Instalatie de Incalzire Pentru O Cladire de Locuit
ABSTRACT
The subject for this project is to design a heating system for a residential building, having the number of storeys 1 basement +groundfloor + 10 floors.
The technical solution adopted is thermal power plant that will run on biomass as fuel. Heat is prepared in three FACI boilers of steel, equiped with combustion chamber. Produced heat is distributed to static heating convecto-radiators and for preparing domestic hot water.
The primary heating circuit is separated from the secondary circuit by a thermohydraulic module for each apartment. The module is equiped with a Wilo pump, type STRATOS PICO.
Heat metering is performed for each apartment and for each tertiary area.
The heating system is fully automatic through the main control panel.
The pumps installed in the thermal power plant cover pressure loss for each circuit on which they are mounted: boilers circuit, heating circuit and domestic how water circuit.
The system is equipped with a water softening station, strainer, closed expansion vessels, safety valves and pressure equalizing tank PET for both primary and secondary circuit and for boiler – PET – boiler circuit.
TEMA DE PROIECTARE
Să se dimensioneze, la nivel de proiect tehnic, o instalație modernă de încălzire și preparare a apei calde de consum menajer, pentru o clădire de locuit, având regimul de înălțime S+P+10E, situoată în orașul Piatra-Neamț, folosind cazane pe biomasă
Încălzirea se realizează prin centrala termica pe biomasă amplasată separat față de clădirile încălzite.
Pentru sezonul rece centrala prepară agent termic atât pentru consumatorul sezonier cât și pentru cel permanent, cu prioritate pentru consumatorul sezonier.
Coloanele și conductele orizontale din apartamente se vor executa din PP-R (polipropilena), iar rețeaua de distribuție se va executa din oțel.
CUPRINS
CAPITOLUL 1 – PROTECȚIA TERMICĂ A CLĂDIRILOR………………………………………..1
1.1 Determinarea rezistențelor termice specifice ale elementelor de construcție opace………………………………………………………………………………………………………………12
1.2 Determinarea coeficientului global de izolare termică (G)………………………………….21
1.3 Determinarea coeficientului global normat de izolare termică (GN)…………………24
1.4 Verificarea nivelului de izolare termică globală…………………………………………25
CAPITOLUL 2 – NECESARUL DE CĂLDURĂ PENTRU ÎNCĂLZIRE ……………………..26
2.1 Necesarul de căldură pentru clădiri obișnuite ………………………………………………….26
2.2 Calculul propriu-zis ……………………………………………………………………………………..32
CAPITOLUL 3 – CORPURI DE ÎNCĂLZIRE…………………………………………………………38
3.1 Alegerea tipului de corp de încălzire……………………………………………………………….38
3.2 Amplasarea corpurilor de încălzire…………………………………………………………………38
3.3 Racordarea corpurilor de încălzire………………………………………………………………….38
3.4 Dimensionarea corpurilor de încălzire…………………………………………………………….39
CAPITOLUL 4 – CALCULUL HIDRAULIC AL COLOANELOR ȘI CONDUCTELOR DE DISTRIBUȚIE…………………………………………………………………………………………………..42
4.1 Operațiuni și date preliminare calculului de dimensionare…………………………………43
4.2 Dimensionarea hidraulică a conductelor din sistemul de încalzire cu apă caldă și circulație fortată pentru rețele bitub cu distribuție inferioară…………………………………….43
4.3 Dimensionarea conductelor orizontale din apartamente……………………………………52
4.4 Dimensionarea hidraulică a unei coloane bitub din sistemul de încalzire cu apă caldă și circulație fortată cu distribuție inferioară, pentru consumatori colectivi………….61
4.5 Dmensionarea conductelor rețelei de distribuție arborescentă……………………………64
4.6 Dimensionarea echipamentelor de la consumatori……………………………………………66
CAPITOLUL 5 – CENTRALA TERMICĂ………………………………………………………………72
5.1 Clasificarea centralelor termice……………………………………………………………………..72
5.2 Calculul numărului de ferestre și a suprafeței acestora din centrala termică………..72
5.3 Dimensionarea echipamentelor din centrala termică…………………………………………73
5.4 Gospodăria de combustibil……………………………………………………………………………87
5.5 Evacuarea gazelor de ardere………………………………………………………………………..90
BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………………………97
ANEXE…………………………………………………………………………………………………………….99
PIESE DESENATE
Plan amplasare corpuri de încălzire parter Planșa nr. 1
Plan amplasare corpuri de încălzire etaj curent Planșa nr. 2
Plan amplasare corpuri de încălzire ultimul etaj Planșa nr. 3
Schema coloanelor Planșa nr. 4
Schema de calcul a rețelei de distribuție Planșa nr. 5
Detaliu de execuție modul termohidraulic Planșa nr. 6
Schema de principiu a centralei termice Planșa nr. 7
Plan amplasare echipamente Planșa nr. 8
Plan centrală termică + detealiu de execuție BEP Planșa nr. 9
Schema desfășurată a centralei termice Planșa nr. 10
Plan amplasare centrală termică (plan cartier) Planșa nr. 11
ANEXE
ANEXA 1 Caracteristici tehnice ale radiatoarelor Vogel & Noot
ANEXA 2 Caracteristici tehnice ale radiatoarelor SAN REMO
ANEXA 3 Caracteristici tehnice ale pompelor de circulație apartamente WILO
ANEXA 4 Caracteristici tehnice ale centralei termice FACI F 100
ANEXA 5 Caracteristici tehnice ale schimbătorului de căldură în plăci ZILMET
ANEXA 6 Caracteristici tehnice ale rezervorului de acumulare ELBI
ANEXA 7 Caracteristici tehnice ale supapelor de siguranță
ANEXA 8 Caracteristici tehnice ale vasului de expansiune închis ELBERL
ANEXA 9 Caracteristici tehnice ale pompei de circulatie a.c.m. WILO
ANEXA 10 Caracteristici tehnice ale pompei de circulație încălzire WILO
ANEXA 11 Caracteristici tehnice ale pompei de injecție cazan WILO
ANEXA 12 Caracteristici tehnice ale stației de dedurizare SIMPLEX
ANEXA 13 Caracteristici tehnice ale filtrelor de impurități CALOR
ANEXA 14 Caracteristici tehnice ale robineților cu 3 căi
ANEXA 15 Caracteristici tehnice ale coșului de fum CALOR
MEMORIU JUSTIFICATIV
Clădirea pentru care s-a realizat proiectarea instalației de încălzire este de tip locuințe. Locația acestei clădiri se află în orașul Piatra-Neamț, pentru care s-au extras din SR 1907/1, temperatura exterioară θe = -18oC fiind în zona climatică III și zona eoliană IV. Direcția de amplasare a clădirii din punct de vedere al orientării este EST pentru fațada cu intrarea principală.
Clădirea este în formă de ,,I’’ și este împărțită de două dreptunghiuri separate de un rost de dilatare care să permită celor două corpuri ale clădirii să se miște independent pentru a rezista la evenimente seismice. Structura portantă este realizată din piloni, grinzi și planșee din beton armat. Pereții de închidere vor fi realizați din tencuială din mortar de var 1,5 [cm], zidărie BCA de 30 [cm] + polistiren celular de 5 [cm] + tencuială din mortar de var-ciment 3 [cm]. Compartimentarea clădirii este realizată în funcție de destinația spațiilor. Regimul de înalțime al clădirii S+P+10E este de 30,25 [m].
Instalația interioară asigură necesarul de căldură calculat conform SR 1907 și este o instalație de încălzire bitub, modernă, cu circulație forțată și distribuție inferioară.
1. Instalația interioară de încălzire
Instalația interioară de încălzire este de tip bitubular, cu circulație forțată, rețeaua de distribuție executându-se prin spațiul de la subsolul clădirii. Materialul din care este executată rețeaua de distribuție este oțelul.
Corpurile de încălzire utlizate sunt convecto-radiatoare din oțel compacte, fabricate de Vogel & Noot. Înălțimea acestor radiatoare trebuie să corespundă înălțimii parapetului. Radiatoarele sunt alese având înălțimea h = 600 iar lungimea și numărul de panouri respectiv aripioare depind de puterea termică necesară pentru a acoperi necesarul de căldură a încăperii respective. Pentru băi se vor folosi corpuri de încălzire port-prosop, fabricate de LAZZARINI.
Coloanele nu se vor izola termic. Materialul din care sunt executate coloanele este PP-R (polipropilena).
Pentru preluarea dilatărilor, conform Normativului l-13 art. 13.6, coloanele verticale ale instalațiilor de încălzire se prevăd cu lire de dilatare plasate din două în două etaje și suporturi fixe la mijlocul porțiunilor de coloană separate prin laira de dilatare.
Distibuția orizontală este executată din PPR prin pardoseală.
Pentru invenții în caz de avarie a unei coloane, fiecare coloană va fi prevăzută cu robinet de închidere și de golire pentru a permite funcționalitatea parțială a rețelei de distribuție în timpul reparațiilor conform art. 5.20 din Normativul l-13. Robinetele de reglaj aferente radiatoarelor vor fi reaglate înainte de montare, astfel încât să poată prelua excendentul de presiune, realizându-se astfel echilibrarea hidraulică. Treapta de reglare se stabilește în funcție de debitul de fluid ce trece prin robinet și pierderea de sarcină ce trebuie disipată de aceasta.
Rețaua de distribuție a agentului termic se montează la subsol și este izolată de cochilii de vată minerală. Susținerea conducteor se realizează prin intermediul reazmelor fixe și mobile.
Circuitul primar (coloana de încălzire) este separat de circuitul secundar (rețeaua de distribuție orizontală) prin intermediul modului termohidraulic ce are în componența sa o butelie de egalizare a presiunii capabilă să ,,amortizeze” dezechilibrul și să separe orice dezechilibru apărut pe un circuit sau altul și dictribuitor/colector. Această ,,amortizare” se realizează la viteze mici de circulație a agentului termic prin BEP (v = 0,1m/s). Dezechilibrul apare sub forma de perturbație hidraulică: închideri/deschideri de pompe, robinete etc.. De asemenea modul termohidraulic este echipat cu următoarele componente:
contor de căldură(senzori de temperatură pe conducta de ducere/întoarcere, debimetru);
robinet de echilibrare hidraulică;
robinete de izolare;
pompă de circulațiede tip STRATOS PICO15/1-6, firma WILO.
distribuitor/colector
clapetă de sens
robinet de golire
dezaerator automat
2. Descrierea centralei termice
Centrala termică este amplasată, separat de cladirile încălzite.
Sarcina termică pentru asigurarea necesarului de căldură și preparare a apei calde de consum ( a.c.c) este de 3375,2 [kW].
Agentul termic necesar pentru încălzire respectiv prepararea a.c.c este produs cu ajutorul a trei cazane de tip FACI F 100 cu putere de 1395 kW fiecare. Cazanele functionează în cascadă a cazanelor. Funcționarea se realizează cu ajutorul unui panou de comandă digital, instrucțiunile de folosire ale acestuia se găsesc în cartea tehnică atașată în anexe. Se generează agent termic atât pentru consumatorii sezonieri, adică de încălzire, cât și pentru consumatorii permanenți, prepararea a.c.c.; cele trei pompe de circulație (pompa de injecție cazan, pompa de circulație încălzire și cea pentru prepararea a.c.c.) funcționează independent, agentul termic fiind preparat simultan sau succesiv atât pentru consumatorii sezonieri cât și pentru permanenți. Pe perioada caldă lucrurile se simplifică: energia preparată de centrala termică trebuie să asigure necesarul pentru prepararea a.c.c.
Fiecare cazan este prevazut cu o supapă de siguranță + una de rezervă, cu diametrul de 1 1/4”. Cazanele funcționează pe combustibil solid (biomasă), dimensionarea arzătorului nemaifiind necesară.
3. Montarea și instalarea utilajelor
Cazanul este realizat din oțel de înaltă calitate, având inclusă camera de ardere. Garantează un randament ridicat si o durata de viață îndelungata.
Pe conducta de retur este montat un robinet de amestec cu 3 căi ce are rol de protectie la retur rece și o pompă de injecție ce asigură pierderile de sarcină pe traseul cazan – butelie de egalizare a presiunii – cazan.
Racordarea cazanelor se realizează prin buclă Tickelman, obținându-se o echilibrare hidraulică a circuitelor de agent termic prin cazan în centrala termică. Această echilibrare se realizează prin egalizarea lungimilor circuitelor.
Pentru circuitul consumatorului sezonier este prevazută o pompă + una de rezervă, de tip IP–E 80/140-4/2-R1, fabricată de WILO, cu turație variabilă care este comandată automat pentru asigurarea debitului optim de apă corespunzător debitului de căldură cerut de consumator.
Pentru circuitul consumatorului permanent este prevăzută o pompă + una de rezervă tip TOP–Z 80/10 3~TG PN 6, prevăzută cu convertor de frecvență, producătorul fiind tot WILO.
Debitul de căldură produs de centrala termică este concentrat într-o butelie de egalizare a presiunii BEP orizontală cu Ø900 mm și L=5,7 m. Această butelie de egalizare a presiunii este echipată cu un robinet de golire, manometru, termometru și dezaerisitor automat. Această soluție de separare a circuitului rețelei cazan – BEP- cazan de celelalte circuite are rolul benefic menționat mai sus și reduce numărul de porniri –opriri succesive ale cazanelor respectiv ale pompelor de injecție.
Dacă cazanul master nu face față necesarului de căldură, automatizarea comandă pornirea cazanelor slave astfel încât debitul de căldură cerut să fie satisfăcut. Oprirrea cazanelor la funcționarea în cascada se relizează după regula ,,ultimul cazan pornit este primul oprit’’. În acest sens este important de menționat că funcționarea în cascadă funcționează realizează și o uniformizare a uzurii cazanelor și echipamentelor aferente, lucru urmarit și comandat de către tabloul de automatizare.
Filtru de impurități este prevăzut înaintea echipamentelor ,,sensibile’’ cumar fi robinete cu 3 căi pentru a evita colmatarea acestora. Poziția de montare permite scoaterea ușoară a cartușului filtrant pentru curățire. În acest sens se prevăd robinete de izolare în amonte și aval.
Stația de dedurizare monobloc este de tip SIMPLEX AUTOTROL LGX255 R16V, cu un debit de uz thnic de 1600l/h și are rolul de a asigura o duritate optimă a apei pentru a nu compromite funcționarea generatoarelor de căldură prin depunerile de crustă ce capătă, în timp grosimi apreciabile, pe suprafața de schimb de căldură. Timer-ul electronic cu care este echipată stația de dedurizare comandă regenerarea rășinilor în funcție de timp sau volum. Alimentarea cu apă rece se face de la rețeaua de apă a localității.
Menținerea presiunii în circuitul de preparare a agentului termic se realizează prin vaselede expansiune închise cu membrane, tip ELBERL 2000L, cu volumul de 2000l.
Pentru evacuarea gazelor de ardere, cazanele fiecare la câte un coș de fum amplasat în exteriorul încăperii centralei, prin intermediul canalelor de fum. Coșul de fum are secțiune circular, având diametru interior de 600 mm și o înăltime de 31 m. canalul de fum este prezăzut cu clapetă contra exploziei, gură de vizitare și dispozitiv de evacuare a condensului.
În centrala termică, conform Normativului l-13-02, utilajele sunt prevazute cu armături de închidere, reținere, golire și siguranță. Toate aceste armături se montează în poziția închis astfel încât să permită o funcționare normală a instalației.
CAPITOLUL 1 – PROTECȚIA TERMICĂ A CLĂDIRILOR
Protecția termică a elementelor de construcții care delimiteaza încăperile încălzite, se realizează în vederea asigurării cilmatului interior impus de exigențele igienico-sanitare și de confort la clădirile de locuit și terțiare de condițiile necesare desfășurării muncii și procesului tehnologic la clădirile industriale, precum și pentru reducerea consumului de energie și de combustibil în exploatare. Protecția termică se realizează atât pentru elementele de construcție perimetrale, cât și pentru elementele de construcție interioare care despart spații între care există o diferență de temperatură mai mare de 5 K.
În cadrul acestui capitol se urmarește determinarea rezistențelor termice de calcul a tuturor elementelor perimetrale și de compartimentare, a grosimii de izolație în urma unui calcul de verificare termică, iar în final verificarea nivelului de izolare termică globală ce presupune determinarea coeficientului global de izolare termică (G) și compararea acestuia cu valorile normate ale coeficientului global normat de izolare termică (GN).
Determinarea rezistențelor termice specifice ale elementelor de construcție opace.
Rezistența termică specifică unidirecțională -R-
Rezistența termică specifică unidirecțională a unui element de construcție alcătuit din unul sau mai multe straturi omogene, fară punți termice, inclisiv, din eventuale straturi de aer neventilat, dispuse perpendicular pe direcția fluxului termic se calculează cu relația:
R=Rsi+ΣRs+ΣRa+Rse [m2K/W]
În care:
Rsi – sunt rezistențele termice superficiale interioare;
Rs – rezistența termică specifică a unui strat omogen al elementului de construcție și se determină cu relația:
Rs=δ/λ [m2K/W]
În care:
δ – grosimea de calcul a stratului [m];
λ – conductivitatea termică de calcul a materialului [W/m2K];
Ra – rezistențele termice ale straturilor de aer neventilate (tab. 1.2) se iau în funcție de direcția și sensul fluxului termic și de grosimea stratului de aer;
Rse – sunt rezistențele termice superficiale exterioare.
Rsi și Rse se determină cu relațiile:
Rsi=1/hi [m2K/W]
Rse=1/he [m2K/W]
În care:
hi – reprezintă coeficientul de transfer termic superficial interior,
he – reprezintă coeficientul de transfer termic superficial exterior.
Valorile rezistențelor și ale coeficienților se consideră în calcule în funcție de direcția și sensul fluxului termic conform tabelului 1.1; la determinarea rezistențelor termice ale elementelor de construcție interioare, pe ambele suprafețe ale elementului se consideră valori hi=he=8 [W/ m2K]; în spațiile neîncălzite, indiferent de sensul fluxului termic, se consideră hi=he=8 [W/m2K];
Tabelul 1.1 Coeficienții de transfer termic superficial hi/he în [W/m2K] și rezistențele termice superficiale Rsi/Rse, în [m2K/W].
Tabelul 1.2 Rezistențele termice ale straturilor de aer neventilate Ra [m2K/W]
Rezistențele termice specifice normate pentru reducerea consumului de energie.
Rezistențele termice medii R’m pe clădire, pe fiecare element se compară cu rezistențele termice R’min indicate de actele normative în vigoare, astfel încât sa fie îndeplinită condiția:
R’m≥R’min [m2K/W]
Pentru clădirile de locuit valorile normate ale rezistențelor minime R’min se dau în tabelul 1.3;
Tabelul 1.3 Rezistențele termice minime R’min ale elementelor de construcții, pe ansamblul clădirilor de locuit (C107/1 Anexa 3 la Partea 1, MO 820/2010)
Rezistența termică necesară. Calculul grosimii izolației.
Perete exterior
Figura 1.1 – Structură perete exterior
În figura 1.1 este prezentată structura peretelui exterior, fiecare strat fiind numerotat de la interior (1) spre exterior (4).
Rezistența termică necesară este egală cu rezistența termică specifică normată pentru reducerea consumului de energie.
Rnec=R’min=1,8 [m2K/W]
Calculul grosimii izolației pentru elementele de construcții care nu corespund cerințelor impuse de rezistența necesară Rnec se face pornind de la conditia:
RFnec≥ R’min [m2K/W]
Calculul grosimii izolației rezultă din relația:
Riz=δiz/λiz=Rnec-Recn=>
=>δiz=λiz*(Rnec-Recn)=0,035*(1,8-1)=0,025 [m]
Unde:
Recn – reprezintă rezistența elementelor de construcție neizolate și se calculează cu relația:
Recn= Rsi+ΣRsj+Rse=0,125+0,91+0,042=1,08 [m2K/W]
Conform tabelului 1.1, pentru elementele de construcție în contact cu exteriorul:
Rsi=1/hi=1/8=0,125 [m2K/W]
Rse=1/he=1/24=0,042 [m2K/W]
Rezistența terimcă a unui strat omogen, după cum s-a amintit în subcapitolul 1.1.1, se stabilește cu relația:
Rs=δ/λ [m2K/W]
Astfel:
Rs1=0,015/0,7=0,021 [m2K/W]
Rs2=0,3/0,35=0,857 [m2K/W]
Rs3=0,03/0,93=0,032 [m2K/W]
ΣRsj= Rs1+Rs2+Rs1=0,021+0,857+0,032=0,91 [m2K/W]
Conform datelor producătorului de polistiren celular, aleg grosimea izolației δiz+=5 [cm]
Recalculând rezistența elementului de construcție, va rezulta:
R’m=RF=( δiz+/λiz+Recn)*r=(0,05/0,035+1,08)*0,85=2,13 [m2K/W]
În care:
r – factorul de corecție introdus pentru a compensa efectuarea punților termice;
r=0,85
Coeficientul de asimilare termică, s24, se stabilește din C107/3 Anexa A “Caracteristicile termotehnice ale materialelor de construcții“
Indicele de inerție termică, D, pentru un element de construcție plan, alcătuit din mai multe straturi dispuse perpendicular pe fluxul termic se calculează cu relația: D=Σ(R*s24) [-]
Tabelul 1.4 Tabel centralizator de calcul corespunzător structurii peretelui exterior.
Terasă
Figura 1.2 – Structură terasă
În figura 1.2 este prezentată structura terasei, fiecare strat fiind numerotat de la interior (1) spre exterior (8).
Rezistența termică necesară este egală cu rezistența termică specifică normată pentru reducerea consumului de energie.
Rnec=R’min=5 [m2K/W]
Calculul grosimii izolației pentru elementele de construcții care nu corespund cerințelor impuse de rezistența necesară Rnec se face pornind de la conditia:
RFnec≥ R’min [m2K/W]
Calculul grosimii izolației rezultă din relația:
Riz=δiz/λiz=Rnec-Recn=>
=>δiz=λiz*(Rnec-Recn)=0,03*(5-1,4)=0,11 [m]
Unde:
Recn – reprezintă rezistența elementelor de construcție neizolate și se calculează cu relația:
Recn= Rsi+ΣRsj+Rse=0,125+1,273+0,042=1,44 [m2K/W]
Conform tabelului 1.1, pentru elementele de construcție în contact cu exteriorul:
Rsi=1/hi=1/8=0,125 [m2K/W]
Rse=1/he=1/24=0,042 [m2K/W]
Rezistența terimcă a unui strat omogen, după cum s-a amintit în subcapitolul 1.1.1, se stabilește cu relația:
Rs=δ/λ [m2K/W]
Astfel:
Rs1=0,015/0,7=0,021 [m2K/W]
Rs2=0,1/1,62=0,061 [m2K/W]
Rs3=0,05/0,46=0,108 [m2K/W]
Rs4=0,008/0,17=0,047 [m2K/W]
Rs5=0,03/0,93=0,032 [m2K/W]
Rs6=0,015/0,17=0,088 [m2K/W]
Rs7=0,03/0,26=0,115 [m2K/W]
ΣRsj= Rs1+Rs2+Rs1=0,021+0,108+0,047+0,032+0,882+0,115=1,273 [m2K/W]
Conform datelor producătorului de poliuretan rigid, aleg grosimea izolației δiz+=13 [cm]
Recalculând rezistența elementului de construcție, va rezulta:
R’m=RF=( δiz+/λiz+Recn)*r=(0,13/0,03+1,44)*0,9=5,19 [m2K/W]
În care:
r – factorul de corecție introdus pentru a compensa efectuarea punților termice;
r=0,9
Coeficientul de asimilare termică, s24, se stabilește din C107/3 Anexa A “Caracteristicile termotehnice ale materialelor de construcții“
Indicele de inerție termică, D, pentru un element de construcție plan, alcătuit din mai multe straturi dispuse perpendicular pe fluxul termic se calculează cu relația:
D=Σ(R*s24) [-]
Tabelul 1.5 Tabel centralizator de calcul corespunzător structurii terasei.
Planșeu
Figura 1.3 – Structură pardoseală caldă
În figura 1.3 este prezentată structura pardoselii calde, fiecare strat fiind numerotat de la interior (1) spre exterior (5).
Rezistența termică necesară este egală cu rezistența termică specifică normată pentru reducerea consumului de energie.
Rnec=R’min=2,9 [m2K/W]
Calculul grosimii izolației pentru elementele de construcții care nu corespund cerințelor impuse de rezistența necesară Rnec se face pornind de la conditia:
RFnec≥ R’min [m2K/W]
Calculul grosimii izolației rezultă din relația:
Riz=δiz/λiz=Rnec-Recn=>
=>δiz=λiz*(Rnec-Recn)=0,035*(2,9-0,489)=0,08 [m]
Unde:
Recn – reprezintă rezistența elementelor de construcție neizolate și se calculează cu relația:
Recn= Rsi+ΣRsj+Rse=0,166+0,278+0,042=0,486 [m2K/W]
Conform tabelului 1.1, pentru elementele de construcție în contact cu exteriorul:
Rsi=1/hi=1/6=0,166 [m2K/W]
Rse=1/he=1/24=0,042 [m2K/W]
Rezistența terimcă a unui strat omogen, după cum s-a amintit în subcapitolul 1.1.1, se stabilește cu relația:
Rs=δ/λ [m2K/W]
Astfel:
Rs1=0,02/0,14=0,142 [m2K/W]
Rs2=0,015/1,39=0,011 [m2K/W]
Rs3=0,15/1,62=0,092 [m2K/W]
Rs3=0,03/0,93=0,032 [m2K/W]
ΣRsj= Rs1+Rs2+Rs1=0,142+0,011+0,092+0,032=0,278 [m2K/W]
Conform datelor producătorului de polistiren celular, aleg grosimea izolației δiz+=10 [cm]
Recalculând rezistența elementului de construcție, va rezulta:
R’m=RF=( δiz+/λiz+Recn)*r=(0,1/0,035+0,486)*0,9=3,01 [m2K/W]
În care:
r – factorul de corecție introdus pentru a compensa efectuarea punților termice;
r=0,9
Coeficientul de asimilare termică, s24, se stabilește din C107/3 Anexa A “Caracteristicile termotehnice ale materialelor de construcții“
Indicele de inerție termică, D, pentru un element de construcție plan, alcătuit din mai multe straturi dispuse perpendicular pe fluxul termic se calculează cu relația:
D=Σ(R*s24) [-]
Tabelul 1.6 Tabel centralizator de calcul corespunzător planșeului cu pardoseală caldă.
Determinarea coeficientului global de izolare termică (G)
Coeficientul global de izolare termică a unei clădiri (G), este un parametru termo-energetic al anvelopei clădirii pe ansamblul acesteia și are semnificația unei sume a fluxurilor termice disipate (pierderilor de căldură realizate prin transmisie directă) prin suprsfsțs snvelopei clădirii, pentru o diferență de temperatură între interior și exterior de la 1K, raportată la volumul clădirii, la care se adaogă cele aferente reîmprospătării aerului interior, precum și cele datorate infiltrațiilor suplimentare de aer rece.
Coeficientul global de izolare termică se calculează cu relația:
G=Σ(L* Ԏj)/V+0,34*n [W/m3K]
În care:
L – coeficientul de cuplaj termic, calculat cu relația:
L=A/R’m [W/K]
Ԏ – factorul de corecție al temperaturii exterioare [-], și se calculează cu relația:
Ԏ=(θi-θu)/(θi-θe) [-]
Unde:
θi – temperatura interioară convențională de calcul pe timpul iernii, care la clădirile de locuit se consideră temperatura predominantă a încăperilor:
θi=20 [°C] (conform SR 1907-2)
θe – temperature exterioară convențională de calcul pentru perioada rece a anului, care se consideră în conformitate cu harta de zonare climatică a teritoriului României, pentru perioada de iarnă, indicată in figura 1.4, conform SR 1907/2014 astfel:
Zona I → θe = – 12 [°C]
Zona II → θe = – 15 [°C]
Zona III → θe = – 18 [°C]
Zona IV → θe = – 21 [°C]
Zona V → θe = – 25 [°C]
θu – temperatura în spațiile neîncălzite din exteriorul anvelopei, determinată pe baza unui calcul al bilanțului termic [°C]
θu=9 [°C]
V – volumul interior, încălzit, al clădirii cuprinzând atât încăperile încălzite direct (cu elemente de încălzire), cât și încăperile încălzite indirect (fără elemente de încălzire), dar la care căldura pătrunde prin pereții adiacenți, lipsiți de o termoizolație semificativă. În acest sens se consideră ca făcând parte din volumul clădirii: cămări, debarale, vestibuluri, holuri de intrare, casa scării, puțul liftului și alte spații comune [m3];
R’m – rezistența termică specifică corectată, medie, pe ansamblul clădirii, a unui element de construcție [m2K/W];
A – aria elementului de construcție [m2], având rezistența termică R’m;
n – viteza de ventilare naturală a clădirii, respectiv numărul de schimburi de aer pe oră [h-1]; n=0,6 [h-1].
Valorile n se iau din C107 Anexa 1, si sunt indicate în tabelul 1.7;
0,34 – reprezintă produsul dintre capacitatea calorică masică și densitatea aparentă a aerului:
ca=1000 [Ws/(kgK)]
ρa=1,23 [kg/m3]
ca*ρa=1230 [Ws/(m3K)]=1230/3600=0.34 [Wh/(m3K)]
Figura 1.4 Zonarea climatică a României
Tabelul 1.7 Numărul schimburilor de aer pe oră – n – [h-1] la clădiri de locuit (conform INCERC – București)
Calculul coeficientul de cuplaj termic (L) și a factorului de corecție al temperaturii exterioare (Ԏ)
Perete exterior
L=A/R’m=3978/2,13=1867 [W/K]
A=3978 [m2] (conform planului)
R’m=2,13 [m2K/W]
Ԏ=(θi-θu)/(θi-θe)=(20-(-18))/(20-(-18))=1 [-]
Terasă
L=A/R’m=662/5,19=128 [W/K]
A=662 [m2] (conform planului)
R’m=5,19 [m2K/W]
Ԏ=(θi-θu)/(θi-θe)=(20-(-18))/(20-(-18))=1 [-]
Planșeu
L=A/R’m=662/3,01=220 [W/K]
A=662 [m2] (conform planului)
R’m=3,01 [m2K/W]
Ԏ=(θi-θu)/(θi-θe)=(20-(9))/(20-(-18))=0,29 [-]
Volumul interior, încălzit, al încăperii:
V=20026 [m3] (conform planului)
Coeficientul global de izolare termică:
G=Σ(L* Ԏj)/V+0,34*n=
=(1867*1+128*1+220*0,29)/20026+0,34*0,6=0,31 [W/m3K]
Determinarea coeficientului global normat de izolare termică (GN)
Coeficientul global normat de izolare termică este stabilit funcție de :
– numărul de niveluri (N)
N=10
– raportul dintre aria anvelopei și volumul clădirii (A/V).
A/V=5302/20026=0,26 [m2/m3]
Aria anvelopei:
A=5302 [m2] (conform planului)
Volumul clădirii:
V=20026 [m3] (conform planului)
Valorile coeficienților globali normați – valabili pentru toate zonele climatice – sunt date în C107 Anexa 2, și sunt indicați în tabelul 1.8;
Tabelul 1.8 Coeficienți globali normați de izolare termică (GN) [W/m3K] la clădiri pe locuit.
Prin interpolare rezultă:
GN=(0,26-0,25)*(0,53-0,49)/(0,30-0,25)+0,49=0,50 [W/m3K]
Verificarea nivelului de izolare termică globală
Nivelul de izolare termică globală este corespunzător, dacă se realizează condiția:
G≤GN [W/m3K]
→ rezultă că este îndeplintă condiția G=0,31≤GN=0,50 [W/m3K]
CAPITOLUL 2 – NECESARUL DE CĂLDURĂ PENTRU ÎNCĂLZIRE
Necesarul de căldură pentru clădiri obișnuite
Clădirile au destinații, forme și caracteristici constructive diferite, iar pentru stabilirea caracteristicilor tehnice ale echipamentelor de încălzire este necesar să se calculeze necesarul de căldură care exprimă cantitatea de energie termică cedată de fiecare încăpere ăn mediul înconjurător.
Pe parcursul acestui capitol se vor stabili bazele teoretice necesare determinării necesarului de căldură prin metoda exactă și se vor întocmi tabele specifice unui astfel de calcul pentru fiecare încăpere ce face obiectul proiectului.
Metoda de calcul al necesarului de căldură pentru încălzire este reglementată prin STAS 1907 și se aplică toturor tipurilor de clădiri civile și industriale excepție făcând:
încăperi subterane,
spații închise limitate de elemente de construcție lipsite practic de masivitate termică,
construcții cu instalații de încălzire locală, având efecte pe zone limitate,
construcții sau încăperi încălzite rar, pe perioade scurte de timp,
construcții cu instalații de încălzire prin radiație de perete.
Necesarul de căldură de încălzire Ø exprimat în wați, al unei încăperi se calculează cu relația:
Unde:
ØT – flux termic cedat prin transmisie, considerat în regim termic staționar corespunzătordiferenței de temperatură între interiorul și exteriorul elementelor de construcție care delimitează încăperea, calculat conform 2.1.1, în wați,
Øi – sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul a aerului infiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns la deschiderea acestora, calculat conform 2.1.3, în wați,
Ao – Adaosul pentru orientare conform 2.1.2 și 2.1.2.1
Ac – Adaosul pentru compensarea efectului suprafețelor reci, conform 2.1.2 și 2.1.2.2
Fluxul termic cedat prin transmisie ØT
Fluxul termic cedat prin transmisie ØT, exprimat în wați, se calculează cu relația:
Pierderile de căldură au loc atât prin elementele de construcții în contact cu aerul pe ambele fețe Øe cât și prin sol Øs.
Fluxul termic prin transmisie Øe
Acesta se calculează cu relația:
În care:
m – coeficient de masivitate termică a elementelor de construcție exterioare, conform
2.1.1.2;
A – aria suprafeței fiecărui element de construcție determinată conform STAS 6472-3 în
[m2];
θi – temperatura interioară convențională de calcul, conform SR 1907-2, în [°C];
θe – temperatura spațiilor exterioare încăperii considerate, în [°C], care se ia după caz: temperatura exterioară convențională de calcul temperatura interioară convențională de calcul pentru încăperile alăturate;
R – rezistența termică specifică corectată a elementului de construcție considerat, în [m2K/W].
Øs – fluxul termic cedat prin sol, conform 2.1.1.3 în [W];
CM – coeficient de corecție al necesarului de căldură de calcul funcție de masa specifică aconstrucției, determinat conform 2.1.1.4.
Valoarea coeficientul de masivitate termică, m, a elementelor de construcție exterioare este dată în tabelul 2.1 și este dependent de indicele de inerție D al elementului de construcții; sau se calculează cu relația:
m=1,225-0,05*D
unde indicele de inerție termică D este dat de relația:
D=Σ(R*s24) [-]
Termenii sunt explicați în subcapitolul 1.1.3
Pentru elementele de construcții lipsite de inerție termică, cu D<1 (uși, ferestre, etc.), coeficientul de masivitate termică are valoarea cea mai mare m=1,2 iar pentru elementele de construcție interioare (pereți și planșee interioare etc.), coeficientul m=1
– pentru elementele de construcție cu D≥4,5 se consideră m=1;
– pentru tâmplăria exterioară se consideră D=0,5;
– pentru elementele de construcție în contact cu solul precum și planșeele peste
subsolurile neîncălzite se consideră m=1.
Tabelul 2.1 Valorile coeficientului de masivitate termică m
Fluxul termic cedat prin sol Øs, exprimat în wați se calculează astfel:
Toți termenii sunt explicați în SR 1907.
***În cadrul proiectului de față fluxul termic cedat prin sol nu se determină deoarce clădirea are subsol.
Coeficientul de corecție a necesarului de căldură de calcul CM se stabilește funcție de masa specifică a elementelor de construcție interioare ale construcției mpi, astfel:
– pentru mpi≤400 [kg/m2], CM=1
– pentru mpi >400 [kg/m2], CM=0,94
Masa specifică a construcției mpi se determină pentru întreaga construcție cu relația:
În care:
Mpi – masa tuturor elementelor de construcție interioare (pereții interiori, planșee între etaje, elemente de tâmplărie interioare); nu se ia în calcul masa elementelor de construcție perimetrale (pereți exteriori, ferestre, uși, acoperiș, planșeu peste subsol neîncălzit, pereți către casa scării, pereți care despart spații neîncălzite), în [W];
A – aria perimetrală a construcției prin care se produce disipare de flux termic (pereți exteriori, ferestre, uși pereți spre casa scării, planșeu peste subsoluri neîncălzite, planșeu sub pod, acoperișuri de tip terasă etc.) calculată conform 2.1.1 în [m2];
Se recomandă:
Pentru clădiri de locuit și similare lor precum și pentru clădiri social-culturale cu pereți interiori realizați din beton celular autoclavizat, cărămidă cu grosime mai mică de 0,125 [m], având planșee despărțitoare din beton armat cu grosime mai mică sau egală cu 0,10 [m], sau din alte materiale de construcție ușoare, CM=1.
Pentru celelalte construcții CM=0,94.
Fluxul termic cedat prin transmisie ØT este afectat de următoarele adaosuri în procente:
Ao – adaosul pentru orientare, în scopul diferențierii necesarului de căldură de calcul al încăperilor diferit expuse radiației solare;
Adaosul pentru orientare Ao afectează numai fluxul termic cedat prin elementele de construcție ale încăperilor cu pereți exteriori supraterani și are valorile din tabelul 2.2;
Tabelul 2.2 Valorile adaosurilor Ao
Pentru încăperi cu mai mulți pereți exteriori, adaosul Ao se stabilește corespunzător peretelui cu orientarea cea mai defavorabilă.
Ac – adaosul pentru compensarea efectului suprafețelor reci, în scopul corectării bilanțului termic al corpului omenesc în încăperile în care elementele de construcție cu rezistența specifică redusă, favorizează intensificarea cedării de căldură a corpului prin radiație.
Adaosul pentru compensarea efectului suprafețelor reci Ac afectează numai fluxul termic prin elementele de construcție ale încăperilor a căror rezistență termică medie Rm nu depășește 10 [m2K/W].
Rezistența Rm exprimată în [m2K/W] , se calculează cu relația:
În care:
AT – aria suprafeței totale a încăperii (reprezentând suma tuturor suprafețelor delimitatoare), în metri pătrați;
θi, θe, și ØT, au semnificațiile anterioare.
Valorile adaosului Ac se iau din graficul din figura 2.1
Pentru încăperi de producție cu specific de muncă ușoară sau de muncă medie, cu locuri de muncă staționare, adaosul Ac se prevede numai în cazul în care locurile de muncă sunt situate la o distanță mai mică de 5 [m] de suprafețe vitrate exterioare.
Adaosul Ac nu se prevede în următoarele situații:
În cazul depozitelor casei scării etc. sau încăperilor prin care oamenii trec sau staționează purtând îmbrăcămintea de stradă (de exemplu săli de expoziție);
În cazul încăperilor de producție cu specific de muncă medie cu locuri nestaționare sau cu specific de muncă grea;
În cazul încăperilor a căror rezistență termică medie Rm depășește 10 [m2K/W].
Figura 2.1 Valorile adaosului Ac
Sarcina termică Øi
Øi – sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul la temperatura interioară convențională de calcul, a aerului infiltrat prin neetanșeitățile ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns la deschiderea acestora, determinată ținând seama de numărul de schimburi de aer necesar în încăpere din condiții de confort fiziologic cu relația:
În care:
nao – numărul de schimburi de aer necesar în încăpere din condiții de confort fiziologic în [(m3/s)/m3];
Se recomandă următoarele valori:
pentru clădiri de locuit și similare lor:
– camere de locuit: nao=0,22×10-3 [(m3/s)/m3]; {0,792 [(m3/h)/ m3]}
– bucătării: nao=0,33×10-3 [(m3/s)/m3]; {1,19 [(m3/h)/ m3]}
– băi: nao=0,28×10-3 [(m3/s)/m3]; {1,0 [(m3/h)/ m3]}
pentru școli, grădinițe, creșe si spitale
naoV=7×10-3Np [m3/s]
Np – numărul de persoane
V – volumul încăperii, în [m3]
Cp – căldură specifică la presiune constantă a aerului la temperatura θi , în [J/kgK];
ρ – densitatea aerului la presiune constantă a aerului la temperatura θi, în [kg/m3];
θi și θe – au semnificațiile anterioare;
Qu – Sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convențională de calcul la temperatura interioară convențională de calcul a aerului pătruns la deschiderea ușilor exterioare în [W], se calculează cu relația:
În care:
Au – aria ușilor exterioare care se deschid, în [m2];
n – numărul deschiderilor ușilor exterioare într-o oră, în funcție de specificul clădirii;
θi și θe – au semnificațiile anterioare;
NOTE:
1. Sarcina termică Qu se ia în considerare numai în cazul încăperilor cu uși care se deschid frecvent (magazine, holuri de cinematografe etc.) și care nu sunt prevăzute cu sasuri sau perdele elastice. Luarea în considerare a acestei sarcini termice nu este suficientă pentru combatarea inconfortului determinat de curenții reci produși la deschiderea ușilor, efectele acestor curenți vor fi combătute prin măsuri adecvate.
2. Sarcina termică pentru încălzirea aerului pătruns prin ușile de circulație pentru vehicule mari, la care nu se pot prevedea sasuri, se consideră în calcul și se combate prin metode adecvate (de exemplu perdele de aer).
Calculul propriu-zis
Pentru fiecare încăpere în parte s-a întocmit un tabel de calcul al necesarului de căldură care conține elementele enumerate anterior. Temperaturile interioare sunt stabilite în SR 1907-2/97 și sunt indicate în tabelul 2.3;
Tabelul 2.3 Temperaturi interioare de calcul
CAPITOLUL 3 – CORPURI DE ÎNCĂLZIRE
Corpurile de încălzire sunt schimbătoare de căldură alimentate cu agent termic, apă sau abur, care emit căldură prin radiație și convecție și servesc la încălzirea încăperilor.
Alegerea tipului de corp de încălzire
Alegerea corpurilor de încălzire se face astfel încât la caracteristici termice similare sa fie utilizat corpul de încălzire:
Cu cel mai mic consum specific de metal;
Cu costul cel mai redus;
Cu inerție termică inferioară;
Care permite un grad mai mare de industrializare a execuției instalației;
Care necesită spații de montaj reduse.
Amplasarea corpurilor de încălzire
La amplasarea corpurilor de încălzire se urmărește:
Funcționarea lor cu eficiență maximă prin montarea lor la partea inferioară a încăperilor, în vecinătatea suprafețelor reci;
Corelarea cu elemente de construcții, evitîndu-de stânjenirea amplasării mobilierului, a utilajelor, a circulației persoanelor, a celorlalte instalații, precum și accesul la hidranții de incendiu;
Montarea la parapetul ferestrelor, paralel cu pereții finisați sau în imediata lor apropiere;
La casa scării, amplasarea, de regulă la parter; dacă necesarul de căldură nu poate fi acoperit de corpurile de încălzire amplasate la parter, se pot amplasa corpuri de încălzire și la nivelurile imediat superioare;
Respectarea prevederilor art. 5.10 (relativ la nișe pentru corpurilede încălzire) și 5.12 (relativ la căile de evacuare în caz de incendiu), din Normativul I13.
Mascarea corpurilor de încălzire în situațiile prevăzute de Normativul I13 și anume: în încăperi destinate copiilor preșcolari (creșe, cămine, grădinițe) cât și în alte încăperi cu risc de arsuri prin atingere, dacă agenții termici utilizati au parametrii ridicați; în încăperi cu cerințe estetice speciale; în alte situații la cererea binefeciarilor.
Racordarea corpurilor de încălzire
Racordarea corpurilor de încălzire la coloanele unei instalații de încălzire se poate face în cele cinci feluri indicate în figura 3.1.
Figura 3.1 Moduri de racordare a corpurilor de încălzire in instalație:
– sus-jos în diagonală;
– sus-jos pe aceiași parte;
– jos-jos;
– jos-sus în diagonală
– jos-sus pe aceiași parte.
Variantele de racordare influențează emisia termică a corpurilor de încălzire. De regulă, se folosesc racordările cu circulația agentului termic sus-jos, care conduc la cea mai mare putere termică și respectiv la cele mai reduse dimensiuni ale corpului de încălzire. În general corpurile de încălzire cu lungine sub 1,2 m se racordează pe aceiași parte (racordare tip b; dacă acest lucru este posibil prin construcția corpului) iar corpurile mai lungi de 1,2 m se racordează în diagonală (racordare tip a).
Dimensionarea corpurilor de încălzire
Calculul de dimensionare se face în conformitate cu prevederile generale din STAS 1797/1, corelate cu prevederile particulare ale: normelor de fabricație, instrucțiunilor de utilizare, prospectelor și agrementelor corpurilor de încălzire.
Mărimea și numărul corpurilor de încălzire montate într-o încăpere se determină prin calcul astfel încât puterea termică Øc a acestora să fie egală cu necesarul de căldură Ønec al încăperii conform STAS 1907/1.
Corpul de încălzire ales trebuie să aibă dimensiunile de gabarit corelate cu cele ale spațiului de montare existent în încăpere.
Se consideră că sarcina termică a corpului de încălzire Øc, afectată de o serie de coeficienți, trebuie să fie mai mare sau cel puțin egală cu sarcina termică a încăperii Ønec:
ε* Øc≥ Ønec
Unde:
ε – coeficient de eficiență al corpului de încălzire si se calculează cu relația:
În care:
cr – coeficient de corecție care ține seama de modul de racordare a corpului de încălzire, indicat în tabelul 3.1;
cm – coeficient de corecție care tine seama de locul de montare a corpurilor de încalzire, indicat în tabelul 3.1;
cθ – coeficient de corecție ce tine seama de diferența de temperatură dintre tur și retur și temperatura interioară de calcul, indicat în prospect;
ch – coeficient de corecție care ține seama de altitudinea (h) deasupra nivelului mării, indicat în tabelul 3.1;
cv – coeficient de corecție care ține deama de culoarea vopselei suprafeței exterioare a corpului de încălzire; pentru corpurile de încălzire livrate gata vopsite de producător, cv=1.
Corpurile de încălzire sunt radiatoare panou compacte din oțel. Acestea sunt vopsite în câmp electrostatic de producător și astfel se consideră coeficientul cv=1.
Tabelul 3.1 Coeficienți de corecție
Tabelul următor este întocmit pe baza relațiilor mai sus menționate și centralizează fiecare apartament, temperatura interioară convențională θi [°C], sarcina termică a încăperii Ønec [W], sarcina termică a corpului de încălzire ales ØCI [W], numărul de bucăți de radiatoare n, coeficienții de corecție c [-], coeficientul de eficiență al corpurilor de încălzire ε [-], puterea termică instalată respectiv modelul corpului de încălzire ales Øi [W].
CAPITOLUL 4 – CALCULUL HIDRAULIC AL
COLOANELOR ȘI CONDUCTELOR DE DISTRIBUȚIE
Calculul de dimensionare a rețelelor instalațiilor de încălzire urmărește stabilirea diametrelor conductelor de alimentare a corpurilor de încălzire.
Pierderile de sarcină în conducte se compun din pierderile de sarcină liniare Δpd, care sunt distribuite în lungul curentului și pierderi de sarcină locale Δpl, care se produc în zonele de neuniformitate (coturi, ramificații, robinete, etc.)
Pierderile de sarcină totale pentru un tronson de conductă sunt:
Pierderile de sarcină totele în cazul unei rețele formată din mai multe tronsoane:
Rlația pe baza căreia se calculează perderea de sarcină intr-un tronson de conducte sau astfel spus pe baza căreia se determină diametrul unui tronson de conducte are forma:
În calculele practice curente pot interveni două cazuri:
Cunoscută fiind rețeaua de conducte a instalației, cu caracteristicile fiecărui tronson (lungimea l, diametrul D, și debitul de fluid G) și traseul cu rezistențele locale, pe care să se determine pierderea de sarcină Δp. În acest caz, prin înlocuirea valorilor date în relația de calcul a pierderilor de sarcină într-un tronson de conducte și efectuarea operațiilor respective se obține pierderea de sarcină Δp.
Cunoscut fiind traseul rețelei de conducte și caracteristicile fiecărui tronson (lungimea l și debitul de fluid G) și în unele cazuri și presiunea disponibilă H, se cere să se determine diametrele conductelor care alcătuiesc tronsoanele rețelei. În acest caz problema se reduce la dimensionarea rețelei, care este mai dificilă, deoarece coeficientul lui Darcy λ depinde de diametrul D și de viteza v a fluidului.
Operațiuni și date preliminare calculului de dimensionare
Pentru calculul hidraulic al conductelor sunt necesare următoarele operațiuni preliminare:
Stabilirea schemei de calcul a instalației de încălzire (rețeaua de distribuții, coloane, racorduri, etc.);
Înscrierea debitelor de căldură pe tronsoanele care alcătuiesc schema de calcul;
Înscrierea lungimilor tronsoanelor, utilizând date rezultate din planurile de montare și schema coloanelor;
Cunoașterea parametrilor agentului termic (temperatura de ducere θd și de întoarcere θî);
Cunoașterea presiunii disponibile (dacă este cazul) din circuitul instalației;
Stabilirea materialului din care sunt confecționate conductele
Dimensionarea hidraulică a conductelor din sistemul de încalzire cu apă caldă și circulație fortată pentru rețele bitub cu distribuție inferioară.
Calculul de stabilire a diametrelor tronsoanelor de conducte se face pe baza planurilor, cunoscând configurația geometrică respectiv schema coloanelor. Elementele necesare pentru determinarea acestui calcul sunt:
Fluxul de căldură Ø;
Lungimea l a fiecărui tronson de conductă;
Parametrii apei calde θd/θî și în mod implicit ρd/ρî.
Racordarea la consumatori se face prin modul termohidraulic MTH cu butelie de egalizare a presiunilor BEP cu scopul producerii independenței hidraulice a consumatorului față de sursă și viceversa, cu efecte benefice în exploatare și distribuitor/colector D/C. De menționat faptul că se utilizează BEP și pentru a separa circuitul din centrala termică de coloana principală de distribuție a agentului termic pentru încălzire. Astfel se reduce gradul de uzură al pompelor și al cazanelor prin diminuarea numărului de porniri-opriri succesive în cazul în care sarcina la consumatori variază.
Etape de calcul:
Se stabilește presiunea disponibilă:
Unde:
HTM – presiunea termică medie, calculată pentru înălțimea maximă (h*) a coloanei de alimentare cu agent termic [Pa];
În care:
g – accelerația gravitațională locală [m/s²];
h – înălțimea maximă a coloanei (conform schemei de calcul) [m];
ρd – densitatea apei pe conducta de ducere la temperatura de 90 [ᵒC];
ρî – densitatea apei pe conducta de întoarcere la temperatura de 70 [ᵒC];
HDCmin – presiunea disponibilă minimă [Pa];
HDCmax – presiunea disponibilă minimă [Pa];
Se identifică consumatorul cel mai dezavantajat, care în cazul schemei de calcul este MTH 2 (apartament 2 etajul 10):
Se menționează faptul că acest consumator este considerat cel mai dezavantajat din punct de vedere termohidraulic și anume cel mai încărcat termic dar si cel mai depărtat față de punctul de racord.
Se calculează pierderea de sarcină liniară unitară medie minimă și maximă:
Rmin – pierderea de sarcina liniară unitară minimă [Pa/m];
Unde:
a – cota parte a pierderilor locale de sarcină;
Σl – suma lungimilor tronsoanelor conductelor;
Rmax – pierderea de sarcina liniară unitară maximă [Pa/m];
Se dimensionează conductele coloanei T1, T2, T3, obținandu-se diametrele și pierderile de sarcină totale pe fiecare tronson si se verifică condiția de echilibru hidraulic:
Încadrarea pierderilor de sarcină între cele două presiuni disponibile minime și maxime este necesară pentru a asigura o cât mai bună stabilitate hidrauică a circuitului.
Pentru calculul pierderilor de sarcină totale este necesară cunoasterea următorilor termeni:
R – pierderea de sarcină liniară unitară, care se stabileste din tabelul 4.2.3, din Manualul de Instalații volumul I, paginile 94-95, în funcție de fluxul termic și diametrele preliminare, în [Pa/m] pentru conducte din OȚEL; și din tabelul 4.2.9, din Manualul de Instalații volumul I (ediția 2010), pagina 102, în funcție de fluxul termic și diametrele preliminare, în [Pa/m] pentru conducte din PPR;
l – lungimile tronsoanelor, în [m];
Z – valoarea pierderilor locale de sarcină, calculată în funcție de viteza agentului termic și coeficienții de rezistență locală cu relația:
În care:
Σξ – coeficienții de rezistență locală, dependenți de forma obstacolului care produce rezistența locală, conform tabelului 4.2.4, din Manualul de Instalații volumul I (ediția 2010), paginile 96-97;
v – viteza agentului termic, viteză ce trebuie să se încadreze în limitele optime precizate în normativul I13/2002 (art. 17,18), în [m/s];
ρm – densitatea medie [kg/m3], calculată cu relația:
Claculele de dimensionare sunt centralizate în tabelele urmatoare pe baza perametrilor mai sus menționati pentru fiecare scară în parte.
Pentru Scara A:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Pentru Scara B:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Dimensionarea conductelor orizontale din apartamente
Circuitele radiale din apartamente sunt executate din PPR.
Calculul hidraulic presupune cunoașterea următorilor parametri:
puterea termică instalată corespunzătoare radiatorului Ø [kW], sau prin transformare in debitul de fluid V [l/s]:
În care:
cp – căldura specifică a apei [kJ/kg];
Δθ – diferența de temperatură dintre tur și retur, în [°C];
ρm – densitatea medie [kg/m3],
lungimea conductei, l (ducere+întoarcere), în [m].
Următoarea etapă presupune un calcul preliminar ce are în vedere stabilirea următorilor parametri (tabelul 4.2.9, pag. 100, “Manualul de Instalații” volumul I, ediția a-II-a, 2010):
diametrul conductei de PPR (Dn);
viteza agentului termic pe trnsonul de calcul v în [m/s];
pierderea de sarcină liniară unitară R, în [Pa/m].
Pierderile locale de sarcină Z se determină în funcție de caracteristica materialului. Pentru PPR:
Unde:
Σζ – suma coeficienților de rezistență locală (tabelul 4.2.4, pag. 96, “Manualul de Instalații” volumul I, ediția a-II-a, 2010):
v – viteza agentului termic pe trosonul de calcul în [m/s];
ρm – densitatea medie [kg/m3].
Dimensionarea conductelor pentru rețeaua orizontală de distribuție de la consumator se face ținând seama de viteza economică prevazută în normativul I-13.
Echilibrarea hidraulică se realizează prin compararea celorlalți consumatori (ca pierdere de sarcină) cu consumatorul cel mai dezavantajat și stabilirea excedentului de presiune ce este consumat în robinetul termostatic al radiatorului.
Consumatorul cel mai dezavantajat din punct de vedere termohidraulic reprezintă reperul în ceea ce privește pierderea de sarcină, pentru alegerea pompei montată în aval de modulul termohidraulic MTH. Debitul acestei pompe se determină ca fiind suma puterilor instalate în apartamentul considerat.
Claculele de dimensionare sunt centralizate în tabelele urmatoare pentru fiecare coloană pe baza perametrilor mai sus menționati.
Pentru Scara A:
Coloana T1
Pentru ultimul etaj:
Pentru etajele 1÷9
Pentru parter:
Coloana T2
Pentru ultimul etaj:
Pentru etajele 1÷9
Pentru parter:
Coloana T3
Pentru ultimul etaj:
Pentru etajele 1÷9:
Pentru Scara B:
Coloana T1
Pentru ultimul etaj:
Pentru etajele 1÷9:
Pentru parter:
Coloana T2
Pentru ultimul etaj:
Pentru etajele 1÷9
Pentru parter:
Coloana T3
Pentru ultimul etaj:
Pentru etajele 1÷9:
Dimensionarea hidraulică a unei coloane bitub din sistemul de încalzire cu apă caldă și circulație fortată cu distribuție inferioară, pentru consumatori colectivi.
Etape de calcul:
Se stabilește presiunea disponibilă minimă si maximă:
Se identifică consumatorul cel mai dezavantajat, care în cazul schemei de calcul este corpul de încălzire montat la etajul 8.
Se menționează faptul că acest consumator este considerat cel mai dezavantajat din punct de vedere termohidraulic și anume cel mai încărcat termic dar si cel mai depărtat față de punctul de racord.
Se calculează pierderea de sarcină liniară unitară medie minimă și maximă:
Termenii și mărimille au semnificațiile anterioare.
Se dimensionează conductele coloanei, obținandu-se diametrele și pierderile de sarcină totale pe fiecare tronson si se verifică condiția de echilibru hidraulic:
Încadrarea pierderilor de sarcină între cele două presiuni disponibile minime și maxime este necesară pentru a asigura o cât mai bună stabilitate hidrauică a circuitului.
Pentru calculul pierderilor de sarcină totale este necesară cunoasterea următorilor termeni:
R – pierderea de sarcină liniară unitară, care se stabileste din tabelul 4.2.3, din Manualul de Instalații volumul I, paginile 94-95, în funcție de fluxul termic și diametrele preliminare, în [Pa/m] pentru conducte din oțel; și din tabelul 4.2.9, din Manualul de Instalații volumul I (ediția 2010), pagina 102, în funcție de fluxul termic și diametrele preliminare, în [Pa/m] pentru conducte din PPR;
l – lungimile tronsoanelor, în [m];
Z – valoarea pierderilor locale de sarcină, calculată în funcție de viteza agentului termic și coeficienții de rezistență locală cu relația:
În care:
Σξ – coeficienții de rezistență locală, dependenți de forma obstacolului care produce rezistența locală, conform tabelului 4.2.4, din “Manualul de Instalații” volumul I (ediția 2010), paginile 96-97;
v – viteza agentului termic, viteză ce trebuie să se încadreze în limitele optime precizate în normativul I13/2002 (art. 17,18), în [m/s];
ρm – densitatea medie [kg/m3], calculată cu relația:
Claculele de dimensionare sunt centralizate în tabelele urmatoare pe baza perametrilor mai sus menționati.
Pentru Scara A:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Pentru Scara B: (idem Scara A)
Dmensionarea conductelor rețelei de distribuție arborescentă
Tronsoanele rețelei sunt realizate din oțel.
Se cunosc debitele de agent termic de pe coloanele T1, T2 și T3, respectiv lungimile tuturor tronsoalenlor de calcul.
Etape de calcul:
se stabilește circuitul cel mai dezavantajat, ca fiind cel al coloanei T1 cea mai depărtată în raport cu punctul de racord R al rețelei interioare.
se calculează pierderile de sarcină liniare și locale utilizând tabelul 4.2.3 pentru R, 4.2.4 și 4.2.5 pentru Z, din “Manualul de Instalații” volumul I (ediția 2010), paginile 94÷98;
se verifica condiția de echilibru hidraulic:
Pentru care abaterea medie relativă εr nu trebuie să depașească 5%.
În care:
Σ(R*l+Z)T1-nod – reprezintă pierderile de sarcină de la baza coloanei T1 [Pa];
HDnod – reprezintă pierderile de sarcină pe circuitul principal, de la baza coloanei T1 până la nodul de calcul [Pa];
Claculele de dimensionare sunt centralizate în tabelele urmatoare pe baza parametrilor mai sus menționati.
Pentru Scara A:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Pentru care abaterea medie relativă εr nu trebuie să depașească 5%.
Pentru Scara B:
Este îndeplinită condiția de echlibru hidraulic:
Pentru care abaterea medie relativă εr nu trebuie să depașească 5%.
Dimensionarea echipamentelor de la consumatori
Dimensionarea pompelor de circulație din apartamente
Datorită modului de racordare la consumatori, prin modul termohidraulic cu butelie de egalizare a presiunii BEP, pe partea consumatorului circulația se desfășoară prin intermediul unei electropompe.
Parametrii necesari pentru alegerea pompei sunt debitul de agent termic respectiv înălțimea de pompare. Debitul de agent termic se determină cu relația:
Unde:
Øapt. – sarcina termică a apartamentului obținută prin însumarea tuturor puterilor instalate pe fiecare radiator, în [kW];
cp, ρm și Δθ – idem §4.3.
înălțimea de pompare a fost stabilită în cardul §4.3. “Dimensionarea conductelor orizontale din apartamente”. Această înălțime de pompare constituie suma pierderilor totale de sarcină pe consumatorul cel mai dezavantajat rezultat în urma calculelor. În tabelul următor este centralizat atât debitul, înălțimea de pompare cât și tipul pompei alese:
Dimensionarea distribuitoarelor-colectoarelor D/C
Acestea sunt elemente care au rolul de a distribui, respectiv colecta, agentul termic la și de la consumatori și care permit concentrarea majorității accesoriilor necesare în exploatare, reglajului și controlului circuitului de agent termic. Se dimensionează ca o conductă la srcina totală distribuită și la o viteză < 0,5 [m/s].
Diametrul distribuitorului, respectiv a colectorului se dimensionează pe baza ecuației de continuitate:
Unde:
Rezultă:
Unde:
ρm, cp, Δθ –idem §4.3
Ø – fluxul de agent termic concentrat în D/C, în [kW];
Lungimea preliminară, L’D/C, a distribuitorului, respectiv colectorului, se determină cu relația:
Unde:
dRj – diametrul roții de manevră a robinetului montat pe ștuțul j;
n – numărul ștuțurilor amplasate pe aceiași parte (superioară sau inferioară) a distribuitorului/colectorului
S-a întocmit un tabel în vederea centralizării datelor:
Tabelul 4.6.2 – Dimensionarea distribuitoarelor-colectoarelor
Unde:
nRj – numărul diametrelor roții de manevră a robinetului montat pe ștuțul j (de același tip)
DSTAS – diametrul final ales din STAS 404-66;
LD/C –lungimea finală, în [mm].
Alegerea modulelor termohidraulice
Între conductele principale de distribuție a agentului termic și cele care alimentează consumatorii, se interpun componente care asigură compatibilitatea hidraulică a celor două grupe de rețele și funcționalitatea lor. Aceste componente sunt grupate într-o nișă și poartă denumirea de modul termohidraulic.
Modulul termohidraulic are în componența sa următoarele componente:
robineti de separare;
contor de energie termică (debitmetru și senzori de temperatură pe conducta de ducere și pe cea de întoarcere);
o butelie de egalizare a presiunilor;
robinet de reglare a agentului termic prin BEP;
robinet de golire;
dezaerator automat;
pompă de circulație obligatoriu montată în amonte de BEP;
clapetă de sens;
termostat de interior care comandă pompa de circulație;
distribuitor/colector;
Butelia de egalizare a presiunilor constitue un echipament modern având ca funcție definitorie capacitatea de separare din punct de vedere hidraulic a circuitelor de agent termic prin cazan de circuitele de agent termic către consumatori și respectiv separarea hidraulică a circuitelor de consumatori între ele.
Separarea hidraulică, adică independența în funcționare a circuitelor, se poate obține dacă sarcinile hidrodinamice (presiunile totale) de agent termic în punctele de racordare la BEP sunt aproape identice. Egalarea sarcinilor hidrodinamice se obține dacă pierderile de sarcină prin BEP sunt practic nule, adică viteza agentului termic prin BEP este suficient de mică (v=0,1 m/s).
Diametrul buteliei de egalizare a presiunilor se determină tinând cont de diametrul racordului dintre cazan și butelie, cu ajutorul relațiilor:
Unde:
v – viteza agentului termic, în [m/s];
DR – diametrul racordului ce intră în butelia de egalizare a presiunilor pe partea circuitului principal, în [m];
ØMTH – puterea termică concentrată în modulul termohidraulic, în [kW];
ρm, cp, Δθ –idem §4.3
Diametrul racordului se stabilește înlocuind în prima relație a debitului de mai sus ce-a de-a doua relație astfel:
Pentru toate apartamentele, dimensionarea buteliei de egalizare a presiunilor se face pe baza aceluiași racord, (Dn=15) DR=20 mm care a fost dimensionat în prealabil în capitolul 4.2 . Rezultă:
diametrul buteliei de egalizare a presiunilor:
Se alege un diametru standardizat Dn 50;
lungimea buteliei de egalizare a presiunilor:
Se stabilește o lungime LBEP=0,15 [m].
Geometria și componența modulelor termohidraulice depind de specificul firmei producătoare și gradul tehnic din dotare.
Pentru casa scării, diametrul racordului DR=32 mm (Dn 25). Rezultă:
diametrul buteliei de egalizare a presiunilor:
Se alege un diametru standardizat Dn 70;
lungimea buteliei de egalizare a presiunilor:
Se stabilește o lungime LBEP=0,25 [m].
CAPITOLUL 5 – CENTRALA TERMICĂ
5.1. Clasificarea centralelor termice
Centrala termică reprezintă o sursă de căldură bazată pe conversia unei forme oarecare de energie în energie termică, care transportă un purtător de căldură – agent termic și asigură alimentarea centralizată a unor consumatori diverși: instalații de încălzire, de climatizare, de preparare a apei calde de consum, instalații tehnologice etc.
În alcătuirea unei centrale termice intră cazanele, pompele, elementele de legătură și distribuție, gospodăria de combustibil, elementele de evacuare a produselor arderii, instalațiile de automatizare etc.
O centrală termică poate fi definită după mai multe criterii, cele mai importante fiind:
puterea instalată (centrale termice foarte mici, până la 70 kW, cu puteri mici, pană la 100 kW, cu puteri medii, între 100 și 2000 kW, și cu puteri mari, peste 2000 kW);
natura agentului termic utilizat (apă caldă cu temperatură de maxima de 115 oC; abur de presiune joasă, sub 0,7 bar suprapresiune; apă fierbinte cu temperatura peste 115 oC; abur de presiune medie, peste 0,7 bar suprapresiune; fluide tehnologice speciale etc.);
modul de vehiculare a agentului termic (cu circulație naturală; cu circulație forțată);
modul de asigurare împotriva suprapresiunilor accidentale (la apa caldă, cu vase de expansiune deschise; cu supape de siguranță și vase de expansiune închise; cu supape de siguranță și vase de expansiune deschise; la abur de presiune joasă, cu dispozitive hidraulice sau cu supape de siguranță);
natura combustibilului utilizat (combustibil gazos, lichid sau solid);
modul de exploatare a centralei (automată; cu supraveghere; cu supraveghere totală sau parțială; manuală)
5.2. Calculul numărului de ferestre și a suprafeței acestora din centrala termică
Conform legislației, în centrala termică se prevăd un număr suficient de ferestre astfel încât spațiul vitrat raportat la volumul camerei să fie cuprins între valorile 0,02÷0,05. Aceasta este o măsură de precauție împotriva incendiilor sau eventualelor scăpări de gaze, dar și pentru a putea fi introdus echipamentul în clădire.
Camera destinată centralei termice are următorul volum:
Ferestrele au următoarele dimensiuni:
Raportul între suprafața vitrată și volum:
Rezultă că suprafața vitrată corespunde reglementărilor.
5.3. Dimensionarea echipamentelor din centrala termică
5.3.1. Puterea termică a centralei
Sarcina termică a centralei se determină pe baza debitelor de căldură pe care trebuie să le asigure celor doi consumatori: încălzire și preparare apă caldă de consum (a.c.c.).
Unde:
c – coeficient de majorare (cu până la 2,5 %) pentru acoperirea pierderilor de căldură;
Øî – putrea termică instalată a tuturor corpurilor de încălzire:
-în care n=7
Øacc – putrea termică necesară pentru prepararea a.c.c. în [kw];
Pentru a stabili sarcina termică necesară preparării a.c.c. se cunosc urmatoarele:
numărul de persoane/apartament, n=3 [pers./apt.];
numărul de apartamente: N=756 [apt.];
necesarul specific de apă caldă pentru clădiri de locuit, qpers.=703 [l/zi,pers.];
coeficientul de variație zilnică a necesarului de apă (conform STAS 1343-1), KZI=1,2 [-], pentru zone cu apartamente în blocuri cu instalații de apă rece, caldă și canalizare, cu preparare centralizată a apei calde;
coeficientul de variație orară a necesarului de apă, Ko=2,5 3 [-].
Relațiile de calcul sunt următoarele:
Se aleg 4 rezervoare de stocare a apei calde, tip ELBI, model ACZ 5000
Rezultă debitul de calcul:
Unde:
cp=4,186 [kJ/kg*K] – căldura specifică a apei;
θacc=60 [°C] – temperatura apei calde de consum;
θAR=10 [°C] – temperatura apei reci;
Pentru prepararea apei calde de consum, se utilizează două schimbător de căldură în plăci Z3/10-23 P, fabricat de ZILMET, având puterea termică de 592,91[kW]. De asemenea în anexe este prezentă fișa tehnică a producatorului.
Puterea termică a centralei:
5.3.2. Alegerea cazanelor
Se prevăd trei cazane din otel de înaltă calitate pentru încălzire 80/60 [°C] tip FACI F 100, fabricate de firma FACI S.a.s, fiecare având o putere termică nominală minimă/maximă de 1163/1395 kW. Cazanele sunt prevăzute cu panou de comandă digital. Instrucțiunile de folosire a acestora sunt indicate in fișa tehnică.
5.3.3. Dimensionarea elementelor de asigurare a instalațiilor
Sistemul de asigurare a instalației de încălzire trebuie să îndeplinească următoarele funcții:
asigurarea unei presiuni minime a agentului termic în instalație astfel încât și cel mai dezavantajat consumator (cel mai depărtat și cel mai sus amplasat) să fie întotdeauna plin cu apă;
evitarea situației de formare a vaporilor de apă în instalația de încălzire mai ales când temperatura agentului termic este ridicată;
să asigure o presiune maximă în instalație,presiune la care rezistă cel mai sensibil element component al sistemului de încălzire, evitându-se totodată situații de apariție a suprapresiunilor și a pericolului de explozie;
de asemenea sistemul de asigurare include o rezervă mică de apă care este utilizată în situații accidentale când apar pierderi de agent termic din instalație;
îndeplinesc funcția de eliminare a vaporilor de apă formați în mod accidental în instalațiile de încălzire;
eliminarea aerului din instalație la umplerea acesteia cu apă rece sau ca urmare a fenomenului de absorbție a oxigenului di aer de către agentul termic;
elementele sistemului de asigurare au funcția de a menține între o anumită limită debitul de agent termic care traversează cazanele (limita minimă 1/3 Gn și limita maximă 3 Gn);
limitează superior temperatura agentului termic.
Vasul de expansiune nu poate îndeplini singur toate funcțiile unui sistem de asigurare, prin urmare trebuie cuplat cu utilizarea supapelor de siguranță și a dispozitivelor de dezaerisire.
Măsurile de siguranță pentru instalațiile de încălzire cu apă caldă cu temperatura până la 115 oC sunt reglementate de STAS 7132-86 și preluate în GP 041-1998.
5.3.3.1. Dimensionarea vasului de expansiune închis
Vasul de expansiune are rolul de a prelua total sau parțial excedentul de apă rezultat din dilatare.
Volumul vasului de expansiune:
Unde:
pmax – presiunea maximă absolută în vasul de expansiune închis, în timpul funcționării instalației, stabilită astefel încât să nu depășească presiunile admise pentru elementele componente ale instalației, în [bar]
pmin – presiunea minimă absolută în vasul de expansiune, , în timpul funcționării instalației, presiune care trebuie să fie mai mare decât presiunea coloanei de apă având înălțimea egală cu diferența de cotă între consumatorul cel mai sus plasat ți nivelul minim al apei din vas;
ΔV – cresterea de volum a apei din instalație datorită dilatării, în [m3];
Presiunea maximă este dată de presiunea maximă de lucru a cazanului și anume:
Presiunea minimă se calculează cu relația:
În care:
Vinst. – volumul apei din instalație stabilit prin însumarea conținutului de apă din elementele componente, în [m3]. Volumul de apă din instalație poate fi aproximat cu relația:
vm – volumul masic al apei la temperatura medie, în [m3]. Se cunosc parametrii agentului termic80/60 oC astfel încât:
v10 – volumul masic al apei la temperatura admisă în construcție la sfârșitul perioadei de întrerupere, de regulă 10 oC:
Rezultă:
Volumul vasului de expansiune închis (conform GP-41-1998):
Se aleg două vase de expansiune ELBERL 2000 L, fișa tehnică fiind prezentă in anexele de la sfârșitul proiectului.
5.3.3.2. Dimensionarea supapelor de siguranță
Supapele de siguranță au rolul de a proteja instalația împotriva creșterii presiunii peste valorile maxime admise.
Principalele cauze de creștere a presiunii peste valorile maxie admise sunt:
creșterea temperaturii peste valoarea maximă admisă și formarea aburului saturat ca urmare a fierberii apei din generatoarele de căldură;
funcționarea necorespunzătoare a pompelor de adaos;
sporul de volum de apă rezultat din dilatarea acesteia în regim termic nominal, care nu este preluat integral de vasul de expansiune închis.
Supapele de siguranță de la cazane
Debitul de abur care poate fi produs de cazane:
Unde:
r – căldura latentă de vaporizare [J/kg]. Rezultă:
Debitul de abur evacuat mai poate fi calculat și cu relația (conform prescripțiilor tehnice ISCIR):
Unde:
α – coeficient de evacuare caracteristic tipului de supapă;
A – aria de trecere a fluidului evacuat prin supapă, în [mm3];
P – presiunea de reglare marcată pe supapă (presiunea la care supapa se deschide), în [bar].
De regulă se consideră:
În care:
pr – presiunea de reglare, în [bar].
Egalând cele două relații ale debitului de abur evacuate se determină aria de trecere a fluidului evacuate:
Diametrul supapei:
Se aleg două supape de siguranță de 1 1/2”
Supapele de siguranță la vasele de expansiune închise
Ca urmare a creșterii presiunii din instalatie peste presiunea de regim, la vasele de expansiune cu pernă de gaz, se prevăd supape de siguranță.
Capacitatea de evacuare a supapei:
Unde:
α, A și pr – au fost definiți în calculul anterior;
pc – contrapresiunea de descărcare, în [bar];
ρ – densitatea apei evacuate egală cu densitatea apei calde la θm, în [kg/m3].
Debitul de apă rezultat din dilatare se calculează cu relația:
ΔV și vm au fost definiți anterior;
Ԏ – timpul de intrare în regim a instalatie, în [h];
Aria de trecere a fluidului evacuat:
Diametrul supapei:
Se aleg două supape de siguranță de 1 1/4”
5.3.4. Dimensionarea buteliei de egalizare a presiunilor (BEP)
Butelia de egalizare a presiunilor constituie un echipament modern având ca funcție definitorie capacitatea de separare din punct de vedere hydraulic a circuitelor de agent termic prin cazan de circuitele de agent termic către consumatori și respective separarea hidraulică a circuitelor de consumatori între ele.
Separarea hidraulică, adică independența de funcționare a circuitelor, se poate obține dacă sarcinile hidrodinamice (presiunile totale) de agent termic în punctele de racordare la BEP sunt aproape identice. Egalarea sarcinilor hidrodinamice se obține dacă pierderile de sarcină prin BEP sunt practice nule, adică viteza agentului termic prin BEP este sufficient de mica (v=0,1 m/s).
Diametrul buteliei de egalizare a presiunilor se determină ținând cont de diametrul racordului dintre cazan și butelie, cu ajutorul relațiilor:
Unde:
v1=0,8 – viteza agentului termic vehiculat prin conductă, în [m/s].
DR,CZ – diametrul racordului dintre cazan și BEP, în [m].
ØCT – puterea termică a centralei termice, în [kW].
cp – căldura masică a agentului termic [kJ/kgK].
Δθ – diferența de temperature de ducere și întoarcere a agentului termic;
Diametrul racordului se stabilește înlocuind în prima relație a debitului de mai sus cea de-a doua relație astfel:
Conform STAS404-66 se alege Dn 300 [mm].
Diametrul buteliei de egalizare a presiunilor este:
Lungimea buteliei de egalizare a presiunilor de determină astfel:
5.3.5. Dimensionarea racordului la cazan
Din ecuația de continuitate, conform celor arătate în subcapitolol 5.3.4, rezultă diametrul conductei:
Unde:
v2=0,8 – viteza agentului termic vehiculat prin conductă, în [m/s].
ρm, cp, Δθ au semnificațiile explicate anterior;
Conform STAS404-66 se alege Dn 175 [mm].
Conform STAS404-66 se alege Dn 250 [mm].
5.3.6. Dimensionarea racordului dintre BEP și D/C încălzire
Din ecuația de continuitate, conform celor arătate în subcapitolol 5.3.4, rezultă diametrul conductei:
Unde:
v2=0,8 – viteza agentului termic vehiculat prin conductă, în [m/s].
ρm, cp, Δθ au semnificațiile explicate anterior;
Conform STAS404-66 se alege Dn 200 [mm].
5.3.7. Dimensionarea racordului dintre BEP și D/C a.c.m.
Din ecuația de continuitate, conform celor arătate în subcapitolol 5.3.4, rezultă diametrul conductei:
Unde:
v2=0,8 – viteza agentului termic vehiculat prin conductă, în [m/s].
ρm, cp, Δθ au semnificațiile explicate anterior;
Conform STAS404-66 se alege Dn 150 [mm].
5.3.8. Dimensionarea pompei de injecție în cazan
Înălțimea de pompare necesară se calculează după cum urmează:
Unde:
Σ(R*l+Z)conducte – pierderea de sarcină pe tronsoanele de conductă dintre BEP și cazan, exclus cazanul. Această pierdere de sarcină cuprinde atât pierderea de sarcină liniară cât și locală:
6 x robinet de separare ζ=6×0,5
1 x clapetă de sens ζ=1×1,2
8 x curbe pentru r/D=4 ζ=8×0,3
1 x intrare BEP ζ=1
1 x ieșire BEP ζ=0,5
Σζ=8,1
1 x filtru Y Z=4000 [Pa]
1 x robinet cu 3 căi Z=20000 [Pa]
Σ(R*l+Z)cz – pierderea de sarcină pe partea apei pentru Δθ=20 [K]
Înălțimea de pompare:
Al doilea parametru esențial în alegerea pompelor îl constitue debitul de agent termic vehiculat de aceasta, debit care se stabilește cu ajutorul puterii termice a cazanului, ØCZ=1395 [kW]:
Se aleg trei pompe de injecție tip IP-E 80/140-4/2, producător WILO.
5.3.9. Dimensionarea pompei de circulație pentru consumatorul de încălzire
Înălțimea de pompare necesară se calculează după cum urmează:
Unde:
Σ(R*l+Z)CT – pierderea de sarcină pe tronsoanele din cadrul centralei termice, luând în considerare următoarele elemente locale ce influențează pierderea de sarcină:
3 x robinet de separare ζ=3×0,5
1 x clapetă de sens ζ=1×1,2
12 x curbe pentru r/D=4 ζ=12×0,3
1 x intrare BEP ζ=1
1 x ieșire BEP ζ=0,5
Σζ=7,8
1 x filtru Y Z=4000 [Pa]
1 x robinet cu 3 căi Z=20000 [Pa]
Σ(R*l+Z)coloană – pierderea de sarcină stabilită în capotolul 4 ce corespunde consumatorului cel mai dezavantajat:
Înălțimea de pompare:
Al doilea parametru esențial în alegerea pompelor îl constitue debitul de agent termic vehiculat de aceasta,
Se aleg două pompe + 2 de rezervă tip IP-E 80/140-4/2-R1, producător WILO.
5.3.10. Dimensionarea pompei de circulație pentru consumatorul de A.C.C.
Înălțimea de pompare necesară se calculează după cum urmează:
Unde:
Σ(R*l+Z)BEP-HEX-BEP – pierderea de sarcină pe tronsonul de ducere respectiv întoarcere dintre BEP ți schimbătorul de căldură în plăci, inclisiv acesta din urmă:
5 x robinet de separare ζ=5×0,5
1 x clapetă de sens ζ=1×1,2
8 x curbe pentru r/D=4 ζ=8×0,3
1 x intrare BEP ζ=1
1 x ieșire BEP ζ=0,5
Σζ=7,6
1 x HEX Z=30000 [Pa]
1 x filtru Y Z=4000 [Pa]
1 x robinet cu 3 căi Z=20000 [Pa]
Înălțimea de pompare:
Al doilea parametru esențial în alegerea pompelor îl constitue debitul de agent termic vehiculat de aceasta:
Se aleg două pompe + 2 de rezervă tip TOP-Z 80/10 3~RG PN 6 , producător WILO.
5.3.11. Dimensionarea stației de dedurizare
Conform Normativului I-13, pentru centralele termice cu o capacitate peste 2 MW, amplasate în zone în care duritatea apei depășește 10od, se prevăd stații de dedurizare pentru reducerea durității apei de alimentare sub 5od. Se recomandă aceeași soluție și pentru centralele termice cu capacitate sub 2 MW.
Debitul stației de dedurizare cu funcționare continuă:
Se alege statie dedurizare SIMPLEX AUTOTROL LGX255 R16V cu debitul de 1,6 [m3/h], conform fișei tehnice a producătorului, atașată în anexe.
5.3.12. Dimensionarea distibuitoarelor/colectoarelor (D/C)
Acestea sunt elemente care au rolul de a distribui, respectiv colecta, agentul termic la și de la consumatori și care permit concentrarea majorității accesoriilor necesare în exploatare, reglajului și controlului circuitului de agent termic. Se dimensionează ca o conductă la srcina totală distribuită și la o viteză < 0,5 [m/s].
Diametrul distribuitorului, respectiv a colectorului se dimensionează pe baza ecuației de continuitate:
Unde:
Rezultă:
Unde:
ρm, cp, Δθ –idem §4.3
Ø – fluxul de agent termic concentrat în D/C, în [kW];
Lungimea preliminară, L’D/C, a distribuitorului, respectiv colectorului, se determină cu relația:
Unde:
dRj – diametrul roții de manevră a robinetului montat pe ștuțul j;
n – numărul ștuțurilor amplasate pe aceiași parte (superioară sau inferioară) a distribuitorului/colectorului
S-a întocmit un tabel în vederea centralizării datelor:
Tabelul 5.3.12. – Dimensionarea distribuitoarelor-colectoarelor
Unde:
nRj – numărul diametrelor roții de manevră a robinetului montat pe ștuțul j (de același tip)
DSTAS – diametrul final ales din STAS 404-66;
LD/C –lungimea finală, în [mm].
5.3.13. Alegerea robinetelor de reglare
Se determină debitul nominal de agent termic primar, din circuitul în care se inserează robinetul de reglare:
Având în vedere abaterile posibile de la graficul normal de reglare se consideră o crestere cu 50% a debitului nominal
Se aleg trei vane cu 3 cai ESBE 3F DN 80 – 150 [m3/h]
5.4. Gospodăria de combustibil
Este parte integrantă din centrala termică având rolul de a prelua combustibilul, cu sau fără stocare, și de a-l arde în focarele cazanelor cu ajutorul arzătoarelor.
Centrala termică este alimentată cu combustibil solid (lemn, peleți și cărbuni)
5.4.1. Consumul de combustibil orar
În funcție de debitul de căldură furnizat de cazanele din centrala termică, necesarul teoretic de combustibil orar Bh se calculează cu relația:
Unde:
Øî, Øacc – fluxurile de căldură corespunzătoare consumului de încălzire respectiv a.c.c. în [kW]:
ƞ – randamentul instalației ca produs al randamentelor cazanelor ƞcz, rețelei de transport ƞt și exploatării ƞe, adică:
Hi –puterea calorifică inferioară a combustibilului, conform datelor din “Manualul de instalații” volumul I, ediția a-II-a, 2010, pag. 322:
5.4.2. Consumul de combustibil zilnic
Calculul se face în funcție de numărul de ore funcționare zilnică a fiecărui consumator:
Unde:
Øî, Øacc, ƞ, Hi – idem 5.4.1
nî, nacc – numărul de ore de funcționare zilnică a consumatorului de încălzire respectiv a.c.c. în [h]
5.4.3. Consumul de combustibil în luna de vârf
Se stabilește cu relația:
Unde:
Øî, Øacc, ƞ, Hi, nî, nacc – idem 5.4.1 și 5.4.2
n – numarul de zile;
θe – temperatura convențională a aerului exterior (vezi capitulul 1), în [oC];
θmi – temperatura medie a aerului din încăperile încălzite, în [oC];
θ’e – temperatura medie exterioară a lunii de vârf, în [oC]. Valorile acestei temperaturi se găsesc centralizate în tabelul din anexa 5.1 a “Manualului de instalații”, volumul I, ediția a-II-a 2010, corespunzător lunii ianuarie pentru orașul Piatra-Neamț.
5.4.4. Consumul de combustibil în perioada de încălzire
Se stabilește cu relația:
unde:
Øa.c.c, ƞ, Hi, nî, na.c.c, θe și θmi – idem §5.4.3, §5.4.2, §5.4.1
θi – temperatura interioară convențională de calcul ( vezi capitolul 2), în [oC];
θ”e – temperature medie exterioară, în [oC], Valorile acestei temperaturi se găsesc centralizate în tabelul din anexa 5.2 a “Manualului de instalații”, volumul I, ediția a-II-a 2010, corespunzător lunii ianuarie pentru orașul Piatra-Neamț.
Z – durata perioadei de încălzire, extrasă din tabelul mai sus menționat.
5.4.5. Consumul de combustibil în perioada caldă
Se stabilește cu relația:
unde:
Øa.c.c, ƞ, Hi, na.c.c și Z– idem §5.4.4, §5.4.2, §5.4.1
5.4.5. Consumul anul de combustibil
Se calculează cumulând consumul de încălzire cu cel din periada caldă în care funcționează numai consumatorul pentru prepararea a.c.c.:
5.5 Evacuarea gazelor de ardere
Gazele de ardere rezultate din procesul de ardere a combustibililor sunt evacuate în atmosferă pe traseul focar – canal de fum – coș
Evacuarea în atmosferă se cu condiția obligatorie de a lua măsurile necesare ca noxele conținute de gazele de ardere, după pătrunderea în atmosferă și dispersia lor, să se încadreze în limitele admise pentru concentrațiile din aer și de la sol.
Coșul de fum este o instalație pentru evacuarea gazelor de ardere și dispersia lor în atmosferă. Uneori are și rolul de a realiza un tiraj necesar acoperirii pierderilor de sarcină la cazanului și aspiratia, totală sau parțială, a aerului de ardere.
Coșul poate fi cu tiraj natural, în care caz tirajul este asigurat numai de efectul ascensionat al gazelor calde de evacuare, sau cu tiraj forțat, în care caz tirajul este amplificat de un sistem de exhaustare.
Pentru evitarea răcirii puternice a gazelor de ardere în circulația lor prin coș și mai ales, pentru evitarea unei temperaturi scăzute a peretelui coșului care ar putea determina condensarea vaporilor de apă pe peretele interior, coșul de tablă se poate izola termic, în exterior, cu un strat de vată minerală sau masă compactă de fibră minerală, cu grosimeade 50… 100 mm.
Coșul de fum va avea o înălțime egală cu înălțimea maximă din ansamblul de clădiri la care se adaugă 0. 5… 1m. Materialul de execuție al coșului de fum este metalul.
Canalele de fum reprezintă legătura dintre cazan și coșul de fum și este executat din metal. Se prevăd, de regulă, cu clapete explozive proiectate astfel încât să se deschidă, în caz de explozie, înainte de a se depăși limita de rezistență a cazanului. Clapeta de explozie trebuie să asigure o închidere etanșă și se amplasează astfel încât să nu producă accidente la deschidere.
5.5.1. Calculul coșului de fum
Se stabilesc temperaturile aerului î n funcție de regimul de funcționare al cazanelor:
θa=+10 [oC], numai în perioada rece iar densitatea ρ10=1,24 [kg/m3];
θa=+25 [oC], atât pentru perioada rece cât și pentru perioada caldă iar densitatea ρ25=1,23 [kg/m3].
Temperature gazelor de ardere la baza coșului:
Vitezele economice ale gazelor de ardere pe canalul de ardere și coșul de fum:
Consumul de combustibil orar pentru un cazan, funcționând pe combustibil gazos; Hi=8700 [kJ/m3]:
Volume teoretice specific de gaze de ardere (table 5.7.2, pag. 322, “Manualului de instalații”, volumul I, ediția a-II-a 2010):
Volumul gazelor în condiții normale:
Unde:
α – excesul de aer, pentru arzătoarele presurizate fiind α=1,4. Rezultă:
Debitul de gaze de ardere:
În continuare se stabilește căderea de temperatură pe unitatea de lungime:
Unde:
c – constanta ce depinde de tipul coșului. Pentru coșuri metalice izolate c=1.
Densitatea normală a gazelor de ardere pentru combustibilii gazoși:
Temperature medie a gazelor de ardere în coș:
Densitatea reală agazelor de ardere la temperatura θgm:
Volumul gazelor de ardere în exces:
Volumul de aer în exces:
Volumul real al gazelor de ardere:
Debitul de ardere în condiții normale de funcționare este:
Diametrul coșului de fum:
Diametrul canalului de fum:
Se alege un diametru de Ø650 pentru coșul de fun și pentru canal.
Lungimea canalului de fum:
Verificarea respectării tirajului:
Unde:
ΔpCO – pierderi de sarcină în coș:
În care:
λ – coefficient de rezistență hidraulică. Pentru calculi practice, la coșuri executate din tablă, λ=0,025.
ΔpCA – pierderi de sarcină în canal:
În care:
ΣζCA – suma coeficienților de rezistență locală pe traseul canalului. Pentru calculele practice se poate considera (pag. 316, “Manualului de instalații”, volumul I, ediția a-II-a 2010):
ΔpGE – pierderile de sarcină locale la ieșirea gazelor de ardere din coș:
În care:
ζGE – coeficientul de rezistență hidraulică la ieșirea gazelor de ardere din coș ζGE=1 (pag. 317, “Manualului de instalații”, volumul I, ediția a-II-a 2010):
wGE – viteza gazelor de ardere la ieșirea din coș, în [m/s];
ρGE – densitatea gazelor de ardere la iesirea din coș. în [kg/m3];
Relația de calcul a tirajului este următoarea:
Se constată că:
Tirajul coșului acoperă pierderile de sarcină prin canal, coș și la gura de evacuare.
5.5.2. Dimensionarea prizei de aer proaspăt
Pentru realizarea procesului de combustie este necesar ca centrala termică să fie prevăzută cu prize de aer. Secțiunea acestor prize se stabilește cu relația:
Unde:
Var – volumul de aer necesar arderii, în [m3/kg];
Bh – consumul orar de combustibil, în [m3/s];
wa – viteza aerului, în [m/s]. Se consideră wa=1÷2 [m/s].
Rezultă:
Se stabilesc două prize de aer cu dimensiunile 400 x 550 [mm].
LISTA DE ECHIPAMENTE DIN CENTRALA TERMICĂ
BIBLIOGRAFIE
ILINA, M. ș.a. – Manualul de Instalații – Încălzire (volumul I), Editura ARTECNO, București, 2010
C107 – 2005 – Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcție ale clădirilor – (publicat în Monitorul Oficial, partea I, nr. 1124 bis din 13 decembrie 2005)
– Partea 1 – NORMATIV PRIVIND CALCULUL COEFICIENȚILOR GLOBALI DE IZOLARE TERMICĂ LA CLĂDIRILE DE LOCUIT C 107/1;
– Partea a 2-a – NORMATIV PRIVIND CALCULUL COEFICIENȚILOR GLOBALI DE IZOLARE TERMICĂ LA CLĂDIRILE CU ALTĂ DESTINAȚIE DECÂT CEA DE LOCUIRE C 107/2;
– Partea a 3-a – NORMATIV PRIVIND CALCULUL PERFORMANȚELOR TERMOENERGETICE ALE ELEMENTELOR DE CONSTRUCȚIE ALE CLĂDIRILOR 107/3
– Partea a 3-a – GHID PRIVIND CALCULUL PERFORMANȚELOR TERMOTEHNICE ALE CLĂDIRILOR DE LOCUIT C 107/4
– Partea a 5-a – NORMATIV PRIVIND CALCULUL TERMOTEHNIC AL ELEMENTELOR DE CONSTRUCȚIE ÎN CONTACT CU SOLUL C 107/5
Ordin pentru modificarea Reglementării tehnice ,, Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcție ale cădirilor", indicativ C107 – 2005, aprobată prin ordinul ministrului transporturilor, construcțiilor și turismului nr. 2.055/2005 – (publicat în Monitorul Oficial, partea I, nr. 820 bis din 8 decembrie 2010)
C107/7 – 02 – 2002 – Normativ general pentu proiectarea la stabilitate termică a elementelor de închidere ale clădirilor – (Revizuire NP200/89) – (Buletinul Construcțiilor nr. 8/2003)
GP 041 – Ghid pentru alegerea, proiectarea, întreținerea și exploatarea sistemelor și echipamentelor de siguranță dotarea instalațiilor de încălzire cu apă având temperatura maximă de 115oC, 1998
SR 1907 – 1 – Instalații de încălzire. Necesarul de căldură de calcul. Prescripții de calcul, 1997
SR – 1907 – 2 – Instalații de încălzire. Necesarul de căldură de calcul. Temperaturi interioare convenționale de calcul, 1997
Normativ I13-02 – Normativ privind proiectarea și executarea instalațiilor de încălzire centrală, 2003
ANEXE
Coordonator proiect:
Conf. univ. dr. ing. Cătălin LUNGU
Absolvent:
Ștefan MARIAN
București
2015
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Instalatie de Incalzire Pentru O Cladire de Locuit (ID: 162634)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.