează în spațiile în care nu se poate aplica un sistem de încălzire clasic sau
la care sistemul clasic se dovedește neeconomic.

147 În figura 5.16 se prezintă schema de încălzire electrică realizată cu
minicazanul electric Laing, alimentat la 220 V, 50 Hz, cu următoarele
componen te [19,47] :
1 – placă suport; 6 – vas de expansiune;
2 – minicazan electric; 7 – robinet de golire
3 – supapa de siguranță; 8 – colector cu trei circuite;
4 – dezaerator automat; 9 – distribuitor cu trei circuite;
5 – termomanometru; 10 – corpuri de încălzire cu aerisire.

Fig.5.16. Schema de încălzire electrică Laing

Instalația are o construcție compactă, constituită din următoarele
componente, distribuite pe verticală, de la partea inferioară spre partea
superioară:
– pompa de circulație cu motor;
– tub din oțel inoxidabil, cu rezistențele de încălzire;
– limitatoare de protecție la supratemperatură;
blocul de automatizare și reglare.
Rezistențele electrice (2…15 kW) sunt comandate în funcție de necesarul
de căldură, pentru încălzirea spațiilor de 20…80 m2, ceea ce asigură un consum
optim, funcționare silențioasă și fiabilitate ridicată.
Pentru încălzirea spațiilor industriale cu volum mare, utilizarea variantei
de încălzire electrică prezintă câteva avantaje importante față de alte soluții, între
care:
– comanda flexibilă;
– monitorizarea consumului de energie;
– monitorizarea stării de funcționare.
Sistemul de încălzire cu aer, prezentat în figura 5.17 se compune din mai
multe subsisteme distribuite în volumul care trebuie încălzit, fiecare subsistem
având în componență [47]:
– element de încălzire cu coeficient de temperatură pozitiv;
– ventilator antrenat de un motor electric;
– bloc de comandă a vitezei motorului de antrenare (BC);
– traductor de temperatură.

148

Fig.5.17. Schema sistemului de încălzire

Puterea ele ctrică a elementului de încălzire poate fi reglată. Debitul de aer
vehiculat de ventilator pot fi modificat prin reglarea turației motorului de
antrenare, prin intermediul unui convertor static, care modifică valoarea medie a
tensiunii de alimentare a moto rului. Comanda turației motoarelor este asigurată
centralizat de o arhitectură cu microcontroler (automat programabil). În funcție
de temperatura măsurată și de temperatura impusă, acesta ia decizia de creștere
sau scădere a turației ventilatorului, respec tiv de creștere sau scădere a puterii
disipate de fiecare element de încălzire. Automatul asigură și cuplarea /decuplarea
de la rețeaua electrică a elementelor de încălzire (prin contactorul C),
monitorizarea timpului de funcționare și a stării fiecărui sub sistem.

V.4. Sisteme de încălzire solară
Procesul de captare și conversie a radiației solare în căldură a făcut
obiectul unor programe de cercetare desfășurate în diverse țări: SUA, Franța,
Germania, etc. În România s -au efectuat cercetări în domeniu la ICPET,
ICEMENERG, INCERC București, Facultatea de Instalații a UTCB și s -au
concretizat prin obiective concrete precum casa solară de la Neptun, casa solară
CS 2 Câmpina, casa solară CS 3 București, etc.
Pe plan mondial, preocupările pentru valorificarea e nergiei solare sunt
reprezentate de obiective ca: instalații pentru prepararea apei calde menajere
(ACM), instalații pentru încălzire, instalații pentru desalinizarea apei, instalații de
răcire și de uscare, sisteme de apă caldă pentru industrie și agricul tură, avioane
solare, automobile autonome solare, centrale solare spațiale, etc.
În condițiile în care problematica energetică crește în importanță, iar
protecția mediului a devenit o cerință a societății, s -au intensificat și eforturile în
direcția dezvol tării tehnologiilor de valorificare a energiilor neconvenționale.
După un declin datorat tehnologiilor greoaie, a costurilor ridicate pentru
materiale, exploatare și întreținere, activitatea în domeniul dezvoltării și

149 perfecționării tehnologiilor de captar e și valorificare a radiației solare cunoaște
un reviriment, datorită avantajelor evidente pe care le oferă:
– soarele este o sursă de energie nepoluantă și inepuizabilă;
– este o sursă de energie dispersă, ceea ce permite utilizarea, prin
conversii în alte fo rme de energie, direct la locul de consum,
eliminându -se transportul la distanță;
– energia solară poate fi transformată în alte forme de energie (termică,
electrică, mecanică, chimică) cu ajutorul captatoarelor;
– captatoarele pot fi executate în variante con structive simple sau mai
complexe, forma, tipul și mărimea acestor dispozitive depinzând de
energia nou creată.
Din punct de vedere energetic, partea cea mai importantă a energiei solare
din afara atmosferei se găsește în intervalul spectral 0,20…3,0 m. În acest
interval este emisă aproximativ 97% din energia totală, diferența de 3% fiind
emisă în banda de emisie de 10-1…103 m. Radiația solară la suprafața pământului
(constanta solară) reprezintă energia termică ce este primită de o suprafață
normală (plas ată perpendicular pe direcția razelor solare) situată la limita
atmosferei terestre [19,47].
Valoarea constantei solare (1,355kW /m2) se modifică datorită variației
periodice a distanței Pământ – Soare și datorită fenomenelor solare, fiind
influențată și d e modificarea unghiului de înălțime a soarelui, a înclinării axei
pământului și de latitudinea geografică. De exemplu, pentru latitudinea
geografică din zona României, radiația globală în condiții normale este de maxim
1000 W/m2, iar media zilelor însorite pe an este de 310. Cu ajutorul captatorilor
plani montați la un unghi de 450, poate fi captată până la 75% din radiația solară.
Fluxul de energie radiat de soare care ajunge la suprafața pământului este
mai mic decât constanta solară, deoarece, radiația s olară care străbate masa
atmosferică (peste 8 km) este redusă ca urmare a disipărilor de energie.
Atmosfera modifică intensitatea, distribuția spectrală și spațială a radiației, prin
absorbție și difuzie. Radiația globală primită de la soare, de o suprafaț ă orizontală
la nivelul solului, pentru o zi senină, se compune din radiația directă (dependentă
de orientarea suprafeței receptoare) și radiația difuzată (considerată aceeași,
indiferent de orientare).
Pentru problemele legate de utilizarea energiei sola re sunt necesare două
date meteorologice importante: intensitatea de radiație și durata de insolație, pe
baza cărora se calculează intensitatea radiației solare efective pe diferite
suprafețe. Datele centralizate referitoare la durata medie de strălucire a soarelui
sunt furnizate de Institutul Național de Meteorologie și Hidrologie.
Analiza oportunității folosirii instalațiilor solare de încălzire se face pe
baza unor factori ca: sarcina de încălzire, energia solară disponibilă, costul și
durata de recupera re a investițiilor, etc. Aceste sisteme de încălzire pot fi pasive
sau active. În prima situație, încălzirea spațiilor se face în mod natural, fără
intervenția unui mijloc mecanic care să producă circulația unui agent termic
(aer). Sistemele active presupu n existența unor echipamente mecanice care să
producă circulația agentului termic (apă sau aer).

150 În prezent, în tehnica instalațiilor solare de încălzire și preparare ACM, se
folosește o mare gamă de captatori solari, pentru care producătorii furnizează
datele tehnice necesare. Aceștia transformă radiația solară în energie termică, pe
care o cedează mediului de transport (agent termic) și trebuie amplasați astfel
încât eficiența captării să fie maximă. Fiind elemente exterioare ale instalației,
trebuie să î ndeplinească și condiții de rezistență, stabilitate și estetică.
Pentru captatorul plan din figura 5.18, pe suprafața absorbantă (ex. tablă
din cupru vopsită în negru) cade radiația solară directă și difuză, care se
transformă în căldură, suprafața de abs orbție încălzindu -se.

Fig.5.18. Captatorul plan

Pentru transferul căldurii obținute către consumator, se folosește un agent
termic (apă, aer) care circulă prin canalele realizate în și pe suprafața de
absorbție. Ca în toate procesele de transformare, transfer și transport de căldură,
intervin pierderi de căldură prin radiație, convecție și conducție. Pentru reducerea
acestora, suprafața absorbantă se montează într -o carcasă închisă pe toate laturile
și izolată termic, iar fața captatorului este închisă cu un material transparent.
Între aportul de radiație solară și necesarul de căldură există diferențe (ex.
variația orară a consumului de ACM, variația necesarului de căldură pentru
încălzire), astfel că acumulatorul compensează variațiile naturale ale r adiației
solare și variațiile de energie cedată de către captatorul solar mediului de
transport. Acumulatorul stochează energia termică în momentul în care nu există
consum sau consumul este redus și o pune la dispoziția consumatorului când
radiația solară este redusă. Pentru sistemele de preparare a apei calde menajere,
acumulatorul poate fi un boiler bine izolat termic, iar la sistemele de încălzire
acesta poate fi un recipient deschis, izolat corespunzător.
Soluțiile tehnice pentru prepararea ACM sunt re prezentate de instalații cu
circulație naturală sau forțată (pompă de circulație pe circuitul agentului termic).
Pentru prepararea ACM la temperatura de 450C, considerând temperatura apei
reci de 10 0C, temperatura apei trebuie ridicată cu 350C, astfel că suprafața
absorbantă a captatorului solar trebuie să ajungă la temperatura de 50…700C.
Sistemele de preparare a apei calde de consum rămân în funcțiune și în sezonul
rece, asigurând parțial sarcina termică necesară. Pentru un consum de 50l/om zi
este neces ară o suprafață a captatorului de aprox. 1,5 m2, care poate acoperi, în
perioada de vară, necesarul de ACM în proporție de 90…100%.

151 Conversia și utilizarea energiei solare implică probleme complexe legate
de construcția și amplasamentul captatorilor, de in tegrarea sistemului solar în
instalație și de automatizare a sistemului. Utilizarea energiei solare sub formă de
energie termică nu poate fi separată de problema stocării acestei energii.
Instalația de conversie a energiei solare în energie termică are în
componență (Fig.5.19):
– captatorul solar;
– dispozitive de stocare a căldurii solare;
– rețea de conducte pentru transportul și distribuția căldurii solare la
consumator;
– elemente de automatizare a întregului proces de producere, stocare,
transport și distribuț ie a căldurii solare;
– aparatură și dispozitive de siguranță.

Fig.5.19. Schema de principiu a unui sistem de încălzire solar

Sistemele solare implementate în instalațiile pentru clădiri au performanțe
ridicate, rezultând economii considerabile ale cons umurilor de combustibili.

V.5. Sisteme de încălzire cu apă geotermală
Existența energiei acumulate în scoarța terestră este pusă în evidență prin
creșterea progresivă a temperaturii solului cu adâncimea, pe verticala fiecărui
punct. În cazul în care o an umită structură geologică conține apă, aceasta ia
temperatura rocilor în care este depozitată, existând premisele valorificării
energiei geotermale [19,47].
În figura 5.20 se evidențiază următoarele procese importante:
– prin puțul de exploatare se realiz ează extragerea energiei interne a
sistemului prin apa geotermală de temperatură ridicată;
– prin puțul de repompare se introduce apa geotermală de temperatură
redusă ce conduce la creșterea energiei interne a sistemului;
– apa geotermală extrasă cedează, la presiune constantă, o parte a energiei
termice prin conducție și convecție spre utilizatori.
Curgerea apei geotermale la adâncimi mari (în straturile acvifere) are o
viteză redusă, este continuă și poate fi considerată în regim laminar,
bidimensional și staționar.

152

Fig.5.20. Schema de principiu a unui sistem de încălzire cu apă geotermală

Ciclul extracție – valorificare – repompare – curgere subterană – extracție
poate fi menținut economic dacă proprietățile fizico -chimice ale apei geotermale
nu fac p osibilă apariția unor interacțiuni de natură fizică, chimică sau hidraulică
între apă și stratul de acumulare.
Procesul de repompare presupune îndeplinirea următoarelor condiții:
– apa geotermală extrasă trebuie repompată în stratul de extracție (asigurarea
unui circuit închis);
– apa repompată trebuie să aibă aceeași compoziție chimică cu apa extrasă
(conservarea calității);
– debitul apei repompate să fie pe cât posibil constant.
Prin u tilizarea pompelor submersibile se asigură :
– realizarea unui reglaj calitativ eficient;
– obținerea unor debite superioare exploatării naturale;
– ridicarea temperaturii apei extrase cu 5…8°C, datorită creșterii debitului.
Utilizarea eficientă a energiei geotermale la alimentarea cu căldură a
consumatorilor impune:
– cunoașterea paramet rilor de exploatare a sursei pe baza unui studiu și
garantarea parametrilor: debit, temperatură, compoziție chimică;
– asigurarea unei bune corelări între amplasamentul sursei și consumatorii de
căldură;
– asigurarea unei durate anuale de funcționare cât mai r idicate.
Pentru dezvoltarea și îmbunătățirea acestor sisteme trebuie rezolvată
problema repompării apei uzate, păstrarea rezervei de apă și a presiunii în stratul
de bază. Prin utilizarea unor schimbătoare de căldură la suprafață și repomparea
apei uzate, se obține un circuit închis, deoarece stratul de apă de mare adâncime
poate fi considerat închis din punct de vedere hidrodinamic, datorita curgerii apei
cu o viteză foarte mică.
Valorificarea energetică a resurselor geotermale și realizarea unui sistem
de alimentare cu căldură sunt condiționate de existența consumatorilor de căldură

153 în zona de resurse. În funcție de mărimea acestor consumatori și de densitatea
sarcinii termice de încălzire, sistemele de alimentare pot fi locale sau centralizate.
Pentru va lorificarea termică eficientă se adoptă următoarele domenii de
utilizare, în funcție de nivelul de temperatură al apei geotermale:
1). T =30…50 0 C
– încălzire solarii;
– încălzire și preparare apă caldă de consum cu pompe de căldură;
– preparare apă caldă de co nsum menajer sau tehnologic cu pompe de
căldură.
2). T =50…80 0 C
– încălzire și preparare apă caldă de consum, prin asociere cu o centrală
termică de vârf pentru consumatori civili și industriali;
– preparare de apă caldă de consum menajer sau tehnologic.
3). T>80 0 C
– încălzire și preparare apă caldă de consum, prin asociere cu o centrală
termică de vârf pentru consumatori civili și industriali;
– încălzire în procese tehnologice de uscare;
– preparare apă caldă de consum tehnologic.
În România, există sonde în exp loatare în sistemele hidrogeotermale
Oradea, Crișul Negru -Someș, Mureș -Crișul Negru, Cozia -Căciulata, Borș,
București Nord -Otopeni.

V.6. Sisteme de încălzire cu pompe de căldură
Ameliorarea eficacității proceselor energetice sau industriale se realizează,
în mare măsură, prin introducerea în circuitul energetic a surselor secundare care
apar și se dezvoltă simultan cu aceste procese. Pompa de căldură este o instalație
termică care preia căldura de la un izvor de căldură cu un potențial termic scăzut
și o c edează unui consumator, la un potențial termic mai ridicat, consumând în
acest scop o energie de acționare. Cele mai multe aplicații utilizează instalația cu
compresie mecanică, acționată electric sau termic, respectiv instalația cu
absorbție și – mai rar – ejecție.
Izvorul pompei trebuie corelat cu consumatorul adecvat, din punct de
vedere al temperaturilor sursei reci și calde și poate fi:
– aerul (atmosferic, evacuat din incinte climatizate, gaze de ardere, etc.);
– apa (de suprafață, subterană, geotermală, tehnologică);
– solul (pământul, deșeuri menajere).
Pompele de căldură se pot utiliza pentru încălzirea unor spații, pentru
prepararea apei calde de consum, pentru diverse procese tehnologice (uscare,
distilare). Instalațiile de încălzire pot utiliza pompe d e căldură aer -aer, aer -apă,
apă-aer, apă -apă, sol -aer, sol -apă, producători consacrați fiind Airwell, Sampo,
Ciat, Carrier, York, etc.

V.7. Sisteme de încălzire cu abur de joasă presiune
Acestea sunt instalații închise, utilizând ca agent termic aburul sa turat cu
presiunea maximă de 1,7 bar. Funcționare lor se bazează pe utilizarea vaporilor
de apă ca agent termic transportor. Sarcina termică necesară la consumator se

154 obține din transformarea unui anumit debit de abur în condensat și preluarea
căldurii lat ente de vaporizare. Sarcina termică transportată de un debit de abur
este proporțională cu debitul de fluid și cu căldura latentă de vaporizare, la
presiunea de regim a instalației. Caracteristicile termofizice ale aburului saturat la
diferite presiuni sun t date tabelar [35].
Instalațiile care utilizează aburul de presiune joasă ca agent termic, conțin
următoarele componente: sursa termică – generatoare de abur, sisteme de
conducte pentru distribuția la consumatori, sisteme de conducte pentru preluarea
cond ensatului de la consumatori, corpuri de încălzire, sisteme de siguranță,
sisteme de reglare și control, accesorii.

V.8. Sisteme de încălzire cu aer cald
Deși utilizează ca agent termic aerul, instalațiile de încălzire cu aer cald nu
trebuie asimilate sist emelor de ventilare, scopul lor fiind diferit. În sistemele cu
aer cald, agentul termic este utilizat direct de consumator, fără un schimbător de
căldură intermediar. Sunt folosite pe scară largă în sectorul industrial, în
organizările de șantier, spații c u destinație provizorie, spații în care pot fi
combinate cu alte tipuri de încălzire, pentru asigurarea confortului termic local.
În cazul consumatorilor casnici, încălzirea cu aer cald este de tip local și devine
atractivă pe măsură ce performanțele tehno logice ale echipamentelor conduc la
reducerea zgomotelor și la o distribuție uniformă a aerului în încăperi.
Sursele de energie care încălzesc aerul pot fi:
– agregate cu focar propriu;
– aeroterme;
– dispozitive multifuncționale.

V.9. Sisteme de încălzire pri n radiație
Sistemele de încălzire prin radiație se folosesc în clădiri civile, în încăperi
cu cerințe igienice și de confort deosebite, în clădirile industriale cu spații mari și
fără necesități de ventilație mecanică, în spații semideschise sau deschise.
Acestea se caracterizează prin faptul că suprafețele încălzitoare cedează
căldură prin radiație mai mult de 50% din căldura totală. În raport cu temperatura
medie a suprafeței încălzitoare, încălzirea prin radiație poate fi [19]:
– de temperatură joasă (25… 100 0C);
– de temperatură medie (100…500 0C);
– de temperatură înaltă (500…3000 0C).
În categoria sistemelor de încălzire prin radiație intră panourile radiante
(radiant electric, cu gaze, tuburi radiante metalice, tuburi din cuarț, etc.), în
infraroșu (cu lun gime de undă scurtă, medie și lungă).

V.10. Sisteme de încălzire locală
Acestea sunt cele mai simple deoarece cuprind în ansamblul lor atât sursa
termică cât și suprafața de încălzire. Se utilizează la clădiri mici cu maximum 3,
4 niveluri, complexe de cl ădiri mici dispersate, clădiri cu caracter sezonier.
Încălzirea locală prezintă o serie de avantaje (cost de investiții redus, folosirea
tuturor categoriilor de combustibili gazoși, lichizi, solizi, instalare rapidă,

155 exploatare ușoară), și dezavantaje (sup rafețe încălzitoare de dimensiuni mari,
randamente termice reduse).
În categoria sistemelor de încălzire locală intră sobele cu sau fără
acumulare de căldură, sobe cu arderea combustibilului solid, lichid sau gazos,
sobe metalice sau din zidărie, etc.
***
În Anexa 2 sunt prezentate principalele Acte normative și standarde
referitoare la proiectarea, executarea și exploatarea sistemelor și instalațiilor de
încălzire [42].

V.11. Considerații privind eficiența energetică la producere
Cartea verde privind secu ritatea energetică, adoptată în noiembrie 2000,
prevede patru principii:
– securitatea surselor de energie;
– asigurarea pieței unice de energie;
– responsabilitatea protecției mediului;
– promovarea surselor alternative și regenerabile.
Conform Raportului “Căldura 2004 – 2006” , în structura tehnologică de
producere a energiei electrice și termice, pe plan mondial și cu deosebire în UE,
se constată următoarele tendințe și/sau factori de restricție [48]:
– schimbări în structura și ponderea diferitelor surse primare de
combustibili fosili;
– creșterea ponderii utilizării surselor alternative sau regenerabile de
combustibil;
– înăsprirea reglementărilor privind protecția mediului;
– creșterea ponderii instalațiilor de cogenerare și în special a celor de
dimens iuni mici și mijlocii;
– utilizarea ciclului combinat în sistemele de cogenerare;
– creșterea ponderii pe piață a sistemelor de încălzire centralizată și în
cadrul acestora creșterea ponderii surselor de energie cu structura în cogenerare;
– creșterea cara cterului descentralizat (la producere) al sistemului
energetic;
– reducerea ponderii utilizării cărbunelui inferior drept sursă energetică
primară, corelată cu introducerea tehnologiei de gazeificare și utilizarea
turbinelor de gaze sau a motoarelor termic e.
Toate aceste tendințe sunt consecința eficientizării producerii energiei în
condiții de protecție sporită a mediului, adică a concepției generale de dezvoltare
durabilă.
Consumul de energie al UE, de peste 17 milioane Gcal în 2002, a avut ca
surse prima re: petrolul 43%, gazul natural 23% și cărbunele 13%. Ponderea
cărbunelui a scăzut de două ori în ultima decadă și se așteaptă scăderi ulterioare,
datorită aplicării Directivei nr. 80/2001 privitoare la protecția mediului. În
aceeași perioadă, consumul de energie produsă din surse alternative sau
regenerabile a crescut semnificativ.
Energia hidro a crescut, în ultima decadă, cu 27%, ajungând la 5% din
totalul energiei. Energia din surse regenerabile (geotermică, biomasă, solară,

156 eoliană) a crescut de 4 ori. Cea eoliană a făcut un salt spectaculos, UE deținând
în prezent o capacitate instalată de peste 25.000 MW, estimându -se pentru anul
2010, peste 75.000 MW.
Soluția pentru o energie ieftină și relativ curată pentru sistemele de
încălzire centralizată este o bținerea ei în instalații cu structura în cogenerare,
indiferent de sursa de combustibil. Ponderea sistemelor de cogenerare în totalul
producției de energie electrică, în câteva țări europene, în anul 1999, este
prezentată în Tabelul 5.1 [48].

Tabelul 5.1
Media UE xxxxxxxx
Suedia xx
Spania xxx
Portugalia xxxx
Polonia xxx
Olanda xxxxxxxx
Italia x xxx
Germania xxxxxxxx xxx
Finlanda xxx xxx
Danemarca xxxxxx
Austria xxx
Anglia xx xxx
10% 20% 30% 40% 50%
xxx – Obiectiv pentru 2010

Conform aceluiași raport, energia totală produsă în România, în anul
2002, a fost de circa 0,3 milioane Gcal și ce a consumată de 0,4 milioane Gcal.
Rezervele de tiței ale României, la nivelul anului 2004, se ridică la 1,6 milioane
barili, cu o producție de circa 120.000 barili/zi, iar consumul de tiței pentru anul
2010 se estimează la circa 310.000 barili/zi [48].
Rezervele de gaz natural sunt estimate la 350 miliarde Nm3, suficiente
doar pentru 25 ani la consumul actual. Pentru anul 2010 se estimează un consum
de 21 miliarde Nm3 (din care doar 8 miliarde Nm3 din surse interne), iar pentru
producerea de energie, se est imează un consum de 4 miliarde Nm3.
Rezervele estimate de cărbune sunt de circa 4 miliarde tone, majoritatea
fiind rezerve de lignit de calitate inferioară, iar producția anuală este de circa
25 – 30 milioane tone.
Potențialul hidroenergetic al țării e ste de circa 10.000 MW (luând în calcul
și amenajările mici și medii), în prezent fiind făcute amenajări doar pentru 20%
din potențial.
Pentru sistemele de termoficare, în România se estimează un necesar anual
de 30 milioane Gcal, (în prezent sunt circa 2, 1 milioane de consumatori
individuali). De asemenea, se estimează că peste 75% din totalul de energie se va
produce în instalații de cogenerare, restul fiind preluat din instalații ce produc
numai energie termică. Cantitatea de 75% din energia termică nece sară

157 sistemelor de termoficare, la nivelul țării, produsă prin instalații de cogenerare
asigură și o cantitate adițională de 10 milioane MWh/an.
Conceptul de energie durabilă sau curată, se referă la surse regenerabile.
Spre deosebire de combustibilii fosi li (rezerve limitate) acestea sunt practic
inepuizabile și nu emit poluanți în atmosferă.
Sursele regenerabile includ: energia eoliană, energia solară, utilizarea
biomasei, energia hidro.
În România, producția energiei eoliene are condiții favorabile. Ast fel, se
prevede realizarea, până în anul 2010, a unei capacități de 550 MW, cu o
dezvoltare pe termen lung de până la 3000 MW. Viteza medie a vântului pe
coasta Mării Negre, platoul Dobrogei și sudul Moldovei este între 5 –7 m/s. O
instalație eoliană cu o c apacitate de 600 KW, la aceste viteze, ar asigura o
producție anuală de 0,5 GWh.
Radiația solară, în regiunile rurale ale României, variază între 5 – 6
KWh/m2zi, vara și 0,6 – 1,2 KWh/m2zi, iarna. Realizarea încălzirii prin utilizarea
energiei solare este cea mai eficientă. Colectoarele de încălzire convertesc
25 – 40% din energia radiantă în căldură. În prezent, în România, aria de
colectare utilizată nu depășește 0,045% din cea potențial posibilă.
Biomasa (plante cu creștere rapidă, reziduuri agri cole, reziduuri de lemn)
poate fi o sursă de energie curată și ieftină, cu utilizare mai ales în zone rurale
compacte, chiar în structuri de cogenerare.