Lista notațiilor folosite [307940]

Licență

Lista notațiilor folosite [307940]

Byadmin ianuarie 1, 2024

Prof. [anonimizat]

a 1. Schimburi pe zi;

2. Cantitatea de generată pentru producerea energiei electrice, ;

C Compresor;

Cr Punctul critic;

E [anonimizat];

H 1. Înălțime, m;

H 2. Raport de comprimare;

h Entalpie, ;

K Condensator;

k Coeficientul global de transfer termic;

L Lungime, m;

1. Lățime, m;

lc 2. Lucru mecanic;

1. [anonimizat];

2. Cantitatea de produse prelucrate prin frig, ;

Debitul masic, ;

Norma de încărcare, ;

P Puterea, kW;

p Presiunea, bar;

1. Cantitatea de căldură pătrunsă din exterior, W;

2. Necesarul de frig pentru refrigerarea produselor, ;

3. Necesarul de frig pentru ventilarea camerelor, ;

4. [anonimizat];

5. [anonimizat];

6. [anonimizat];

R Refrigerant (limba engleză), agent frigorific (limba română);

S Suprafață, ;

t Temperatură, ;

V 1. Volum, ;

2. Vaporizator;

v Volumul de vapori, ;

Debitul volumic, ;

VL Ventil de laminare;

Lista simbolurilor grecești

1. Coeficient de transfer termic, ;

2. Coeficient de convecție, ;

Coeficient de adaos;

1. Diferență;

2. Pierderi;

grosimea, mm;

1. Eficiența;

2. Valoarea relativă a spațiului mort, %;

Randament;

1. Conductivitatea termică, ;

2. [anonimizat], ;

1. [anonimizat];

2. [anonimizat];

Umiditatea relativă, %;

Lista indicilor

1 Fluid cald

2 Fluid rece

Lista abrevierilor

a.e. Aerul la ieșire;

a.i. Aerul la intrare;

[anonimizat]-carboni;

COP Coefficient of performance (limba engleză), coeficientul de performanță (limba română);

[anonimizat];

GWP Global Warming Potential (limba engleză), potențialul global de încălzire (limba română);

[anonimizat]-fluoro-carboni;

[anonimizat]-carboni;

IFV Instalație frigorifică cu comprimare mecanică de vapori;

l.s. Lichid subrăcit;

ODP Ozon Distroy/Depletion Potential (limba engleză), potențialul de distrugere a ozonului;

RA Răcitor de aer;

SR Subrăcitor regenerativ;

Total Equivalent Warming Impact (limba engleză), impactul de încălzire echivalent total (limba română);

UE Uniunea europeană;

UV Radiații ultraviolete;

v.si. Vapori supraîncălziți;

Cuprins

Prezentarea unei instalati frigorifice

Scurt istoric

Domenii de utilizare a temperaturilor

Principiul de funcționare a instalațiilor frigorifice.

Prezentarea detaliata a temei

Informații despre localitatea unde este amplasată instalația

Calculul Izolatiei

Calculul

izolatiei

Stabilirea necesarului de frig/caldura

Alegerea Agentului frigorific

si

split

CAP. 1 Prezentarea unei instalati frigorifice

1.1 Scurt istoric

Încă din antichitate, s-au manifestat preocupări legate de îmbunătățirea confortului cu ajutorul frigului artificial: [anonimizat].

Prima instalație de climatizare poate fi considerată cea a [anonimizat] a depozitat în grădina sa un întreg munte de zăpadă cu scopul obținerii pe timpul verii a unui vânt răcoros.

Popoarele nordice îngropau în zăpadă sau în gheață alimentele cu scopul conservării lor.

Popoarele din regiunile sudice (Spania, Portugalia) [anonimizat]imentele.

În evul mediu se amenajau bazine cu apă, din care se aduna pelicula de gheață, care se forma pe timpul nopții. Astfel a apărut și s-a dezvoltat comerțul cu gheață naturală înmagazinată iarna și utilizată în sezonul cald. Pentru aceasta, în țările arabe se organizase un serviciu permanent de caravane cu cămile, care transportau gheața din munții Libanului la Bagdad și Cairo, sau din Apenini la Roma.

În secolul al XVI-lea s-a observat că prin dizolvarea în apă a unor săruri (azotat de sodiu, clorură de sodiu – sare de bucătărie) se obține scăderea temperaturii apei; prin amestecarea zăpezii sau gheții cu aceste săruri se obțin temperaturi și mai scăzute. Aceste săruri sunt numite mai târziu săruri sau amestecuri refrigerente (frigorifice).

Anul 1755 este considerat anul de naștere a frigului artificial . Medicul scoțian William Cullen (1710 – 1790), profesor la Universitatea din Glasgow, a realizat, în condiții de laborator, un aparat de produs gheață artificială prin evaporarea apei la presiune scăzută (sub vid).

În anul 1834, americanul Jakob Perkins a inventat prima mașină frigorifică cu compresie, obținând brevetul pentru aparatul pentru producția frigului și răcirea lichidelor.

În anul 1851, medicul american John Gorrie a realizat prima mașină frigorifică cu compresie, cu agent frigorific aer, bazată pe proprietatea acestuia de a absorbi căldura mediului înconjurător în momentul destinderii.

În anul 1860, inginerul francez Ferdinand Carré a construit prima mașină frigorifică cu funcționare pe principiul absorbției în mod continuu, cu agent frigorific + .

În anul 1895, fizicianul și inginerul german Carl von Linde (1842 – 1934) a obținut aer lichid în mod continuu, industrial, construind o mașină, care executa compresiuni și destinderi succesive. În 1873 a conceput și realizat mașina frigorifică cu compresiune cu agent frigorific eter metilic și, apoi, amoniacul (în 1876).

În anul 1876, inginerul fancez Charles Tellier (1828 – 1913) a instalat pe vaporul „Le Frigorifique” un agregat frigorific cu compresie cu agent frigorific eter metilic. S-au realizat astfel primele transporturi frigorifice de carne între Argentina (Buenos Aires) și Franța (Rouen).

În anul 1899, Geppert a folosit gaze inerte în mașinile cu absorbție, realizându-se astfel prima instalația frigorifică fără piese în mișcare. Această idee a fost folosită în anul 1925 de către doi suedezi, C. Musters și Blatter von Platen, care au realizat frigiderul casnic cu absorbție.

În anul 1913, Altenkirch a realizat mașina frigorifică cu absorbție de amestec apă-amoniac în mai multe trepte.

În anul 1929, Clarence Birdseye (1886 – 1956) a obținut brevetul pentru congelarea produselor alimentare. El este considerat inițiatorul congelării alimentelor prin contact indirect cu mediul de răcire, idee ce a fost materializată în anul 1891 la frigoriferul militar din Billancourt, unde s-au făcut încercări pentru a realiza congelarea rapidă a cărnii într-o alveolă metalică scufundată într-un congelator cu saramură la o temperatură de .

1930 este anul, în care frigul a cunoscut o însemnată dezvoltare prin utilizarea freonilor ca agenți frigorifici (în SUA) în mașinile frigorifice cu compresie mecanică de vapori.

Scopul producerii frigului artificial este scăderea și menținerea temperaturii unui corp, sau sistem de corpuri, sub temperatura mediului înconjurător, reprezentat prin apă, aer și pământ.

Procedeele care stau la baza realizării temperaturilor scăzute:

– Cu agent frigorific:

– se bazează pe procese termice:

– în circuit deschis (cu gheață, amestecuri refrigerente, agenți frigorifici sau criogenici, prin evaporarea apei sau a altor lichide);

– în circuit închis (în instalații frigorifice): agentul parcurge componentele sistemului închis și suferă o serie de transformări termodinamice ce formează un ciclu frigorific.

– Fără agent frigorific:

– utilizează fenomene termoelectrice, termomagnetice și termomagneto – electrice (nu se utilizează în industria alimentară).

1.2 Domenii de utilizare a temperaturilor

Tehnica frigului analizează fenomene și procese care au loc între cca. + 100°C și 0K (– 273,15°C), stabilește procedee de calcul și soluții constructive pentru realizarea unei game de mașini și instalații care lucrează într-un domeniu larg de temperaturi:

(+ 40 … + 100)°C – pompe de căldură;

(± 0 … + 5)°C – instalații de climatizare și condiționarea aerului;

(– 200 … ± 0)°C – instalații în domeniul frigului industrial:

– în industria chimică, de exemplu, domeniul acoperă inclusiv procesele de lichefiere a aerului și separare a unora din componentele sale;

– în industria alimentară, există aplicații până la temperaturi de cca. –30°C. (0K … – 200°C)

criogenie sau frig adânc:

– limita superioară de la care se consideră că începe domeniul criogeniei nu este precis definită, dar diferiți autori consideră această limită ca fiind:

77K = – 196°C – temperatura de fierbere a azotului;

80K = – 193°C – temperatura de fierbere a aerului;

120K = – 153°C – temperatura de fierbere a metanului.

Una dintre cele mai scăzute temperaturi realizate artificial pe Pământ, a fost realizată în 1967 la "Naval Research Laboratory", având o valoare sub 10-6K.

Cea mai mare producție de frig, corespunde frigului industrial, iar între cei mai importanți consumatori de frig sunt:

– Industria chimică, iar acesteia îi corespund cele mai mari debite de frig, la parametrii riguros constanți, pentru:

– evacuarea căldurilor de amestec și de reacție;

– separarea unor săruri din soluții lichide;

-lichefierea unor gaze etc.;

– Industria alimentară, care necesită temperaturi scăzute:

– în rețeaua comercială;

– în depozite de produse alimentare;

– în procese tehnologice;

– Industria extractivă, unde frigul se utilizează pentru înghețarea solului în vederea executării unor galerii;

– Industria constructoare de mașini, pentru tratamente termice, asamblări prin fretaj, prelucrări pretențioase prin așchiere etc.;

– Construcții, în vederea înghețării solului, răcirii componentelor betonului înainte de turnare, etc.;

– Laboratoare de cercetări, pentru studiul comportării unor materiale sau utilaje în condiții de temperatură scăzută

1.3 Principiul de funcționare a instalațiilor frigorifice

Fig 1.1 Schema energetica a instalatiei frigorifice si pompei de caldura

Instalațiile frigorifice și pompele de căldură, sunt mașini termice care au rolul de a prelua căldura de la un mediu având temperatura mai scăzută și de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată, așa cum se observă și pe schema energetică din figura 1.1. Acesta poate să fie considerat cel mai simplu model de instalație frigorifică, deoarece nu conține nici un element de natură constructivă. Din acest punct de vedere poate să fie asimilat cu o "cutie neagră", a cărei funcționare va fi analizată în continuare și care urmează să fie deschisă pentru a i se studia componența și a i se releva secretele de proiectare, exploatare și automatizare.

Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursa caldă. Este cunoscut că având capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Fluxul de căldura absorbită de la sursa rece a fost notat cu Q0, iar fluxul de căldură cedată sursei calde, a fost notat cu Qk. Conform principiului doi al termodinamicii, pentru transportul căldurii, în condițiile prezentate, este necesar și un consum de energie, notat cu P.

În cazul instalațiilor frigorifice, sursa rece se găsește sub temperatura mediului ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valoare, este denumit răcire artificială.

Agentul de lucru, care evoluează în aceste instalații, este denumit agent frigorific.

Pentru a putea să preia căldură de la sursa rece, agentul frigorific trebuie să aibă temperatura mai mică decât aceasta.

În timpul preluării de căldură de la sursa rece, agentul frigorific se poate comporta în două moduri diferite:

se poate încălzi mărindu-și temperatura;

poate să-și mențină temperatura constant

Dacă se consideră cazul funcționării continue a acestor tipuri de instalații, mărimea caracteristică pentru intensitatea transferului termic nu mai este căldura, ci fluxul termic absorbit de agentul frigorific de la sursa rece, sau sarcina termică a vaporizatorului, mărime notată cu & . Această mărime este denumită și putere termică, iar în cazul instalațiilor frigorifice putere frigorifică. folosind această mărime, cantitățile de agent frigorific, m1 și m2, trebuie să fie înlocuite cu debitele masice, notate cu m1 & respectiv m2 & . Dacă se împart cele două relații la timp, se obține:

m [kW] (1.1)

[kW] (1.2)

În această situație, transferul termic dintre sursa rece și agentul frigorific, în condițiile vaporizării celui din urmă, este caracterizat prin debite masice mult mai reduse decât în absența schimbării stării de agregare. Pentru a putea să cedeze căldură sursei calde, agentul frigorific trebuie să aibă temperatura mai mare decât aceasta. În timpul cedării de căldură către sursa caldă, agentul frigorific se poate comporta, ca și în cazul interacțiunii termice cu sursa rece, în aceleași două moduri

Relațiile pentru calculul căldurii cedate (Qk) în cele două situații sunt:

QK = m1* cP * t [ kj ] (1.3)

pentru cazul fără schimbarea stării de agregare, unde m1[kg] este cantitatea de agent de lucru care se răcește, cp [kJ·kg-1K] este căldura specifică, iar ∆t[K] este variația temperaturii agentului frigorific între stările de intrare și ieșire, în contact termic cu sursa caldă, respectiv:

Q0= m2* r [kJ] (1.4)

pentru cazul cu schimbarea stării de agregare, unde m2[kg] este cantitatea de agent de lucru care condensează, iar r [kJ·kg-1] este căldura latentă de condensare a agentului frigorific la temperatura de condensare tk, egală cu căldura latentă de vaporizare la aceeași temperatură. Din aceleași considerente, menționate la schimbul de căldură cu sursa rece, pentru a avea un transfer termic eficient cu sursa caldă, ∆t este limitată tot la cel mult câteva grade. Din nou este preferabilă varianta cu schimbarea stării de agregare. Același raționament aplicat în situația preluării de căldură de la sursa rece, evidențiază și pentru cazul contactului termic cu sursa caldă, că este necesară o cantitate mai mică de agent frigorific în varianta cu schimbarea stării de agregare, motiv pentru care iarăși este preferabilă varianta cu schimbarea stării de agregare. Pentru cazul funcționării continue a acestor tipuri de instalații, utilizând fluxul termic cedat de agentul frigorific sursei calde, sarcina termică, sau puterea termică a condensatorului, mărime notată cu Qk & și debitele masice, notate tot cu m1 & respectiv m2 & , împărțind relațiile (1.3) și (1.4) la timp, se obține:

Qk= m1* cp* t [kW] (1.5)

Qk= m2* r [kW] (1.6)

Din nou transferul termic dintre sursa de căldură și agentul frigorific, în condițiile schimbării stării de agregare, este caracterizat prin debite masice mult mai reduse decât în absența acesteia.

Acest aspect are implicații importante asupra întregii instalații. Debite mai reduse înseamnă consumuri de energie mai reduse pentru vehicularea agentului de lucru, diametre mai reduse pentru conducte, respectiv elemente geometrice mai reduse din punct de vedere dimensional, pentru schimbătoarele de căldură.

Din motivele prezentate anterior, în majoritatea covârșitoare a instalațiilor frigorifice și a pompelor de căldură, este preferat transferul termic între agentul de lucru și sursele de căldură, prin schimbarea stării de agregare.

Cele două aparate ale instalației frigorifice, sau pompei de căldură, aflate în contact cu sursele de căldură, sunt unele dintre cele mai importante părți ale acestor instalații și se numesc, vaporizator (notat cu V) și condensator (notat cu K).

Efectul util al instalațiilor frigorifice, sau frigul artificial, se realizează în vaporizator, prin preluare de căldură de la sursa rece.

Efectul util al pompelor de căldură, se realizează în condensator, prin cedare de căldură sursei calde.

Conform principiului doi al termodinamicii, căldura nu poate să treacă de la sine, de la o temperatură mai scăzută (sursa rece) la una mai înaltă (sursa caldă), fără un consum de energie (mecanică sau de altă natură) din exterior.

Energia consumată din exterior, pentru funcționarea instalației, este o putere mecanică sau termică, a fost notată pe figura 1 cu P și se măsoară în [kW].

Dacă se efectuează un bilanț energetic pentru instalațiile frigorifice, sau pompele de căldură, respectiv dacă se aplică principiul întâi al termodinamicii, se observă că suma dintre energiile introduse în sistem, adică sarcina termică a vaporizatorului Q0 & și puterea P, este egală cu energia evacuată din sistem și anume sarcina termică a condensatorului Qk & . Matematic acest lucru se poate scrie sub forma:

Qk=Q0+P [kW] (1.7)

Temperaturii t0 la care vaporizează agentul frigorific, denumită temperatură de vaporizare, îi corespunde o presiune de saturație unică, notată p0 și denumită presiune de vaporizare. Analog, temperaturii la care condensează agentul frigorific, denumită temperatură de condensare, îi corespunde o presiune de saturație unică, notată pk și denumită presiune de condensare.

Fig 1.2 Schema fluxurilor energetice din instalațiile frigorifice și pompele de căldură

1.4 Prezentarea detaliată a temei

Cladirea este situata in orasul Galati, se afla la nivelul solului cu parte si etaj 1. Cladirea a fost construita pentru a fi o un sediu de birouri, magazin online, cu angajati ce se ocupa de comenzi telefonice si comuinicarea cu publicul, ea avand si un server care este plasat la parter. Suprafata cladiri totale este de 1080 m2

Pentru alimentarea cu aer rece/cald si ventilatia cladiri se va folosi un echipament VRV 4 din partea firmei DAIKIN.

VRV este un sistem conceput si dezvoltat de Daikin Industries si inseamna „variable refrigerant volume” (volum de agent frigorific variabil). Daikin detine marca inregistrata VRV, de aceea alti producatori folosesc termenul VRF „variable refrigerant flow” (debit variabil de agent frigorific). In principiu ambele functioneaza la fel si sunt ca-i extrem de eficiente, sigure, economice pentru a raci sau incalzi.Debitul de refrigerant este adaptat foarte precis pentru a satisface cererea de incalzire sau racire a cladirii, astfel se economiseste energie.

1.5 Informații despre localitatea unde este amplasată instalația

Zona climatica: II

Fig.1.4 Harta climatica a Romaniei

Zona eoliana: I

Fig.1.5 Harta eoliana a Romaniei

Temperaturile maxime inregistrate:- Iarna -180C

-Vara 350C

1.6 Stabilirea temperaturii exterioare de calcul tk:

Se stabilește temperatura exterioara de calcul tk pentru luna cea mai calda/rece din an utilizând relația:

tk = te+∆tk [oC] (1.1)

unde:

te-temperatura exterioara cea mai mare regasita pe durata sezonului cald /temperatura exterioara cea mai mica regasita pe durata sezonului rece

∆tk –difereanta medie de temperatura la condensare( la apa se alege o valore intre 3-6 oC si la aer 5-10 oC)

Fig.1.6 Studii anual raportat pe luni a variatiei temperaturi

Fig.1.7 Studii pe luna Iulie raportat pe zile a variatiei temperaturi

Fig.1.8 Studii pe luna Ianuarie raportat pe zile a variatiei temperaturi

tk = 35+7/ tk=21+3 [oC]

tk=42 / tk=24 [oC]

1.7.Stabilirea temperaturii interioare de calcul ti

Se stabilește temperatura exterioara de calcul t0 pentru luna cea mai calda/rece din an utilizând relația:

t0= ti+∆t0 [oC] (1.2)

unde:

ti-temperatura interioara in spatiu amenajat

∆t0 –difereanta medie de temperatura la vaporizare ( 3-5 oC )

t0 = 21-3 [oC]/t0 = -15-5 [oC]

t0=18 [oC]/t0=-20 [oC]

Materialele au fost alese in functie de:

Rezistenta la vant puternic

Rezistenta la cutremure

Asigura o buna izolare acoustica

Raport pret/calitate

Asigura o buna izolare termica

Materialele dorite se gasesc usor

Rezistenta la compresiune

Materialele folosite au fost:

Tabel 1.1

1.8 Prezentarea detaliată a cladiri

Fig Plan cladire parter

CAP. 2.Calculul izolatiei

2.1 Rolul izolatiei

Rolul izolatiei termice este dea reduce o parte din pierderile de caldura/frig. Ea poate sa fie amplasata la interiorul cladiri si la exteriorul ei.

Materialele izolante trebuie sa aiba calitati cât mai bune:

coeficient de conductivitate termica cât mai mica;

densitate aparentă cât mai mica;

rezistenta la compresiune cât mai buna;

sa nu fie higroscopice;

coeficientul de permeabilitate la vaporii de apa sa fie cât mai redus;

sa nu fie inflamabile;

sa aiba temperaturi de inmuiere cât mai mari;

2.2 Materiale utilizate pentru izolarea termica a cladirilor:

Polistiren extrudat

Vată bazaltica

Vata minerala

Polistirenul expandat

Gips-carton

Panouri sandwich

2.3 Montajul izolațiilor frigorifice

În vederea realizarii unei bune izolatii frigorifice, trebuie respectate o serie de principii obligatorii:

asigurarea unei etansari perfecte a constructiei,

asigurarea contiunuitatii straturilor de izolatii, evitându-se puntile termice,

asigurarea izolatiei impotriva socurilor mecanice,

asigurarea izolatiei impotriva umidificarii.

La montajul izolatiei pe constructia frigorifica, succesiunea operatiilor este:

pregatirea suportului izolatiei prin aplicarea unei tencuieli de mortar și montarea pe pereti și tavane a unor agrafe de sirma galvanizata pentru ancorarea placilor,

aplicarea barierei de vapori la pereti și tavane realizata dintr-o emulsie de bitum în apa peste care se aplica bitum cald, la pardoseli izolatia hidrofuga este formata din doua straturi de carton asfaltat intre trei straturi de bitum topit. În portiunile de lânga ziduri, izolatia frigorifica pe pardoseli se ridica pe zid, realizându-se o legatura continua cu bariera de vapori a peretilor,

aplicarea prin lipire a izolatiei, primul strat la pereti și tavane se lipeste pe toata suprafata sau prin puncte, iar al doilea strat prin lipire prin puncte cu rosturi decalate care se astupa cu chit. La pardoseli și tavane, aplicarea izolatiei se face prin lipire cu rosturi decalate,

protectia izolatiei contra socurilor mecanice se realizeaza prin aplicarea de tencuieli de ciment pe plasa de rabit fixata la sistemul de ancorare, panouri metalice sau azbociment.

2.4 Calculul grosimi izolatiei

In functie de grosimea stratului materialului termoizolant, aici putem vorbi de doua tipuri de cheltuieli:

– Cheltuielile referitoare la achizitia materialului termoizolator si cu manopera lui
– Cheltuielile legate de producerea necesarului de caldura/frig in functie de pierderile de temperatura

Cele doua tipuri de cheltuieli variaza in sensuri contrare odata cu grosimea materialului termoizolator, deci intotdeauna poate fi gasit un optim in ceea ce priveste cheltuielile totale. Aceste cheltuieli globale prezinta un minim in situatia optima.

2.5 Calculu dimensionari izolatiei

Din exploatarea termica se cunoaște că, prin învelișul exterior al spațiilor trece în majoritarea cazurilor mai mult de jumătate din cantitatea totală de frig/căldură ce pătrunde/iesa din încăperi. Această cantitate de căldură/frig se poate reduce prin majorarea grosimii stratului termoizolant. Dar, reducerea infiltrațiilor de căldură/frig în acest fel nu se poate face nelimitat, deoarece la o anumită grosime a stratului izolant, adică la o anumită valoare a coeficientului k de transfer al căldurii, costul construcției izolate va fi mai mare decât costul energiei ce reprezintă frigul/caldura economisit prin majorarea grosimii izolației.

Se calculează k, coeficientul global de transfer termic:

(2.1)

unde:

– – conductivitatea termică a materialului izolant ales ;

– – coeficienții de transfer termic ;

Pentru coeficienții de transfer termic se recomandă următoarele valori:

– = 1…15 pentru pereții interiori și 15…29 pentru pereții exteriori;

Se cunosc:

– ;

– ; (grosimea izolatiei pe baza tabelului 5)

– Se admite iarna: ;

– Se admite vara : ;

– Se admite: ;

– Se admite pe baza tabelului 5 – Caracteristicile tuturor straturilor 0.027

.

Iarna:

Vara:

Fig Variația temperaturii, respectiv a presiunii de saturație p" și a presiunii parțiale p' a vaporilor de umiditate în interiorul unui perete prevăzut cu izolație termică

CAP. 3 Stabilirea necesarului de frig/caldura

În vederea stabilirii necesarului de frig trebuie să se cunoască următoarele:

– planul și dimensiunile cladiri;

– orientarea clădirii față de punctele cardinale;

– temperaturile de regim sezonier;

– condițiile climatice ale zonei de amplasare.

(3.1)

unde:

– este cantitatea de căldură pătrunsă din exterior datorită diferenței de temperatură, cât și datorită radiației solare:

(3.2)

unde:

– – coeficient de transfer termic;

– – suprafața elementului respectiv;

– – diferența de temperatură.

– – necesarul de frig pentru refrigerarea produselor (frigul tehnologic):

(3.3)

unde: – m – cantitatea de frig prelucrata;

– – entalpiile specifice in starea inițială și finală.

– – necesarul de frig pentru ventilarea camerelor. Se recomandă un anumit număr de schimburi ale aerului din spațiul exploatat, care depinde, în principal, de natura tipului de lucru și de temperatura din incintă dorita.

(3.5)

unde:

– V – este volumul camerelor ventilate, în ;

– a = 2 … 4 schimburi pe zi ;

– – reprezintă densitatea aerului la temperatura interioară, în .

– – reprezintă entalpiile la exterior respectiv la interior al aerului din cladire

– – frigul consumat pentru acoperirea pierderilor în timpul exploatării, datorat deschiderii ușilor, a corpurilor de iluminat, a motoarelor electrice, a oamenilor.

Se admite:

(3.6)

Se va calcula sarcina frigorifică/incalzire totală a cladiri:

(3.7)

unde:

– – necesarul de frig/caldura total;

– – necesarul de frig/caldura;

– – necesarul de frig pentru camera serverelor.

Viteza de calcul ,,v’’ se determina in functie de zona eoliana in care se gaseste localitatea respective si de amplasamentul cladirii:

Tabel 3.1

Succesiunea operatiilor este:

Se noteaza pe planul apartamentului intr-un cerc fiecare camera, numarul camerei si temperature interioara de calcul;

Se inscriu in tabelul de calcul caracteristicile geometrice si termotehnice ale elementelor de constructie prin care incaperea pierde caldura;

Se calculeaza pierderea de caldura prin transmisie , in functie de care se calculeaza rezistenta termica specifica medie ;

Se determina adaosul si si se calculeaza valoarea factorului

;

Se incadreaza cladirea d.p.d.v al zonei eoliene si de temperatura, precum si al amplasamentului si factorului de corectie cu inaltimea;

Se determina lungimea rosturilor, usilor si ferestrelor exterioare care se afla sub actiunea vantului de calcul;

Se completeaza tabelul cu valoarea coeficientului de infiltratie ,,i’’ si se calculeaza ;

Se calculeaza suma:

, [W].

Se cunosc:

Rezistenta termica specifica a elementului de constructie considerat, stabilita conform STAS 6472/3 – Fizica constructiilor. Termotehnica. Calcul termotehnic al elementelor de constructie ale cladirilor, 1989.

Ros – pentru fereastra cuplata ;

Ros – pentru perete exterior pe ;

Coeficientul de masivitate termica a elementelor de constructie exterioara, calculate conform [103];

PI si PE pe E, este

PI si PE pe V, 𝑚=1,05

PI si PE pe S, 𝑚=1,05

PI si PE pe N, 𝑚=1,0

Se scot din diagrame si tabele:

Temperatura exterioara de calcul, in functie de zonele teritoriului Romaniei: (iarna) si (vara);

Factorul de corectie cu inaltimea: E=1,070;

Viteza vantului de calcul, in functie de zonarea teritoriului Romaniei:

Zona

In urma calculelor facute in Microsoft Office Excel pentru cladirea prezentata a rezultat:

Tabel 4

Pentru calcularea fiecarei tip de pierdere a fost facut-o o domentatie tehnica pentru fiecare material in care a fost prezentata conductivitatea lor termica si grosimea fiecarui strat in parte si centralizat intr-un tabel:

Tabel 5

Coeficienti globali de transfer de caldura pentru fiecare strat:

Tabel 7

Coeficienti de convectie pentru aer au fost luat-i ca fiind pentru fiecare sezon in parte:

Tabel 8

Apoi calcularea fiecarei tip de pierderea in parte , pentru fiecare sezon cald/rece

Sezon Rece

Tabel 8

Sezon Cald

Tabel 9

Fig Cladire realizata in SparkSim

CAP. 4 Alegerea Agentului frigorific

4.1 Ce este un agent frigorific?

Pentru a permite funcționarea ciclică a instalațiilor frigorifice și a pompelor de căldură, agenții termodinamici de lucru din acestea, preiau căldură prin vaporizare și cedează căldură prin condensare, la temperaturi scăzute sau apropiate de ale mediului ambiant, deci trebuie să fie caracterizate de unele proprietăți particulare, care îi deosebesc de agenții termodinamici din alte tipuri de instalații. Acesta este motivul pentru care agenții de lucru din instalațiile frigorifice și pompele de căldură, poartă denumirea de agenți frigorifici.

4.2 Istoric

Istoricul agenților frigorifici începe în anul 1834, când americanul Jacob Perkins brevetează o mașină frigorifică funcționând prin comprimare mecanică de vapori, utilizând ca agent frigorific oxidul de etil. Utilizarea unei asemenea mașini s-a dovedit rapid limitată de nivelul ridicat de inflamabilitate al acestui agent. În 1876 Carl von Linde, datorită utilizării amoniacului ca agent frigorific, permite adevărata dezvoltare a instalațiilor frigorifice prin comprimare mecanică de vapori. În 1880, introducerea unui nou agent frigorific, anhidrida carbonică, reprezintă începutul utilizării instalațiilor frigorifice pentru îmbarcarea la bordul navelor a produselor alimentare. În 1920, prin utilizarea anhidridei sulfuroase și a clorurii de metil, apar primele mașini frigorifice de uz casnic sau comercial. Începând din 1930, apar primele hidrocarburi fluorurate și clorurate (CFC). Datorită caracteristicilor foarte interesante din punct de vedere termodinamic și datorită marii lor stabilități atât termice cât și chimice, utilizarea acestora va aduce o ameliorare considerabilă atât a fiabilității cât și a siguranței în funcționare a instalațiilor frigorifice cu compresie mecanică. Așa se explică de ce în comparație cu amoniacul și clorura de metil, aceste substanțe poartă denumirea de agenți frigorifici de siguranță. În numeroase țări, pe lângă denumirea de freoni, agenții frigorifici pot fi întâlniți și sub diverse denumiri comerciale, care pentru același produs diferă de la țară la țară și de la un producător la altul. R12 de exemplu, este numit Forane 12 (denumirea comercială a Uzinei Kuhlmann din Franța), Flugene 12 (denumirea comercială a firmei Pechine Saint-Gobain din Franța), sau Genetron 12 (denumirea comercială a societății Allied Chemical din S.U.A.). În unele publicații științifice, chiar și denumirea de freoni, pentru desemnarea agenților frigorifici, este considerată comercială.

4.3 Alegerea agenților de lucru si proprietatile lor

Agentul frigorific reprezintă mediul de lucru, în cadrul unei instalații frigorifice.

Instalațiile frigorifice și pompele de căldură, sunt mașini termice care au rolul de a prelua căldură cu ajutorul agentului frigorific, care parcurge un proces ciclic de la vaporizator, de unde preia căldura de la corpul supus răcirii, la condensator, unde cedează căldura corpului supus încălzirii (mediului ambiant), la pompele de căldură fiind inversul instalației frigorifice.

Schema energetică de mai jos poate să fie considerată cel mai simplu model de instalație frigorifică, deoarece nu conține nici un element de natură constructivă. Din acest punct de vedere, poate să fie asimilat cu o „cutie neagră".

Figura 4.1 Schema energetică a instalației frigorifice fără elemente constructive

Conform principiului doi al termodinamicii, căldura nu poate să treacă de la sine, de la o temperatură mai scăzută (sursa rece) la una mai înaltă (sursa caldă), fără un consum de energie (mecanică sau de altă natură) din exterior. Energia consumată din exterior, pentru funcționarea instalației, este o putere mecanică sau termică.

Simbolizarea agenților frigorifici se face prin exprimarea prescurtată a derivaților fluor-clor cu formula , în care literele m, n, p și q reprezintă numărul de atomi respectivi din moleculă. Pentru a nu se utiliza denumirile chimice complicate ale acestor substanțe, agenții frigorifici au fost denumiți freoni și sunt simbolizați comercial prin majuscula „R”, (de la denumirea în limba engleză – Refrigerant) și li s-a asociat un număr determinat în funcție de compoziția chimică și în final o literă (a, b, c) care indică izomerii respectivului compus.

În continuare este dat exemplul de simbolizare al diclortetrafluoretanului.

Exemplu: R 1 1 4 – diclortetrafluoretan

numărul de atomi de fluor q

numărul de atomi de hidrogen n + 1

numărul de atomi de carbon m – 1

Dacă , atunci în simbolizare, acest termen nu se mai scrie. Derivații metanului vor avea două cifre (de exemplu R12 pentru – diclordifluormetan).

La hidrocarburile ciclice, după litera caracteristică R se introduce litera C (de exemplu RC318 pentru octafluorciclobutan).

În alte țări, în locul literei R se folosește F (în SUA) sau X.

Dacă în moleculă în afară de fluor mai există brom în loc de clor, apare litera B și o cifră egală cu numărul atomilor de brom din moleculă (de exemplu R13B1 pentru monobromtrifluormetan). La fel se simbolizează și hidrocarburile curate (de exemplu ).

Amestecurile de agenți frigorifici se simbolizează cu R urmat de un număr mai mare de 500, în ordinea importanței (de exemplu R502 – amestec azeotrop din R22 și R115 în proporție masică ).

Compușii organici au ca simbol litera R urmată de numărul 700, la care se adaugă masa molară (de exemplu R717 pentru amoniac).

Denumirile comerciale ale agenților frigorifici sunt în funcție de țările producătoare: Frigen și Kaltron în Germania, Freon și Genetron în SUA, Arcton în Anglia.

Printre agenții frigorifici care au fost și sunt folosiți se disting două mari familii:

– Compuși anorganici ( fără carbon );

– Compuși organici ( cu carbon ).

Prima familie este compusă din patru agenți: amoniac (), apă (), dioxid de carbon () și dioxid de sulf (). Acești compuși sunt simplificați prin litera mare R urmată de trei cifre: prima cifră este totdeauna 7, iar celelalte două reprezintă masa molară a compusului, adică R7M (ex. : R717).

Freonii sunt derivați halogenați ai hidrocarburilor saturate (hidrocarburi fluorurate) care se folosesc în producerea frigului artificial (instalații casnice, comerciale sau industriale) și în alte aplicații. Freonii sunt substanțe gazoase, ușor inflamabile, inerte din punct de vedere chimic. Se folosesc ca propulsori de aerosoli, ca substanțe frigorifice și substanțe extinctoare, precum și la fabricarea maselor plastice.

Dintre agenții frigorifici naturali, dar care nu sunt freoni, amintim amoniacul (R-717), sau propanul (R-290), cel din urmă înlocuind excelent monoclor(difluor) metanul (R-22), asigurând o eficiență frigorifică superioară față de R-22. Singura problemă legată de folosirea acestuia, ca agent frigorific, o reprezintă însă inflamabilitatea ridicată în aer.

Agenții frigorifici trebuie să prezinte următoarele proprietăți:

– Proprietăți fizice:

– căldură de vaporizare mare, adică cantități mici de agent vehiculat prin instalație;

– volum specific mic al vaporilor, ceea ce înseamnă sarcina frigorifică volumică mare, adică se materializează prin dimensiuni mici ale compresorului;

– presiune de vaporizare mai mare de 0,1 MPa pentru a nu se infiltra aerul și umezeala în circuitul frigorific. Zonele de îmbinare neetanșe se detectează ușor prin proba de suprapresiune; detectarea și etanșarea în vid sunt însă foarte dificile;

– presiunea de condensare mai mică decât presiunea critică pentru a putea avea loc condensarea;

– raportul presiunii de condensare și vaporizare mic și temperatura de comprimare scăzută;

– temperatura punctului de îngheț sub temperatura de vaporizare;

– vâscozitate dinamică mică pentru micșorarea pierderilor de presiune prin conducte;

– bune proprietăți de transmitere a căldurii cu consecințe în suprafețe mici ale schimbătoarelor de căldură;

– solubilitate suficientă în apă (eventual totală);

– să nu dizolve ușor uleiul de ungere pentru ca acesta să poată fi separat ușor în separatorul de ulei, sau dimpotrivă, să îl dizolve puternic pentru ca uleiul dizolvat în vapori să ajungă din nou în compresor.

– Proprietăți chimice:

– stabilitate chimică, ceea ce înseamnă că agenții frigorifici nu au voie să se descompună sau să se combine cu alte substanțe în domeniul de presiuni și temperaturi cerute;

– pasivitate față de materialele utilizate în construcția instalației, față de aer, umiditate, uleiuri;

– să nu ardă și să nu existe pericolul de a da compuși explozivi cu aerul.

– Proprietăți fiziologice:

– să poată fi suportat fiziologic la concentrații mici în aer;

– să nu irite aparatul respirator;

– să nu transmită mirosuri neplăcute alimentelor;

– posibilitate de a fi sesizat ușor pentru detectarea neetanșeităților.

– Proprietăți tehnico – economice:

– preț scăzut;

– să fie ușor de găsit în vederea completării de către utilizator;

– eficiență teoretică mare.

Clasificarea agenților frigorifici se face după mai multe criterii:

– În funcție de gradul de periculozitate:

– Grupa 1: agenți frigorifici neinflamabili, care nu au acțiune otrăvitoare sau corosivă (de exemplu hidrocarburile halogenate)

– Grupa 2: agenți frigorifici neinflamabili, cu acțiune otrăvitoare sau corosivă considerabilă și agenți frigorifici a căror limită inferioară este de la (concentrație volumică) sau mai mult

– Grupa 3: agenți frigorifici inflamabili a căror limită inferioară de explozie este sub concentrația volumică de

– În funcție de presiunea de vaporizare corespunzătoare temperaturii de :

– agenți frigorifici de joasă presiune (R11, R113, R114) cu presiunea de vaporizare de 0.2 MPa. Temperatura de fierbere a acestor agenți este mai mare, de aceea se folosesc în instalații de turbocompresoare în domeniul climatizării și răcirii în industria chimică și la pompe de căldură de temperaturi înalte;

– agenți frigorifici de presiune mijlocie (NH3, R12, R22, R502) cu presiunea de vaporizare de 0.2 … 0.7 MPa. Acești agenți sunt cei mai folosiți pentru obținerea temperaturilor de răcire și congelare;

– agenți frigorifici de înaltă presiune (R13, R13B1, R170) cu presiunea de vaporizare de 0.7 MPa. Ei se folosesc la temperaturi joase, până la aproximativ .

Alegerea agenților frigorifici

Alegerea agenților frigorifici se face funcție de tipul compresorului, temperaturile de vaporizare și condensare, domeniul de utilizare a frigului produs.

Pentru a diferenția agenții frigorifici după acțiunea asupra stratului de ozon, s-a introdus potențialul de distrugere a stratului de ozon ODP (Ozone Depletion Potential).

Impactul agenților frigorifici asupra mediului se manifestă și prin efectul de seră. Efectul de seră direct al unui agent frigorific se apreciază prin potențialul global de încălzire GWP (Global Warming Potential).

Impactul agenților frigorifici din familia hidrocarburilor halogenate asupra mediului, ce conduce la GWP și ODP, împarte acești agenți, în ordinea periculozității lor, în patru grupe: CFC (cloro-fluoro-carboni), HCFC (hidro-cloro-fluoro-carboni), HFC (hidro-fluoro-carboni) și FC (fluoro-carboni).

Efectul de seră indirect al unui agent frigorific se exprimă prin impactul de încălzire echivalent total TEWI (Total Equivalent Warming Impact), definit de relația:

în care:

– m – masa de agent frigorific emis în atmosfera;

– a – cantitatea de generată pentru producerea energiei electrice;

– E – energia consumată de mașina frigorifică pe durata de viață.

În majoritatea domeniilor de utilizare a frigului prin compresie mecanică de vapori, agentul frigorific R22 este folosit în sistemele existente, fiind cel mai adecvat pentru înlocuirea unor agenți frigorifici poluanți (R12, R502). Totuși, HCFC-urile, inclusiv R22, sunt controlate prin Protocolul de la Montreal. Ca urmare, se poate considera că R22 constituie un substituent pentru o perioadă medie de timp (până în anul 2020).

Impactul freonilor asupra mediului

Distrugerea stratului de ozon a determinat o acțiune hotărâtă la nivel internațional care va conduce pe termen mediu și la oprirea folosirii compușilor cu ODP > 0 (Ozon Distroy Potential).

O alegere favorabilă în ceea ce privește mediul sunt substanțele naturale folosite ca agenți frigorifici: hidrocarburile, amoniacul, apa, dioxidul de carbon și aerul. Considerentele economice le impun ca soluții viabile pentru problema protejării stratului de ozon sunt umbrite totuși de necesitatea folosirii unor tehnologii noi care să le amelioreze deficiențele lor fizico-chimice: inflamabilitatea mare a hidrocarburilor, toxicitatea amoniacului, presiunea de lucru ridicată a dioxidului de carbon asociată cu temperatura critică joasă, presiunea critică a apei și slaba eficiență frigorifică a aerului.

Un freon ecologic trebuie să fie caracterizat prin:

– bune proprietăți tehnologice (eficacitate termodinamică, compatibilitate cu uleiurile și cu materialele cu care vine în contact);

– toxicitate, inflamabilitate și preț de cost mici;

– acțiune redusă asupra ozonului stratosferic;

– efect de seră redus.

Distrugerea stratului de ozon stratosferic

Ozonul din troposferă (zona 12 – 18 km) este un gaz dăunător vieții (oxidant și toxic). Concentrația de ozon crește în troposferă datorită perturbării ciclului natural în care se află, produs de creșterea concentrației de și de RH, produși în principal de automobile.

Din contră, ozonul din stratosferă (zona 18 – 40 km) reprezintă un filtru protector pentru radiațiile UV de mare energie. Acesta reprezintă din ozonul atmosferic, însă are o concentrație mică, de câțiva p.p.m., ceea ce ar echivala în zona troposferică (p ~ 1bar) cu un strat de 3 – 5 mm.

Creșterea intensității radiației UV, dăunătoare, prin distrugerea stratului de ozon, a fost semnalată prin efectele constante:

– creșterea frecvenței bolilor de piele;

– reducerea activității de fotosinteză la plante;

– dezvoltarea anormală a unor organisme marine;

– degradarea culorii vopselelor, crăparea materialelor plastice, etc.

4.6 Alegerea unor agenti frigorifici si prezentarea datelor tehnice

Au fost alesi 3 agenti frigorifici pe care se vor face calcule pentru determinarea variantei cele mai optime pentru instalatia de incalzire si racire. Diagramele ciclurilor fiecarui agent frigorific luat in calcult la proiectarea instalatiei de racier si incalzire a fost realizate in programul CoolPack:

a)Agentul frigorific R 407C:

Un agent de tranziție din clasa 400 este agentul frigorific R407C care a fost creat ca un substituent care nu distruge stratul de ozon, pentru înlocuirea agentului frigorific R22, într-o varietate de sisteme frigorifice și de aer condiționat. Proprietăți și caracteristici termodinamice ale agentului de tranziție R407C

Generalități:

– Nume(Amestec din) Tetrafluoretan (R134a)

Pentafluoretan (R125)

Difluormetan (R32)

– Formulă: H2F2

CHF2CF3

CF3CH2F;

– Utilizare: Echipamente noi sau existente, rezidentiale si comerciale de aer conditionat

– Masa molară:

Proprietăți termofizice:

– Punct de fierbere: ;

– Temperatură critică: ;

– Presiune critică: 4.629 MPa.

Potențialul de distrugere a ozonului:

ODP = 0

Potențialul de încălzire a atmosferei:

GWP= 1525

Fig Trasarea ciclului frigorific in diagram lg p-i

b)Agentul frigorific R 410A

Un alt agent frigorific R 410 A este principalul refrigerant folosit in locul freonului R22 in aplicatii cum sunt aparatele de aer conditionat casnice si comerciale si pompele de caldura. Produsul R 410A are capacitate de racire si presiune mai mari decat R22 si poate fi folosit numai in sisteme specifice.

Generalități:

– Nume(Amestec din) Difluormetan (R32)

Pentafluormetan (R125)

– Formulă: CH2F2

CHF2CF3;

– Utilizare: Echipamente noi sau existente, rezidentiale ,comerciale de aer conditionat,si industriale

– Masa molară:

Proprietăți termofizice:

– Punct de fierbere: ;

– Temperatură critică: ;

– Presiune critică: 4.86 MPa.

Potențialul de distrugere a ozonului:

ODP = 0

Potențialul de încălzire a atmosferei:

GWP= 2088

c)Agentul frigorific R 134A

Generalități:

– Nume: tetrafluoroetan;

– Formulă: ;

– Utilizare: în producerea frigului casnic și comercial, transport auto, aer condiționat;

– Masa molară:

Proprietăți termofizice:

– Punct de fierbere: ;

– Temperatură critică: ;

– Presiune critică: 4.06 MPa.

Potențialul de distrugere a ozonului:

ODP (R11 = 1) 0

Potențialul de încălzire a atmosferei:

GWP ( = 1) 1430

R134a este un agent frigorific folosit pentru înlocuirea agentului R12.

Performanțele similare cu R12 îl recomandă pentru aplicațiile comerciale fixe de temperatură înaltă și medie, dar și în sistemele de răcire sau aplicații casnice. În plus, acesta poate fi folosit pentru înlocuirea agentului R12 nu doar în aplicații noi ci și în cele deja existente. Agentul frigorific R134a este utilizat în general în instalațiile de aer condiționat pentru automobile și pompe de caldură aer – apă, dar datorită condițiilor impuse de Regulamentul 842/2006 (F-gas) al UE, acesta va trebui înlocuit cu un agent frigorific care are un potențial de încălzire globală (GWP) mult mai mic.

Consumatorii mondiali de freon s-au aflat într-o mare dilemă în anul 1966 când, datorită acțiunii nocive a freonilor asupra stratului de ozon, producția mondială a celor mai utilizați agenți a fost abandonată în țările dezvoltate economic. Răspunsul imediat la marea problemă a fost înlocuirea agenților de tip florcarbon (CFC) cu HFC – 134a un agent frigorific nepoluant.

Pericolul potențial asupra mediului exterior pe care îl prezintă HFC – 134a reprezintă doar începutul incompatibilității ca înlocuitor pentru freonii anterior utilizați. Experimențele au arătat că are eficiență termică redusă, necesită un consum de energie ridicat și este coroziv pentru elementele structurale ale instalațiilor. În 1998 studiile conduse de Wright Patterson (OHAIO) au condus la concluzia că HFC – 134a poate avea efecte toxice nocive, ireversibile pentru oamenii care îl inhalează în concentrații mai mari de 4 părți la un million.

4.7 Stabilirea variantelor de instalații frigorifice posibile ca procese teoretice.

Stabilirea variantelor de instalații posibile ca procese teoretice este condiționată de valorile parametrilor principali ai procesului frigorific ce trebuie realizat. Pornind de la condițiile exterioare de lucru se stabilesc parametrii interni și anume temperaturile, respectiv presiunile agentului frigorific utilizat.

Temperatura aerului exterior determină temperatura de condensare și de subrăcire a agentului.Acestea au fost calculate in capitolu 1.4.

tk=42 / tk=24 [oC]

t0=18 [oC]/t0=-20 [oC]

Pentru agenții frigorifici se va calcula raportul de comprimare ținând cont de presiunile și :

– Daca H < 7, atunci instalația este într-o treaptă;

– Daca H > 7, atunci instalația este în două trepte.

Pentru agenții frigorifici aleși, la temperaturile calculate, corespund urmatoarele presiuni:

R407c:

-vara