Climatizarea pe Timp de Vara a Unei Hale de Productie

I Instalații de climatizare și ventilare

1.1 Istoria mijloacelor de climatizare și încălzire

Deși trăiau într-o zonă cu climă blândă, egiptenii și mesopotamienii aveau nevoie să se încălzească în perioadele mai reci. Ei ardeau materiale combustibile dintre cele mai diverse pentru că lemnul era rar în aceste zone și trebuia păstrat pentru cuptoarele de sticlărie, olărit sau metalurgie. Cei bogați dispuneau totuși de mangal, pe care-l ardeau în recipiente din argilă. Dar, în general, încălzirea era asigurată de cuptorul la care se gătea, alcătuit din două pietre și mai rar, construit din cărămizi.

La începutul mileniului al II-lea î.Hr., în Mesopotamia era cunoscut hornul, dar, timp de multe secole, nu a fost folosit, fiind socotit inutil în casele fără etaj, unde o singură gaură în acoperiș, deasupra sobei, era suficientă pentru evacuarea fumului.
Grecii și romanii foloseau același sistem. Ruinele orașului Pompei demonstrează că numai cuptoarele brutarilor aveau coșuri; casele, chiar cele cu un etaj, aveau gaura clasică din tavan, fumul și gazele calde folosind, în acest caz, la încălzirea camerei de sus, unde erau depozitate carne, pește, fructe și alte produse, la uscat, vinuri etc. Tot la Pompei s-au găsit cazane mari, strămoașele, în același timp, ale cazanelor pentru încălzit apa, cât și ale cazanelor tubulare pentru încălzire. La romani s-au descoperit o schiță a încălzirii prin pardoseală, precum și instalații de apă rece și caldă. Casele celor bogati și băile publice aveau hipocaustes (instalații subterane pentru încălzire): parterul era construit pe piloni, între care se afla un canal subteran, prin care circula aerul cald provenit de la un cuptor alăturat.

În ceea ce privește apa caldă, într-o vilă din Pompei, s-a descoperit o instalație alcatuită dintr-un cuptor deasupra căruia se afla un cazan de plumb, cu fundul de cupru, alimentat cu apă rece dintr-un tub, de la un rezervor. Sala de baie primea, în același timp, apă caldă de la cazan și apă rece de la rezervor.

Cele mai vechi sobe erau construite din caramidă și aveau forma semiconica eliptică. În secolul al XIII-lea, hota a devenit rectangulară. Legat de randamentul scăzut al acestor sobe, i se atribuie lui Benjamin Franklin această butadă: „Soba este cel mai bun mijloc de a se încălzi cât se poate de puțin arzând o cantitate de lemne cât se poate de mare”.

Fig 1.1 Sobă veche semiconică eliptică

În 1795, Benjamin Thompson, conte de Rumford, fizician englez de origine americană, la vremea aceea ministru de război, s-a ocupat de problema sobelor, cu ocazia unei călătorii în Anglia. El le-a prevăzut cu o gâtuitură deasupra vetrei, pentru a îmbunătăți tirajul și a înlocuit laturile rectangulare cu doi pereți oblici, care reflectă mai multă caldură spre cameră. Toate aceste modificari au determinat reducerea la jumătate a consumului de combustibil. Prin 1800, același conte Rumford a realizat o instalație de încălzire centrală cu abur.

Prima instalație de încălzire centrală cu apă caldă cunoscută (mai comodă pentru locuințe) a fost aceea a arhitectului Bonnemain, la castelul Pecq (1777). De asemenea, în ciuda a ceea ce se crede adesea, climatizarea locuințelor cu ajutorul instalațiilor de aer condiționat nu este o noutate: începând cu 1836, Parlamentul de la Londra era echipat cu o instalație care furniza aer rece vara și cald iarna.

Ventilatorul electric a fost inventat în 1882 de americanul Schuyler Wheeler, iar climatizorul, în 1911, de compatriotul său, Willis Carrier.

1.2 Clasificarea instalațiilor de ventilare

Ventilarea este procesul prin care intră ( natural sau forțat) aer proaspăt în încăperi și prin care , din încăperi se elimină (natural sau forțat) aerul poluat. Astfel se elimină se realizează minimalizarea sau eliminarea poluanților interiori: umiditate, gaze, vapori, praf, fapt ce constituie obiectivul ventilării. Prin ventilare se asigură calitatea aerului interior. Întotdeauna , pentru a realiza condiția fizică de echilibru a debitelor de aer , există un debit de aer care intră in încăpere , egal cu debitul de aer cara iese din încăpere.

După modul de vehiculare a aerului de ventilare :

Ventilare naturală – poate fi neorganizată sau organizată. La ventilarea naturală schimbul de aer al unei încaperi este urmarea acțiunii combinate a celor doi factori naturali (presiunea vântului si diferența de presiune provocată de greutățile specifice ale aerului interior și exterior,ca urmare a temperaturii inegale a acestora) ;

Ventilație mecanică poate fii simplă (introducere sau evacuare) sau combinată(cu încalzire/răcire-uscare/umidificare).În cazul ventilării mecanice vehicularea aerului se face cu ajutorul a două ventilatoare ;

Fig. 1.2 Ventilare mecanică

Climatizarea poate fii pentru confort sau in scopuri tehnologice. În locul climatizării se folosește adesea si termenul de ,,condiționare a aerului’’. Climatizarea se deosebește de ventilarea mecanică prin aceea că aerului de ventilare i se regleaza simultan cel puțin doi parametrii cum ar fii: răcirea, uscarea sau umidificarea aerului într-o încăpere.

Ventilarea mixtă se poate realiza fie prin introducere naturală si evacuare mecanică fie prin introducere mecanică si evacuare naturală.Avantajul ei constă,in special, în economicitatea exploatarii,dar si a investiției.

După extinderea zonei ventilatie:

Ventilarea generală este caracteristică încăperilor socio-culturale sau a celor industriale. Ea presupune,în general,o amplasare uniform repartizată a gurilor de introducere si de evacuare ;

Ventilarea locală apare ca necesară când exista surse concentrate de nocivități sau când acestea sunt dispuse in anumite zone ale încăperilor. În această categorie intră carcasele,hotele si aspirațiile locale ;

Ventilarea combinată se realizează prin ventilare generală si locală. Existența unui sistem de ventilare locală nu exclude prezența unei instalații de ventilare de schimb general căreia îi revine rolul de a diminua scăpările de nocivități ;

După diferența de presiune dintre interiorul și exteriorul încăperii ventilate:

Ventilare echilibrată, când debitele de aer introduse sunt egale cu debitele de aer evacuate;

Ventilarea în suprapresiune, sistem la care debitul de aer introdus este mai mare decât cel evacuat pe cale mecanică creându-se astfel in cameră o suprapresiune, iar debitul în exces se evacuează pe cale naturală ;

Ventilare în subpresiune, când debitul de aer introdus este mai mic decât cel evacuat ;

1.3 Clasificarea instalațiilor de climatizare

Climatizarea este procesul prin care în interiorul încăperilor se asigură o temperatură controlă a aerului, indiferent de procesele termice din interiorul sau din exteriorul clădirii. Climatizarea presupune încălzirea si răcirea controlată a spatiilor. Prin climatizarese urmărește realizarea confortului termic al ocupanțiilor din încăperi.

Instalatiile de climatizare trateaza aerul astfel incat parametrii sai sa se inscrie in valorile cerute pentru microclimat. Aerul exterior, sau aerul exterior amestecat cu aer interior recirculat, este tratat printr-o succesiune de procese simple, prin care este adus la temperatura si umiditatea cerute si introdus in incinta climatizata.

In figura 11 este reprezentata schema de principiu a unei instalatii de climatizare cu circuit semiinchis. Functionarea instalatiei este diferita pe timp de vara si pe timp de iarna. Circulatia aerului in instalatie este determinata de functionarea ventilatorului de introducere, 6 si a ventilatorului de evacuare,8. Aerul din exterior este amestecat, in camera de amestecare, 1, cu aer recirculat din interior.

Fig. 1.3 Schema de principiu a unei instalatii de climatizare cu reglarea umiditatii

1.camera de amestecare; 2.baterie de preincalzire; 3.baterie de racire; 4.camera de umidificare; 5.baterie de reincalzire; 6.ventilator de intrare; 7.incaperea cu aer conditionat; 8.ventilator de evacuare; 9. pompa

In timpul iernii, amestecul rezultat este incalzit in bateria de preincalzire 2 si apoi umidificat adiabatic in camera de umidificare 4. Camera de umidificare, 4, este echipata cu pompa de circulatie, 9, pentru vehicularea apei. Aerul umidificat trece prin bateria de reincalzire, 5, unde este incalzit pana la temperatura tC ceruta in incaperea cu aer conditionat.

In timpul verii, amestecul rezultat din camera de amestec,1, este racit in bateria de racire 3 si apoi umidificat adiabatic. Aerul umidificat este incalzit in bateria de reincalzire, 5, pana ajunge la temperatura necesara, tC. Aerul, astfel conditionat, este introdus in incaperea 7.

Variatiile temperaturii din camera climatizata sunt sesizate de termostatul TC: Variatiile umiditatii din camera sunt sesizate de higrostatul H. Instalatia este echipata cu elemente de automatizare.

Tehnologia moderna ofera sisteme de aer conditionat care realizeaza filtrarea aerului, controleaza umiditatea, temperatura si circulatia acestuia in interiorul incaperilor. Ele pot fi realizate in constructie fixa, sau portabila (la dimensiuni reduse).

Instalații ,,numai aer’’

Fig. 1.4 Sistem de aer condiționat

La aceste sisteme aerul este tratat într-un agregat central după care este refulat, în încăperi, fără a mai suferi retratări ulterioare. Aerul trebuie sa asigure în mod integral, atât încălzirea cât și răcirea încăperilor, în încăperi ne mai existând sisteme suplimentare de încălzire sau de răcire.

Instalații ,,numai aer’’ cu un canal cu debit constant

Instalația poartă denumirea cu ,,un canal’’ luandu-se in considerare canalul de introducere. Instalatia are insa si un canal de evacuare. Aceasta functioneaza tot timpul cu acelasi debit de aer, atat vara cat si iarna.

Instalatii pentru o zona

Instalatii pentru mai multe zone

Pentru incaperi cu orientari diferite, incaperi exterioare si interioare sau incaperi cu variatii diferite ale sarcinilor termice si de umiditate, care ar conduce la modificari ale debitelor de aer, de la un sezon la altul, este necesara tratarea ulterioara a aerului, corespunzator fiecarei zone in parte. Acestea pot fi de mai multe tipuri :

Instalatii cu reincălzirea aerului pe fiecare zonă

Instalatii cu clapeta de reglare

Instalatii cu grupuri de ventilare zonala : trebuie sa se vehiculeze, uneori, un debit de aer mare sau sa se lucreze cu diferente mari de temperatura intre aerul incaperii si aerul refulat ( 10…12°C in perioada calda a anului ), ceea ce poate avea ca urmare aparitia de curenti suparatori. Se recurge, in acest caz, la un agrgat central mai mic si la prevederea a cate unui agregat auxiliar pe fiecare zona sau pe anumite zone.

Instalatii ,,numai aer’’ cu debit variabil

Instalatiile cu debit variabil reprezinta o solutie practica din ce in ce mai mult, din considerente economice, este mult mai rational sa se vehiculeze in instalatie un debit de aer mai mic, pe masura ce temperatura exterioara creste (vara) sau scade (iarna) fata de temperaturile de calcul si sa incalzeasca, respectiv raceasca mai putin aer.

Instalatii ,,numai aer’’ cu doua canale

Instalatii fara umidificarea aerului

Instalatii cu umidificarea aerului

Fig. 1.5 Instalatie de umidificare a aerului in supermarket

Pentru a preveni umiditati relativ scazute ale aerului interior, in sezonul rece, se poate prevedea umidificarea aerului inainte de a fi refulat in incaperi, dar numai pentru aerul cald sau pentru intregul debit.

b) Instalatii ,,aer-apa’’

Acest tip de instalatii prezinta dezavantajul de a produce mari pagube printr-o eventuala inundatie, datorata spargerii conductelor de apa, acestea fiind astfel neutilizabile in cazul climatizarii unor categorii de incaperi.

Instalații ,,aer-apă’’ (cu aer primar) cu aparate cu inducție (climaconvectoare/ejectoconvectoare) :

Fig 1.6 Instalație de climatizare aer-apă

Aceste tipuri de instalatii cuprind sisteme cu două, trei sau patru conducte (de agent termic) si sisteme cu reglare prin ventil sau clapetă.

Instalații ,,aer-apă’’ cu ventiloconvectoare:

aer primar;

priză directă cu aer exterior;

recircularea aerului interior;

cameră de amestec;

camera de amestec si plenum;

II Tratarea aerului și climatul exterior

2.1 Tratarea aerului

Pentru a putea ca aerul introdus in hala la un anumit debit să asigure condițiile optime de temperatură si umiditate optime, este necesar ca el sa treacă in prealabil prin unele tratări complexe.

Prin tratare complexă se ințelege o succesiune de procese simple la care este supus aerul exterior sau amestecat (aer exterior si aer recirculat), procese care se realizează in centrale de climatizare la sistemele centralizate, sau parțial în centrale de climatizare si în continuare zonal sau local la celelalte sisteme.

Tratarea complexă presupune deci realizarea unui astfel de agregat care sa asigure o succesiune de procese simple de tratare,ușor controlabile si de realizat, până aerul refulat in încăpere sa ajungă la starea necesară.

Pentru trecerea aerului de la starea inițială ce intră în agregat la starea finala, exista multe posibilități de tratare , folosind după caz, un număr mai mare sau mai mic de procese simple succesive. Criteriile de alegere a schemei de tratare sunt de natură tehnico-economică , la care se urmărește reducerea cheltuielilor de investiție si a celor de exploatare prin realizarea unor consumuri minime de căldura si mai ales de frig.

Fig. 2.1 Centrală de tratare a aerului

2.1.1 Tratarea complexă a aerului pe timpul iernii

Tratarea cu preîncalzirea aerului amestecat

Modul de tratare complexă a aerului cel mai folosit pentru perioada rece a anului se poate urmării în figura 2.1, unde in afara reprezentării in diagrama h-x a proceselor succesive de tratare este dat schematic agregatul de climatizare, cu amplasarea elementelor componente si stăriile intermediale ale aerului in concordanță cu cele din diagramă.

Aerul preluat din interiorul încăperii climatizare (I) este amestecat în camera de amestec (CA) cu cel preluat din exterior (E), de unde rezultă aerul de stare mixtă (M), care după filtrare este încălzit cu ajutorul unei baterii de preîncălzire (BPI) până la o stare (P). În continuare aerul este umidificat adiabatic, cu apă rece recirculată, în care de pulverizare (CP) modificându-și parametrii de la (P) la (U) si apoi este încălzit in bateria de preîncalzire (BRI) pana la starea (C) cu care poate fii introdus în încăpere prin intermediul pulverizatorului.

Fig. 2.2 Tratarea aerului iarna, cu preîncăzirea aerului amestecat ( sistem sus-jos)

Descriere parametrii figura

Tratarea fără preîncălzire a aerului

În unele cazuri debitul de aer recirculat este mai mare in raport cu debitul de aer proaspăt , iar in aceste cazuri se poate folosii direct, fără preîncălzire, camera de pulverizare ,ce realizează procesul de umidificare adiabatică si apoi urmează reîncălzirea aerului fiind deci mai ridic. Acest mod de tratare a aerului prezintă unele avantaje din punct de vedere al reglării automate a intalației de climatizare.

Fig. 2.3 Tratarea fără preîncălzire a aerului în diagrama h-x

Tratarea cu preîncălzirea suplimentară a aerului proaspăt

Sunt cazuri în care punctul de amestec se află sub curba de saturație . Starea din zona de ceață tinde sa se stabilizeze, deplasându-se pe o dreaptă paralela cu h= constant până la intersecția acestei drepte cu j=100% în punctul M”. Din punct de vedere fizic, deplasarea acestui punct înseamnă condensarea de regulă neacceptată a unei cantități de vapori de apă în camera de amestec. Preîntâmpinarea acestui neajuns se poate face prin încălzirea prealabilă a aerului exterior , astfel încât punctul M de amestec sa iasă din zona de ceață.

Fig 2.4 Tratarea cu preîncălzirea suplimentară a aerului proaspăt în diagrama h-x

Tratarea cu preîncălzire și umidificare izotermă

În figura 2.5 se poate vedea modul de tratare complexă a aerului iarna,folosind dupa preîncălzirea aerului amestecat umidificarea izotermică cu abur saturat uscat. Injectarea aburului furnizat de la un generator special se poate face atât în agregatul de climatizare cât si pe canalul de refulare. Procedeul este din ce în ce mai folosit în unele țări, mai ales în cazul în care pentru tratarea aerului vara nu se prevăd camere de pulverizare a apei, pentru răcirea si uscarea acesteia, ci de baterii de răcire.

Fig 2.5 Tratarea cu preîncălzire și umidificare izotermică a aerului în diagrama h-x

2.1.2 Tratarea complexă a aerului pe timpul verii

În perioada caldă a anului este necesar ca aerul sa fie răcit si uscat astfel încât conținutul său de umiditate să ajungă egal cu cel al aerului condiționat, pentru ca apoi încălzidu-l , sa fie adus la starea necesară obținerii condițiilor de climă interioară. Răcirea si uscarea aerului se pot reașeza în camerele de pulverizare funcționând cu apă rece din surse naturale având temperatura mai scăzută, sau cu apă răcită cu ajutorul unei instalații frigorifice. Temperatura apei răcite trebuie sa fie mai mare decât temperatura apei de îngheț fiind in jur de 4 0C. O altă metodă de răcire si uscare a aerului, din ce in ce mai utilizată, este cea cu schimbătoare de căldura de suprafață (baterii de răcire) alimentate cu apă răcită sau uneori direct cu agent frigorific.

Tratarea cu apă rece pulverizată

Răcirea si uscarea amestecului de aer proaspăt si recirculat se face în camera de pulverizare funcționțnd cu apă rece. Procesul are loc dacă temperatura apei pulverizată este mai mică decât temperatura punctului de rouă al aerului condiționat. În continuare aerul esteîncălzit folosind bateria de reîncărcare (BRI) care poate funcționa ca agent termic( apă caldă,abur) sau folosind o baterie electrică de încălzire,numai pe timpul verii.

Fig 2.6 Tratarea cu apă rece pulverizată a aerului în diagrama h-x

Tratarea cu apă rece pulverizată si baterie de răcire

În cazul în care se dispune de apă rece din surse naturale, trebuie să se verifice dacă aceasta are o temperatură destul de mică pentru a se putea realiza în camera de pulverizare o răcire si uscare a aerului suficientă. Dacă această condiție nu este îndeplinită se poate prevedea, după camera de pulverizare o baterie de răcire alimentată cu apă răcită, care să fie capabilă ca, în anumite perioade, să usuce în continuare aerul, după ieșirea acestuia din camera de pulverizare.

Fig. 2.7 Tratarea cu apă pulverizată si baterie de răcire a aerului în diagrama h-x

Tratarea cu cameră de pulverizare în două trepte

În situația existenței unor surse naturale de apă ,se folosesc camere de pulverizare simple, într-o treaptă. Această soluție poate înlocuii modul de tratare prezentat in figura 2.6, adică nu mai necesită necesită o baterie de răcire suplimentară, cu agregatul frigorific pentru obtinerea apei răcite.

Fig. 2.8 Agregat de climatizare cu cameră de pulverizare în două trepte

Tratarea cu baterie de răcire si umidificare adiabatică

Fig. 2.9 Tratarea aerului vara cu baterie de răcire si umidificare adiabatică

În figura 2.9 este prezentată schema agregatului si procesele de tratare în diagrama h-x. După amestecul si filtrarea aerului, bateria de răcire realizează procesul de răcire si uscarea aerului,după care urmează umidificarea adiabatică în camera de pulverizare funcționând cu apă recirculată. Aici bateria preia toată sarcina de răcire.

2.2 Climatul exterior

Starea atmosferei într-un punct oarecare poate fi exprimată cu ajutorul câtorva mărimi fizice: temperatura și umiditatea aerului, viteza vântului, cantitatea de precipitații, presiunea atmosferică. Acestea sunt denumite elemente meteorologice principale ale climei.

Din punct de vedere al comportării termice a clădirilor parametrul cel mai important este temperatura aerului exterior, care prezintă variații periodice (diurne și anuale) și neperiodice (accidentale).

Variația diurnă este rezultatul schimbului de căldură între suprafața terestră și atmosferă.Ziua scoarța se încălzește datorită fluxului de energie termică provocat de radiația solară, iar noaptea se răcește din cauza pierderilor cauzate de radiația nocturnă a suprafeței terestre. În aceste condiții amplitudinea variației diurne a temperaturii aerului în zona temperată este mai mare vara (10…15 °C), decât iarna (3…5 °C).

Variația anuală depinde de o serie de factori între care radiația solară și radiația scoarței terestre, care la rândul lor sunt funcție de latitudinea geografică, natura suprafeței terestre, nebulozitatea, regimul de precipitații, etc. Amplitudinea variațiilor anuale este mai mare în interiorul continentelor și mai mică în apropierea mărilor sau oceanelor.

Elementele exterioare de construcție (pereți de închidere, acoperișuri etc.) se află sub influența directă a condițiilor climatice care depind în primul rând de amplasament. Pentru evaluarea performanțelor higrotermice ale acestor elemente, se utilizează valori convenționale ale parametrilor climatici privind:

temperaturile convenționale ale aerului exterior pentru perioadele de iarnă și de vară;

umiditatea aerului exterior;

regimul vânturilor (viteza de calcul a aerului exterior);

2.2.1 Temperatura exterioară

a) Anotimpul rece

În funcție de caracteristicele climatice în condiții de iarnă, teritoriul țării este împarțit în patru zone:

Fig. 2.10 Temperatura convențională a României în anotimpul rece

b) Anotimpul cald

Cunoașterea temperaturii convenționale de calcul pentru perioada de vară este necesară pentru:

verificarea condițiilor de confort în condiții de vară;

dimensionarea elementelor de construcție în vederea evitării supraîncălzirii;

dimensionarea instalațiilor de climatizare.

Pentru perioada de vară, teritoriul României este împărțit în trei zone climatice :

Fig. 2.11 Cele trei zone climatice ale României pe perioada verii

III DESCRIEREA AMPLASAMENTULUI

Clădirea pentru care se va proiecta instalația de climatizare este o hală de producție în care lucrează 80 de persoane, timp de opt ore. Aceasta este situată în județul Alba, localitatea Sebeș, pe strada Augustin Bena.

3.1 Schițe și poze

Fig. 3.1 Hală producție

Fig. 3.2 Vedere lateral

Fig. 3.3 Plan situație clădire

3.2 Detalii interior

Hala de producție este construită pe un singur nivel și a fost inaugurată în anul 2010. Aceasta este împărțită în doua mari compartimente : depozit logistică și zona de producție. Pereții exteriori sunt construiți din panouri tip sandwich cu miez de poliuretan si au o grosime de 80 mm. Podeaua este realizată din beton armat cu plasă sudată având o grosime de 120 mm peste care este turnată o pardoseală industrială colorată dură destinată circulației intense, constând dintr-un amestec de nisip cuarțos, rășini și aditivi acrilici.

3.3 Materiale pentru construcții

3.3.1 Beton armat cu plasă sudată

Fig. 3.4 Beton armat cu plasă sudată

Betonul este un amestec format din nisip sau pietriș, un liant și unul sau mai mulți aditivi. Acesta rezistă bine la compresiune, dar are o rezistență mică la întindere, iar pe suprafața pardoselilor industriale apar atât tensiuni de întindere cât și de contracție. Pentru a îmbunătăți aceaststă deficiență rezistența pardoselilor este sporită prin încorporarea armăturii, cantitatea fiind stabilită în urma efectuării calculului de rezistență.

Armarea betonului se poate face cu :

Fibră metalică;

Plasă sudată;

Fibră de polipropilenă;

Oțel-beton;

Combinații ale acestora

3.3.2 Pardoseala industrială

Fig. 3.5 Pardoseală industrială

Grație proprietăților autonivelante suprafața obținuta în urma execuției lucrării va fi complet plană, foarte rezistentă si lucioasă, se poate realiza în orice nuanță. Datorită aspectului deosebit și rezistenței mecanice, chimice mari și a ușurinței în întreținere/curățare acest tip de pardoselă este adecvat următoarelor destinații: spații de birouri, spații comerciale, show-room-uri,mall-uri și alte incinte destinate activitaților publice, depozite, hale industriale, în industria alimentară, chimică, electronică, farmaceutică, garaje și spații de parcare, pardoseli la exterior, etc.

3.3.3 Panou sandwich

Fig. 3.6 Panou tip sandwich cu miez de poliuretan

Panourile termoizolante așa numitele panouri sandwich, se pot utiliza la realizarea fațadelor, acoperișurilor, pereților de compartimentare sau a plafoanelor. De asemenea, sunt recomandate pentru utilizarea în industria alimentara, în proiecte in care este necesar să se respecte cerințe foarte stricte de igienă și întreținere.

Panourile termoizolante sunt elemente prefabricate, compuse din două foi de tablă cu sistem protecție colorat și un miez izolator. Miezul izolator poate fi din vată de rocă minerală, spumă poliuretanică sau spumă policianurată.

Tabel….Proprietățile panourilor în funcție de grosime

3.3.4 Luminatoare

Fig. 3.8 Luminatoare din policarbonat

Luminatoarele din policarbonat sunt produse special adaptate panourilor sandwich comercializate, dispunând de aceeași modalitate de îmbinare sau sub forma casetelor structurale din aluminiu.

Rolul acestor luminatoare din policarbonat este de a permite iluminarea naturală a halelor, cu pierderi cât mai mici de energie.

3.3.5 Trape de fum

Trapele de fum sunt realizate conform normativelor europene EN 12101 – 2, cu marcaj CE. Este conceput ca un sistem de protecție a oamenilor, bunurilor și a clădirilor în caz de incendiu, și permite o intervenție facilă și eficientă în stingerea incendiilor. Acestea trebuie să fie echipate cu comandă de deschidere de la distanță, care poate fi manuală, pneumatică sau automată, cu senzor de fum.

Trapele de fum sunt sisteme destinate acoperișurilor halelor și construcțiilor industriale, comerciale și civile și, de asemenea, sunt niște sisteme obligatorii conform noilor norme europene de securitate antiincendii, fiind necesar ca orice construcție cu destinație industrială să fie acoperită cu trape de fum între 1 și 5 % din suprafața utilă a construcției, în funcție de destinația și riscul la incendiu al acesteia.

Trapa de fum este un sistem format din doua rame realizate dintr-un profil de aluminiu special proiectat pentru o așezare orizontală sau, după caz, pentru o pantă a acoperișului de până la 15%. Deschiderea acestor trape este realizata de un piston pneumatic cu 4 segmente.

O altă componenta vitală a unei trape este supapa. Aceasta este un sistem care dă efectiv comanda de deschidere a trapei ăn felul urmator: când gazele fierbinți sau focul ajung in zona trapei, aceasta este prevazută cu o fiolă calibrată la 68, 93, 110 sau 141°C, care se sparge automat la temperatura respectivă, eliberand un ac din oțel care ințeapă o butelie incărcată cu , acționând astfel deschiderea închizătorului pneumatic și a pistonului liniar.

Se poate realiza si o deschidere cu comandă manuală, dacă se montează și un sistem pirotehnic care se poate conecta la o centrală antiincendiu. Centrala antiincendiu va primi un impuls electric, va exploda, va sparge fiola si astfel se va realiza deschiderea.

Fig. 3.9 Trapă de fum

IV Memoriu justificativ de calcul

4.1.Parametrii climatici de calcul pentru perioada de vară

Calculul pentru dimensionarea instalatiei de climatizare pe timpul verii se execută luând în considerare parametrii climatici exteriori ai localității Sebeș, județul Alba, unde se află hala de producție. La dimensionarea instalației se iau în calcul parametrii climatici exteriori cei mai nefavorabili deoarece nu se dorește subdimensionarea instalației și astfel sa fie afectat confortul termic al muncitorilor.

Parametrii exteriori de calcul sunt : temperatura exterioară, intensitatea radiației solare si umiditatea relativă a aerului exterior. Aceștia se iau în considerare pe perioada lunii iulie, luna cea mai caldă pe teritoriul României.

Temperatura de calcul pentru climatizare si temperatura exterioară convențională

Pentru localitatea Sebeș conform Anexa 2 din Normativ I5 2010 temperatura este :

;

Relația de calcul pentru temperatura exterioară convențională se găsește în STAS 6648-2-82 și are următoarea formă :

;

Unde :

– temperatura exterioară convențională de calcul pentru vară, ;

– coenficient de convecție adimensional în funcție de , iar valorile acestuia sunt date în următorul tabel :

Tabel ……

Conform tabelului de mai sus se alege :

Rezultă că temperatura exterioară convențională de calcul pentru localitatea Sebeș este :

Temperatura exterioară la ora de calcul

Valoarea temperaturii medie zilnice a aerului exterior pentru luna iulie, se calculează în funcție de valoarea temperaturii de calcul pentru climatizare , unde se considera valoarea egala cu valoarea aerului exterior la ora cea mai caldă.

,

Unde,

– temperatura exterioară la ora de calcul,

– temperatura medie zilnică a aerului exterior,

– amplitudinea oscilației zilnice a temperaturii aerului exterior,

c – coeficient de corecție pentru amplitudinea oscilației zilnice,

Amplitudinea oscilatiei zilnice a temperaturii aerlui exterior, se găsește in STAS 6648-2-82 , iar pentru localitatea Sebeș este egală cu :

.

Valorile coeficientului de corecție pentru amplitudinea oscilației zilnice conform STAS 6648-2-82 in funcție de oră se află în următorul tabel :

Tabel…..

După cum se poate observa din tabelul de mai sus valoarea maximă a temperaturii zilnice în luna iulie se înregistrează la ora 15, astfel avem :

Temperatura exterioară , se calculează pentru programul de lucru al halei de producție (), iar în tabelul de mai jos putem vedea valorile ei in funcție de diferite ore :

Tabelul…..

Pentru o mai bună vizualizare a variației temperaturii exterioare in funcție de oră am trasat graficul de mai jos :

Fig. 4.1 Variația temperaturii exterioare în funcție de ora

c) Temperatura exterioară echivalentă de calcul

Acesta temperatură reprezintă o temperatură convențională de calcul care ține seama de efectul combinat al radiației solare și al temperaturii aerului exterior asupra elementului de construcție considerat care se determină pentru o anumită localitate,orientare si ora cu relația :

= + * I,

Unde :

– temperatura exterioară echivalentă de calcul,;

A – coeficient de absorbție al radiației solare,;

A = 0,4 – culori deschise

A = 0,7 – culori închise ( roșu, verde, cenușiu )

A = 0,9 – culori foarte închise

– coeficient de convecție al aerului exterior;

I – intensitatea radiației solare totale;

Conform cu STAS 6648-1-82 :

= 17,5 ;

Intensitatea radiației solare se calculează conform STAS 6648-2-82 având următoarea formulă :

I = * * + ,

Unde :

– factor de corecție în funcție de starea atmosferică;

– factor de corecție pentru localitățile situate la altitudini mai mari de 500 m;

– intensitatea radiației solare directe pentru luna iulie;

– intensitatea radiației solare difuze pentru luna iulie;

Tabel….

Pentru localitatea Sebeș se alege factorul de corecție în funcție de starea atmosferică egal cu :

= 0,92;

Tabel…

Altitudinea orașului Sebeș este aproximativ de 250 m, astfel alegem factorul de corecție egal cu :

= 1;

Variația intensității radiației solare directă si difuză în funcție de oră pe direcție verticală si orizontală se găsește in STAS 6648-2-82 :

Tabel…..

Datorită faptului ca hala de producție este orientată N-E-S-V, se calculează variația intensității radiației solare în funcție de oră pe suprafețele verticale cu formula de mai sus iar rezultatele sunt trecute în tabelul de mai jos :

Tabel….

Acum după ce avem valorile variației intensității radiației solare putem calcula temperatura exterioară echivalentă de calcul, iar rezultatele obținute sunt în tabelul de mai jos :

Tabel…..

Pentru acoperiș găsim în următorul tabel variația intensității radiației solare pe suprafețe orizontale în funcție de oră :

Tabel….

Având în vedere că intensitatea radiației solare este la fel pentru toate cele trei componente care se găsesc pe acoperiș ne reiese că temperatura exterioară echivalentă de calcul o sa fie de asemenea egală iar valorile ei sunt :

Techacop-temperatura echivalentă de calcul pentru acoperiș ;

Umiditatea relativă a aerului exterior conform Normativ I5 pentru localitatea Sebeș este :

= 28

d) Parametrii climatici interiori de calcul

Temperatura interioară

Temperatura aerului interior

Temperatura aerului interior pentru o clădire nouă conform SR EN 15251:2007 este cu maxim 10 mai mică decât temperatura aerului exterior așa că vom avea :

= 25

Umiditatea relativă a aerului interior

Umiditatea relativă se alege în limita de 40 – 60,iar valoarea acesteia o alegem sa fie în zona de confort termic.

= 50

Viteza aerului interior.Coeficient de convecție pentru aerul interior

Limitele maxime ale vitezei aerului interior sunt inconsistente în Europa și variază între 0,15-0,40 m/s (vara) și 0,15-0,25 (iarna).

= 0,25

Conform Normativ I5 2010 coeficientul de convecție pentru aerul interior este egal cu :

Pentru trecerea căldurii de jos in sus și prin pereți :

= 8

Pentru trecerea căldurii de sus în jos :

= 5,8

4.2 Necesarul de frig

Necesarul de frig pentru hala de producție se calculează după următoarea formulă :

= + ,

Unde,

– necesarul de frig al halei de producție, ;

– fluxul termic pătruns din exterior in zona condiționată, ;

– fluxul termic degajat din sursele interioare, ;

a) Fluxul de căldură pătruns din exterior

Acesta reprezintă fluxul de căldură pătruns în interiorul halei prin elementele de construcție, în acest caz pereții exterior și acoperișul halei.

= + ,

Unde,

– fluxul de căldură pătruns prin pereți, ;

– fluxul de căldură pătruns prin acoperiș, ;

Fluxul de căldură pătruns prin pereți

Dimensiunile halei de la Sebeș în format L-l-h sunt : 96-60-7,85 m, iar pereții acesteia sunt construiți din panouri tip sandwich cu miez de poliuretan și o grosime de 80 mm. Fiindcă partea nordică nu e în direct contact cu exteriorul, pentru acea parte fluxul de căldură pătruns prin pereți e irelevant pentru calculele noastre.

Fig. 4.2 Panou termoizolant cu miez de poliuretan

Fluxul de căldură pătruns prin pereții exteriori se calculează cu următoarea relație :

= * ,

Unde :

– aria pereților exteriori, ;

– fluxul de căldură unitar transmis prin pereți, ;

Aria unui perete exterior are forma :

= L * h, sau

= l * h,

De aici rezultă ca aria suprafețelor perețiilor exteriori este :

= L * h = 96 * 7,85 =753,6

= l * h = 60 * 7.85 = 471

= L* h = 96 * 7,85 = 753,6

Fluxul unitar prin pereții exteriori se calculează după formula :

= * ( – ),

Unde,

– coeficient de transfer termic global prin pereții exteriori,

Fluxurile termice unitare se calculează cu temperaturile maxime echivalente pe fiecare din cele patru puncte cardinale :

Nord : –

Est : = 0,26 * (40,86 – 25)= 4,12

Sud : = 0,26 * (44,75 – 25)= 5,13

Vest : = 0,26 * (48,54 – 25)= 6,12

Având fluxul de căldură unitar, putem foarte usor acuma sa calculăm fluxul de căldura pătruns prin pereții exteriori :

Nord : –

Est : = 753,6 * 4,12 = 3104,83 W

Sud : = 471 * 5,13 = 2416,23 W

Vest : = 753,6 * 6,12 = 4612,03 W

Tabel…..Flux termic pătruns prin pereți în funcție de orientare

Fluxul de căldură pătruns prin acoperiș

Relația de calcul pentru fluxul de căldură pătruns prin acoperiș e deasemenea egală cu :

= * ,

Dar trebuie calculate aici fluxurile pătrunse și prin luminatoare si trapele de fum. Acoperișul e construit deasemnea din panouri tip sandwich dar de această dată cu o grosime mai mică de doar 40 mm,iar în plus găsim luminatoarele și trapele de fum :

Fig. 4.3 Luminator pentru hale industriale

Fig. 4.4 Trape de fum pentru hale industrial

Tabel…

Fluxurile termice unitare se calculează cu temperatura maximă echivalentă pe suprafața orizontală :

Acoperiș : = 0,5 * (51,96 – 25) = 13,48

Luminatoare : = 3,6 * (51,96 – 25) = 97,05

Trape de fum : = 3,6 * (51,96 – 25) = 97,05

Având valorile fluxului termic unitar putem trece acum să calculăm fluxul de căldură pătruns prin acoperiș si elementele lui :

Acoperiș : = 5148 * 13,48 = 69880,32 W

Luminatoare : = 480 * 97,05 = 46584 W

Trape de fum : = 96 *97,05 = 9316,8 W

Tabel…..

Având valorile și putem calcula fluxul total pătruns din exterior prin elementele de construcție ale halei :

= + , ;

= 10133,09 + 125781,12 = 135914,21 W

b) Fluxul termic emis în interiorul halei de producție

Fluxul termic emis de personal

Fluxul termic emis de o persoană adultă variază între 65 W (perioada somnului) si 200 W (activitate fizică moderată). Valoarea depinde și de suprafața corpului și de gradul de îmbracare al acesteia. Pentru o persoană adultă tipică ( suprafața corpului cca. 1,6 ), valorile fluxului termic emis în funcție de activitatea desfașurată sunt date în tabel :

Tabel……

Sarcina termică emisă de personalul de deservire se exprimă cu relația :

= ,

Unde,

– numărul persoanelor de deservire;

– cantitatea de căldură degajată în unitatea de timp de o persoană;

– durata activității persoanelor în ore pe zii;

8 – timpul pentru care se calculează fluxul;

Atunci avem :

= = = 16000 W

Sarcina termică data de materialul rulant

Sarcina termică data de acestea este egală cu :

= ,

Unde,

– numărul de material rulant;

– puterea totală a materialului rulant, ce se compune din suma puterii motrice si puterii de ridicare;

– durata în care materialul rulant acționează;

8 – timpul pentru care se calculeaza fluxul;

Rezultă că vom avea :

= = = 10672 W

Fluxul termic dat de mașini si diverse aparate

Degajările de căldură ale motoarelor electrice de acționare a utilajelor tehnologice, se măsoară cu următoarea relație :

= P * s * * g * t,

În care :

P – puterea motorului de acționare, în kW;

s – gradul de simultaneitate între (0,5 – 1);

– randamentul motoarelor între (0,8 – 0,9);

g – gradul de utilizare al puterii instalate (0,7 – 0,9);

t – coeficient de reținere al căldurii în hală (0 – 1);

Tabel……

Sarcina termică data de corpurile de iluminat

Cantitatea de căldură degajată de corpurile de iluminat se determină cu relația :

= ,

Unde :

– numărul de corpuri de iluminat;

P – puterea fiecărui corp de iluminat;

– timpul de iluminare al lămpilor;

8 – timpul pentru care se calculează fluxul;

= = = 24000 W

Sarcina termică transmisă datorită ventilării

Fluxul de căldură interior este egal cu :

= + + + + = 16000 + 10672 + 12450 + 24000+ = 63122 W

Necesarul de frig total este :

= + = 135914,21 + 63122 = 199036,21 W

V Dimensionarea instalației

Alegerea sistemului de răcire aferent halei de producție se face în corelație cu confortul termic ce trebuie asigurat si gradul de dotare tehnică pentru care exista disponibilitatea financiară a beneficiarului.

Răcirea adiabatică își are originile încă de pe vremea Imperiului Roman, și este un proces prin care se reduce temperatura aerului, ca urmare a evaporării apei din aer. Acum peste 2000 mii de ani sistemul a fost folosit pentru a reduce temperatura dintr-o cameră caldă prin pulverizarea de apă în aer sau pe podea, care are un efect de răcire asupra zonei când apa se evapora.

Astăzi principiul de răcire adiabatică poate fii folosit pentru a reduce considerabil costurile obținerii confortului termic dorit în anotimpul de vară. Aceasta este o tehnică antică perfecționată și introdusă recent în secolul XXI.

Pentru necesarul de frig din hala de producție sunt folosite bateriile adiabatice Cold Air TA 209. Acesta are o importanță deosebită, deoarece stă la baza dimensionării întregii instalații de climatizare. Temperatura aerului interior este cel mai important parametru de confort termic. Totodata este foarte importantă în energetica întregii clădiri pentru că ea determină consumurile energetice pentru răcire.

Răcitoarele evaporative COLD AIR sunt echipamente care răcesc aerul prin reducerea căldurii sensibile conținute în acesta. Procesul de evaporare al apei care vine în contact cu aerul tratat asigură reducerea căldurii sensibile din aerul respectiv: aerul exterior trece prin filtre din celuloză cu structură specială, udate cu apă, acesta își pierde o parte din căldura sa în timpul procesului de evaporare a apei și își scade temperatura.

Fig. 5.1 Răcitor evaporative Cold Air

Ventilatorul, instalat în interiorul răcitoarelor evaporative COLD AIR, furnizează clădirii aerul racit.Răcitorul de aer introduce în clădire mari cantități de aer proaspăt și îndepărtează aerul cald din clădire prin uși, ferestre și deschideri de evacuare. Dacă sistemul nu are posibilitatea de a evacua volumul mare de aer introdus în clădire, presiunea aerului din interior va crește, făcând ca motorul ventilatorului să încetinească și, prin urmare, să scadă eficiența unității.

Aceste răcitoare evaporative reprezintă o technologie modernă pentru răcirea clădirilor mari :

fabrici și ateliere;

magazine și depozite;

spații comerciale,centre sportive,săli de sport,săli expoziționale;

restaurante și fast-food-uri;

Dacă sistemul poate să evacueze aerul viciat în aceeași cantitate cu aerul proaspăt introdus, atunci acesta va funcționa la capacitatea sa maxima. Starea ideală de montare al acestuia ar fii acoperișul și poziționarea difuzorului de aer cât mai departe de ferestre, astfel încât aerul introdus să nu fie rapid evacuat. Acesta nu funcționează ca un sistem de aer condiționat convențional așa că ușile si ferestrele nu trebuie să stea închise deoarece acest lucru ar duce la o creștere a umidității în incinta halei,lucru care scade eficiența racitoarelor evaporative. În momentul în care umiditatea aerul exterior este cat mai scăzută atunci bateriile adiabatice Cold Air au o eficiență mai ridicată.

Fig. 5.2 Exemplu de montaj exterior și interior al răcitorului evaporativ

Bateria adiabatică Cold Air TA 209 are următoarele componente :

Structura externă din ABS

Fig. 5.3 Corpul răcitorului evaporativ de pe acoperiș

Ventilator axial de mare presiune

Fig. 5.4 Ventilator axial

Sunt în general produse proiectate să reziste în condiții dificile și să ruleze silențios fiind ușor de instalat si întreținut.

Filtre evaporative din celuloză

Fig. 5.5 Filtru evaporativ

Acestea sunt de tip celdek 50/90, cu o grosime de 100 mm. Acestea au o eficiență de saturație de 80 .

Circuit de irigație al filtrelor

Fig. 5.6 Mecanismul de irigare la filtrelor din celuloză

Pompa de recirculare

Fig. 5.7 Pompă de recirculare apa

Introduce apa până în vârful panoului pentru a-l umezi și pentru a se produce răcirea. Acest tip de pompe sunt confecționate manual, având o calitate și o performanță superioară, ea dispune și de un motor interior cu magneți permanenți.

Difuzor de aer cu patru căi

Fig.5.8 difuzor aer cu patru căi

Acesta se folosește pentru o mai bună distribuire a aerului proapăt introdus în hala de producție.

Unitatea de comandă

Fig. 5.9 Panoul de control al bateriei adiabatice

Răcitorul evaporativ Cold Air TA 209 mai dispune de asemenea de o curățare automată la fiecare trei ore când unitatea își opreste ciclul de răcire timp de cateva minute, iar apa din răcitor este golită și schimbată cu apă proaspăt care va clăti și curăța filtrele de orice impuritate sau rezidurii minerale, și la final rezervorul o să fie golit și lăsat curat și uscat pentru a elimina posibilitatea de a se forma bacterii.

Principiul de funcționare a bateriei adiabatice se bazează pe utilizarea apei de la rețeaua publică de apă care în zilele toride poate atinge o temperatură de până la 27 . Aceasta ajunge pe filtrele evaporative cu ajutorul dispozitivului de irigare montat în partea de sus al filtrelor. Aerul cald străbate filtrele producând astfel o evaporare a apei din filtre si implicit răcindu-se, iar apoi ventilatorul axial trece aerul prin difuzoare pentru o mai bună distribuire a aerului proaspăt răcit către hala de producție.

Fig. 5.10 Principiul de funcționare a bateriilor adiabatice

Costurile implementării unui astfel de sistem de răcire ajung la aproximativ 20.000 RON / buc în comparație cu alte modele care trec ușor de această sumă.

Avantajele de a folosi un răcitor evaporativ sunt multiple, din care voi amintii câteva :

tratarea volumelor mari de aer pentru a asigura multe schimburi de aer

filtrarea aerului

răcirea aerului

posibilitatea de folosire în regim de numai ventilare în anotimpurile mai reci

costuri scăzute ale sistemului de răcire,de funcționare și de mentenanță

consum energetic scăzut

nu folosește agent termic,deci nu are nici un impact asupra mediului

îmbunătățește igiena mediului ambiant interior

dimensiune redusă a sistemului si simplificare a instalării, utilizării și mentenanței

Tabel … Caracteristicile tehnice ale bateriei adiabatice Cold Air TA 209

Având în vedere că bateria adiabatică TA 209 are o putere de răcire de 30 kW, iar fluxul de căldură pătruns în hală, cât și cel care se produce în interior este egal cu 199.03 kW, rezultă că pentru a atinge confortul dorit personalului de deservire al halei este nevoie de 7 baterii adiabatice Cold Air TA 209.