Proiect de diplom ă 2006 [629352]

Proiect de diplom ă 2006
.

Cuprins

REZUMAT ………………………………………………………………………………………………………… ………….. 4
ABSTRACT ……………………………………………………………………………………………………….. …………. 5
CAPITOLUL I …………………………………………………………………………………………………….. ………… 6
Clasif icarea im obilelor c are pot f i încălzite cu surse regenerabile de energie ………………………….. 6
1.1. Introducere ………………………………………………………………………………………………… ……………. 6
1.2. Descrierea im obilului (am plasam entului și dim ensiunilor) …………………………………………….. 8
CAPITOLUL II ……………………………………………………………………………………………………. ………. 12
Prezentarea surselo r regenerab ile de energie pentru înc ălzire și prepararea apei m enajere ……… 12
1.1.Generalit ăți……………………………………………………………………………………………………………… 12
CAPITOLUL III …………………………………………………………………………………………………… ………. 17
Elaborarea program ului de calcul pentru determ inarea necesarului de c ăldură pentru înc ălzirea
locuinței…………………………………………………………………………………………………………….. ………… 17
3.1.Programul pentru utilizator …………………………………………………………………………………… …..18
3.1.1.Prezen tare g enerală program utilizato r…………………………………………………………………….. 18
3.1.2.Prezen tarea m odelului m atematic……………………………………………………………………………. 19
3.1.3. Rezultatele studiului influen țelor param etrilor …………………………………………………………. 21
3.1.4. Concluziile studiului efectuat ……………………………………………………………………………… ….24
3.2.1.Prezen tare g enerală program de studiu …………………………………………………………………….. 25
3.2.2.Rezultate ob ținute cu program ul de studiu ………………………………………………………………… 27
3.2.3.Discu ții asup ra rezultatelor obținute ………………………………………………………………………… 32
3.2.4.Concluziile studiului efectuat ………………………………………………………………………………. ….34
3.3. Calculu l necesarulu i de căldură al locu inței cu ajutorul program ului……………………………… 35
3.3.1. Caracteristici ale unor ……………………………………………………………………………………. ……… 35
tipur i de lo cuințe……………………………………………………………………………………………………………. 35
3.3.2. Descrierea im obilului ……………………………………………………………………………………… …….36
3.3.3. Prepararea de ap ă caldă cu surse regenerabile de energie …………………………………………… 38
CAPITOLUL IV ……………………………………………………………………………………………………. …….. 39
Soluții tehnice de înc ălzire utilizând surse regene rabile de energie ………………………………………. 39
4.1.Utilizarea energ iei solare……………………………………………………………………………………. …….. 39
1

Proiect de diplom ă 2006
.
4.1.1.Nivelul de insola ție………………………………………………………………………………………………… 40
4.1.2.Zonele de însorire …………………………………………………………………………………………. ………. 40
4.1.4.Necesarul en ergetic ………………………………………………………………………………………… …….. 42
4.1.5.Radia ție globală…………………………………………………………………………………………………….. 43
4.1.6.Utilizarea energiei solare p rin intermediul colecto rilor s olari……………………………………… 44
4.1.7.Structura și funcționarea colectorilor.Tipur i de captatore solare ………………………………….. 45
4.1.8.Pom pe de căldură…………………………………………………………………………………………………… 45
4.1.9. Func ționarea unei pom pe de căldură……………………………………………………………………….. 47
4.1.10. Tipuri de pom pe de căldură………………………………………………………………………………….. 49
4.1.11. Variante de pom pe de căldură………………………………………………………………………………. 51
4.2. Utilizarea com bustibilulu i solid rege nerabi l………………………………………………………………… 59
4.2.1. Tipuri de cazan …………………………………………………………………………………………… ……….. 59
CAPITOLUL V …………………………………………………………………………………………………….. ……… 63
Calcule de alegere a componenetelor instala ției………………………………………………………………… 63
5.1. Determ inarea suprafe ței de captare și a capacit ății de acumulare de a pă caldă menajeră…..64
5.1.1. Capacitatea de acumulare de a.c.m . (acum ulator pentru circuitul solar) ………………………. 64
5.1.2. Suprafa ța de captare ……………………………………………………………………………………………… 65
5.2. Calculul de alegere al pom pelor de c ăldură și al colectorilor ………………………………………… 65
5.2.1. Alegerea pom pei de căldură…………………………………………………………………………………… 65
5.2.2. Di mensionarea colectorilor …………………………………………………………………………………. …68
5.2.2.1. Di mensionarea colect orilor orizontali …………………………………………………………………… 68
5.2.2.2. Di mensionarea sondelor pentru sol ………………………………………………………………………. 69
5.3. Ventilarea și recuperarea c ăldurii ………………………………………………………………………………. 69
CAPITOLUL VI ……………………………………………………………………………………………………. …….. 70
Calculul term ic al pom pei de căldură……………………………………………………………………………….. 70
6.1.Generalit ăți despre agen ții de lucru ai pom pelor de c ăldură…………………………………………… 70
6.2. Determ inarea condi țiilor de lu cru……………………………………………………………………………… 74
6.2.1. Regimul term ic al vaporizato rului în cazul utiliz ării sondelor pentru sol ……………………… 74
6.2.2. Regimul term ic al vaporizato rului în cazul utiliz ării colectorilo r amplasa ți în sol …………. 75
6.2.3.Regimul term ic al condensatorului pentru înc ălzirea prin pardosea ……………………………… 75
6.1.4. Regimul term ic al conde nsatorului pentru înc ălzirea apei calde m enajere ……………………. 75
6.2. Calculul term ic al întregului ciclu …………………………………………………………………………… …75
CAPITOLUL VII …………………………………………………………………………………………………… …….. 77
Analiza com parativă a eficienței econom ice……………………………………………………………………… 77
2

Proiect de diplom ă 2006
.
Concluzii ………………………………………………………………………………………………………. …………….. 79
Perspective de viitor ………………………………………………………………………………………………………. 80
Prezentarea instala ției…………………………………………………………………………………………………….. 81
Bibliografie ……………………………………………………………………………………………………. …………….. 93

3

Proiect de diplom ă 2006
.

REZUMA T

Strategia econom ică a dezvolt ării durabile im pune în m od cert prom ovarea eficien ței și
utilizarea ra țională a energiei term ice la nivelul cl ădirilor de locuit, consum ator m ajor de energie
la nivel global.Având în vedere c ă necesarul de c ăldură al unei locuin țe este în continu ă creștere,
odată cu creșterea nivelului de trai și numărului de locuitori, lucrarea prezint ă un studiu al
necesarului term ic al unei locuin țe.
Pentru a atinge obiectivele dezvolt ării durabile s-a param etrizat necesarul term ic în
vederea reducerii consum ului energetic și implicit a costurilor de înc ălzire, urm ărindu-se
minimizarea pierderilor de c ăldură prin transfer term ic cu m ediul, asigurând în acela și tim p
confortul term ic necesar. În acest scop am elaborat un m odel de calcul pentru a eviden ția
importanța efectelor pe care le au param etrii im plicați în calculul necesarului de energie term ică
pentru înc ălzirea unui im obil. Modelul a fost transpus într-o aplica ție client-server disponibil ă
on-line. Im plem entarea s-a efectuat cu ajutor ul lim bajului de program are PHP, producând
rezultatele pe o interf ață HTML.
Se prezint ă modul de calcul și rezultatele ob ținute și se discut ă influența param etrilor
constructivi asupra necesarului de c ăldură în vederea utiliz ării sistem elor de înc ălzire care
utilizează surse regenerabile de energie.
Sistem ele de înc ălzire care f olosesc surse regenerabile de energie cele m ai des utilizate
sunt pom pele de c ăldură, sistem ele de captare a energiei solare și sistem ele bazate pe arderea
combustibililor regenerabili.
În prim a parte a lucr ării se prezint ă generalit ăți despre tipurile de locuin țe, am plasare și
sursele regenerabile disponibile pentru înc ălzirea locuin ței proiectate și a apei calde m enajere.
Cea de-a doua parte a lucr ării prezint ă program ul de calcul al necesarului term ic și
condițiile pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă elem entele costitutive ale cl ădirii proiectate pentru
ca param etrii asocia ți să atingă valorile necesare unei case pasive din punct de vedere energetic.
În partea a treia se prezint ă tipurile de instala ții existente pe pia ță și se fac calcule de
alegere a celor m ai potrivite în func ție de necesarul term ic și de dim ensiunile casei.
În final se prezint ă grafic instala țiile alese pentru im obilul proiectat.
4

Proiect de diplom ă 2006
.
Toate datele îm preună cu desenele realizate în program ul de proiectare SolidW orks sunt
stocate pe un CD care este ata șat lucrării.

ABSTRACT

The econom ical strategy of sustainable developm ent im poses the prom otion of
efficiency and the rational use of therm al energy in buildings, the m ajor energy consum er,
globally speaking.
To reach the objectives of sustainable deve lopm ent’s principles, the heat flux dem and
was param eterized to reduce the energetic consum ption and im plicitly to heating costs, having in
view the m inimization of heat loses through therm al transfer with the environm ent, ensuring in
the sam e time the necessary heat com fort. W ith th is end in view I com piled a calculus m odel to
point out the im portance of effects that para meters involved in therm al energy dem and calculus
for heating a building. The m odel was transposed into a client-server application available on-
line. The im plem entation was m ade with the scripting program PHP (pre-processed hypertext
language), displaying the results into a HTML interface.
The calculus m odel and the obtained results are presented in order to discuss about the
influences that constructive param eters have on heat flux requirem ents with the object of
renewable energy heating system use.
The m ost com mon heating system that utilize renewable energy sources are heat pum ps,
solar energy collectors and solid fuel com bustion system .
The first part of the project represents so me generalities about building types, placem ent
and renewable energy sources available at the m oment for heating the existing house m odel and
the water.
The software for heat flux dem and calculus is presented in the second part of the paper,
along with the conditions that inertial elem ents ha ve to accom plish for the associated param eters
to aim the necessary values of an energetic passive house.
The third part presents the existing system types on the m arket and the calculus for
choosing the best fit system function to heat flux requirem ents and house dim ensions.
5

Proiect de diplom ă 2006
.
The last part of the paper it consist of graphic presentation of the chosen system .
All of the dates along with the house m odel designed in Solid W orks software are
available on a CD attached to this paper.

CAPIT OLUL I

Clasificar ea imobilelor care pot fi înc ălzite cu surse r egenerabile de
energie

1.1. Introducere

Se estim ează că fondul locativ contribuie cu peste 20% în totalul anual al em isiilor
poluante. Aceste em isii intervin în schim barea global ă a clim ei, iar virulenta crescând ă a
fenom enelor m eteorologice are ca efecte cre șterea consum urilor energetice, escaladarea
costurilor locative si, ceea ce este m ai important, o nou ă majorare a em isiilor. Acest f enomen
evolutiv asociat cu im pacturile obi șnuite ale unei construc ții, ca de exem plu destr ămarea
ecosistem elor, reducerea habitatului natural, cre șterea polu ării apelor si eroziunea solului, va
afecta grav biodiversitatea dac ă nu este întrerupt și corectat prin m ăsuri energice. Alegerea unei
6

Proiect de diplom ă 2006
.
proiectări com petitive favorizeaz ă creșterea aportului civic la construirea unei com unități mai
sănătoase, m ai sigure și mai prietenoase cu m ediul înconjur ător.
Pentru asigurarea calit ății conf ortului term ic, al calit ății mediului înconjur ător cât și al
costurilor energetice m inime, în construc ția de locuin țe trebuie avut în vedere în prim ul rând
calitatea m aterialelor f olosite pentru structura de rezisten ță, izolația term ică cât și tipul de geam
utilizat.
…………………………………..
Izolațiile term ice cel m ai des utilizate în construc ția locuințelor sunt de tipul: polistiren
extrudat, polistiren expandat, poliuretan, vat ă minerală bazaltică expuse în figurile de m ai jos.

1.a Poliuretan

1.b Polistiren extrudat

1.c Polistiren expandat

1.d Vată minerală
Figura 1. Tipuri de materiale izolatoare

Noțiunea de cas ă pasivă energetic reprezint ă un concept care perm ite asigurarea unui
confort term ic ridicat cu costuri reduse. Aces t concept nu trebuie confundat cu standard de
perform anță energetic ă ridicată. Casele pasive energetic au fost definite ca și clădiri în care
condițiile de conf ort term ic ridicat pot f i atinse prin sim pla post-înc ălzire sau post-r ăcire a
aerului proasp ăt introdus în aceste cl ădiri. În casele pasive energetic aerul nu este recirculat.
7

Proiect de diplom ă 2006
.

1.2. Descrier ea imobilului (amplasamentului și dimensiunilor)

Acest proiect a fost ghidat prin viziunea dezvolt ării durabile și tinde să atingă:
a) reducerea em isiilor de CO 2 cu până la 80%, com parativ cu cl ădirile standard;
b) costuri cât m ai mici com parativ cu cl ădirile noi conven ționale.

Amplasament
Casa este situat ă în partea de nord-vest a uneia di ntre cele m ai noi zone construite din
municipiul Alba Iulia, și anum e Schit. Terenul are o suprafa ță de 2300 m2 și se af lă în im ediata
apropiere a m ănăstirii Schit și a zonei de agrem ent Mam ut.
Infrastructur ă
Un drum local (30 km /h) traverseaz ă zona pentru a asigura accesul la cl ădirile din zon ă.
O stradă mai largă (cu un trafic aproxim ativ de 10.000 de m așini pe zi) se af lă la 100 m distanță
spre est de teren. Principalul scop al stabilirii am plasam entului este reducerea la m inim a
traficului rutier, pentru a atinge m aximul calității vieții pentru locatari. Pentru acesta este asigurat
un flux m axim al transportului în com un cu scopul de a suplim enta traficul rutier. În prezent
circulă 3 linii de autobuze, la intervale de tim p potrivite perioadei din zi.
Legenda h ărții:
Clădire
Stradă
Trotuar
Zonă beton
Dig
Curte
Spațiu verde
Pădure
Apă
Teren arabil
Pod
Rezervoare
Cale ferat ă Figura 2. Amplasamentul casei
8

Proiect de diplom ă 2006
.

Microclimat
În proiectarea casei trebuie avut în considerare distribu ția locală a văntului. Exist ă o
circulație periodic ă de aer rece dinspre m untele Mam ut, aflat în apropiere. Vântul sufl ă cu viteze
care depășesc uneori 40 km /h. . Umiditatea relativ ă a aerului oscileaz ă între 60% și 90%.
Clim a localității este specif ică zonei de dealuri precum și zonei m ontane. Din datele
obținute de la sta ția meteorologic ă Alba Iulia se constat ă o variație destul de m are a tem peraturii
medii anuale și lunare. Cea m ai ridicată temperatură a fost de 32,4 °C, iar cea m ai scăzută de –
22,9°C.
Temperaturile m edii zilnice de peste 22°C se realizeaz ă în lunile de var ă și într-un
număr mai redus de zile din lunile m ai și septem brie. Repartizarea precipita țiilor este f oarte
neuniform ă în cursul anilor și lunilor rezultând o m edie a precipita țiilor în ultim ii ani de 714 m m.

Vegetația
Zona în care se afl ă orașul (în apropierea m unților Apuiseni) aduce cu sine o varietate
extrem de m are a vegeta ției. Terenul pe care este am plasată casa aflându-se în apropierea unei
păduri asigur ă, pe lângă aspectul estetic pl ăcut al zonei, îm prospătarea în perm anență a aerului
În figura 3 de m ai jos este prezentat im obilul care urm ează să fie încălzit. Este desenat
în program ul Solid W orks și prezintă o vedere de ansam blu frontală.

a)vedere de ansam blu
din față

9

Proiect de diplom ă 2006
.

c)vedere de ansam blu
din partea de sud

d)repartizare înc ăperi
Figura 3. Amplasament cas ă
10

Proiect de diplom ă 2006
.
Tabel 2. Dimensiunile casei și a încăperilor sunt afi șate în tabelul de mai jos:
Încăpere Suprafața (m2)
Bucătărie 27.5
Living 36
Baie 9
Dormitor matrimonial 21.25
Baie de serv iciu 7
Dormitor 10.5
Dormitor 10.5
Vestibul de acces 10
Hol 8.25
Total su prafață 140
Total perimetru casă 58 m

11

Proiect de diplom ă 2006
.

CAPIT OLUL II

Prezentar ea surselor regenerabile de energie pentru înc ălzire și
preparar ea apei menajer e

1.1. Generalit ăți

Conceptul general “dezvoltare durabil ă” extrem de m ediatizat în întreaga lum e, impune
de la sine utilizarea unor tehnologii, în toate dom eniile, care s ă asigure actualelor genera ții un
trai cât m ai bun fără a periclita m odul de via ță al genera țiilor viitoare.
Unul din efectele dezvolt ării tehnologice a întregii societ ăți um ane, din ultim ul secol,
este creșterea tot m ai pronunțată a consum urilor de energie, dar și dependen ța tot m ai accentuat ă
a om enirii, de consum ul com bustibililor fosili, în special produse petroliere, gaze naturale și
cărbuni. Aceste surse de energie clasice reprezint ă un foarte m are factor de risc datorit ă
emisiilor poluante din tim pul arderii, cât și datorită epuizării lor.
12

Proiect de diplom ă 2006
.
În tabelul 3 sunt prezentate valorile m edii de em isii poluante în cazul utiliz ării pentru
încălzirea unei locuin țe ca și com bustibil a gazelor naturale.

Tabel 3 .Valori medii ale emisiilor poluante cu efectele asupra mediului
Emisii O2 CO[ppm ] NO[ppm] SO 2[ppm ] CO2[ppm ]
12.61 1928.8 3.93 13.5 4.79
Efecte
generate
Asupra
mediului -efect de
seră
-mărirea
concentra ției de O 3
troposferic
-efect de ser ă -Ploi
acide -Ploi acide
-efect de ser ă
-mărirea
concentra ției
de O 3 troposferic

Estimările actuale ale ASPO( The Association For The Study Of Peak Oil And Gas ),
privind perioadele r ămase până la epuizarea rezervelor de com bustibili fosili, sunt prezentate în
tabelul 4.
Tabel 4. Estimarea epuiz ării rezerrvelor de combustibili fosili
Perioada estimat ă până la epuiz are (ani).
ASPO 2005
Petrol 45
Gaze naturale 66
Cărbune 206
Uraniu 35 – 100
……………………………………

Ce este o energie reînnoibil ă?
O energie regenerabil ă este energia a c ărei sursă este nelim itată în tim p, nepoluant ă și a
cărei exploatare cauzeaz ă cele m ai mici neajunsuri ecologice posibile.
Tipuri de energii regenerabile: eolian ă, solară, geoterm ică, hidraulic ă, biom asa. În cazul
încălzirii locuin țelor și a apei calde m enajere se utilizeaz ă energia solar ă, geoterm ală și
combustibilul solid regerabil (biom asa) și a sistem elor cu pom pe de căldură.
13

Proiect de diplom ă 2006
.

Energia solar ă
Energia solar ă ajunge la suprafa ța pământului sub form ă de radiații electrom agnetice
similare cu undele radio, dar aflate într-o band ă de frecven ță diferită. Energia solar ă disponibil ă
este exprim ată deseori în unit ăți de energie pe tim p pe unitatea de suprafa ță (W/m2). O parte din
energia solar ă este absorbit ă de atm osfera terrestr ă, iar restul, dup ă cum rezultă într-o zi senin ă
este direc ționată către suprafa ța Pământului în cantitate de 1000 W /m2. Însă cantitate de energie
solară disponibil ă depinde de loca ția luată în considerare dar, de condi țiile clim aterice dar și de
tehnologiile utilizate pentru captare ei. Captarea direct ă a energiei solare presupune m ijloace
artificiale, num ite colectori solari, care sunt proiectati s ă capteze energia, uneori prin focalizarea
directă a razelor solare.
Avantajele utiliz ării energiei solare în com parație cu energia conven țională:
•
•
•
•
• Energia solar ă va f ii întotdeauna gratis dup ă ce costurile ini țiale au f ost
recuperate;
În funcție de utilizarea energiei, recuperarea costurilor se poate face într-un
timp relativ scurt;
Sistem ele de captare a energiei solare pot f i folosite fără a necesita conectarea
la alte surse de energie conven ționale;
Soarele este practic o surs ă de energie inepuizabil ă;
Înlocuirea energiei conven ționale cu energia solar ă are ca și rezultat
proporțional scăderea em isiilor de gaze cu efect de ser ă și nunum ai.

Energia geotermal ă
Energia geoterm ală foloseste energia aflata în sol pentru a înc ălzi sau răci o clădire și
pentru a furniza apa cald ă. Pe tot parcursul anului, la câ țiva m etri în adâncim e, tem peratura
pământului rămâne aproxim ativ constant ă și anum e între 7 și 12 grade Celsius. Aceast ă
temperatură constantă poate fi valorificat ă pentru a asigura în m od eficient înc ălzirea și răcirea în
interiorul unei cl ădiri.
Sistem ele m oderne folosesc o pom pă de caldur ă pentru a concentra energia term ală a
pământului și apoi pentru a o transfera aerului care înc ălzește spațiul din interiorul cl ădirii. Iarna,
o soluție pe bază de apă circulă prin țevile îngropate în p ământ, absoarbe c ăldura acestuia și o
transportă în clădire. Vara, procesul este invers: c ăldura din interiorul locuin ței este extras ă din
aer și transferat ă pământului de solu ția pe baz ă de apă prin pom pa de căldură și prin bucla
14

Proiect de diplom ă 2006
.
îngropată în pământ. Singura energie suplim entară folosită este o cantitate de energie electric ă
necesară pentru ac ționarea pom pei de caldur ă.

Combustibil solid regenerabil
Conform [7] UE i și acoperă 4 % din necesit ățile de energie din biom asă. În tabelul 5
este dată producția anuală de biom asă care este utilizat ă ca și sursă de energie, cât și potențialul
acestuia pe viitor. Prim a coloană arată producția totală de biom asă utilizată azi pentru asigurarea
necesităților energetice. Celelalte coloane arat ă potențialul contribu ției anuale pentru 2010, 2020
și 2030; se poate observa c ă pe 2010 contribu ția este de 21/2 ori față de cea de azi, în 2020 este de
31/2 ori față de cea de azi iar în 2030 este de 41/2 ori față de cea de azi. P ădurile, de șeurile și
agricultura aduc o contribu ție im portantă la creșterea acestui poten țial.
Tabel 5. Potențialul de producere al biomasei în UE
Mtoe Consumul de
biomasă 2003 Potențial,
2010 Potențial,2020 Potențial,2030
Lemn direct din p ăduri
(deșeuri) 43 39-
45 39-
72
Deșeuri organice, reziduuri
din industria lem nului,
deșeuri din industria
alimentară și agricultur ă,
îngrășăminte

67 100 100 102
Resturile recoltelor din
agricultur ă 2 43-
4676-
94 102-
142
Total 69 186-
189215-
239 243-
316

Aceste estim ări sunt conservative datorit ă avantajelor pe care le of eră utilizarea
biom asei ca și sursă de energie:
Nu au efecte asupra producerii alim entelor; •
•
•
•
•
•
•
• Nu crește presiunea asupra terenurilor agricole sau asupra biodiversit ății
pădurilor;
Nu crește presiunea ecologic ă asupra solului și asupra resurselor de ap ă;
Nu necesit ă aratul pășunilor nearate perm anent;
Asigură practicarea agriculturii ecologice;
Rata extrac țieie de biom asă din păduri este adaptat ă balanței locale de nutrien ți
din sol și a riscului de eroziune;
Importurile de petrol sunt estim ate a scădea de la 80% la 75%;
Reducerea em isiilor gazelor cu efect de ser ă;
15

Proiect de diplom ă 2006
.
Creearea de noi locuri de m uncă. •
Tot în conf ormitate cu [ 7] odată cu intrarea Rom âniei și Bulgariei în Uniunea
European ă se va îm bunătății această disponibilitate, im porturile oferind înc ă un m are potențial.

16

Proiect de diplom ă 2006
.

CAPIT OLUL III

Elaborar ea pr ogramului de calcul pentru determinar ea necesarului
de căldură pentru înc ălzirea locuin ței

În vederea ob ținerii necesarului term ic al locuin ței proiectate, pentru înc ălzire și
preparare de ap ă caldă menajeră am elaborat un program de calcul pe baza unui m odel
matematic, în lim bajul de program are PHP (preprocessed hypertext language) cu afi șare într-o
interf ață HTML. Program ul este disponibil la adresa:
http://em ilia.academ icdirect.ro/Proiect%20de%20diplom a/form .php
Metoda perm ite identif icarea inf luențelor pe care le au anum iți param etri asupra
necesarului de c ăldură, și afișarea rezultatelor prin grafice generate de server. Pentru aceasta s-a
folosit un nucleu grafic disponibil la adresa:
http://vl.academ icdirect.org/applied_statistics/graphic_kernel/
Acest program are dou ă variante, una pentru utilizator, iar cealalt ă este destinat ă
studiului științific al inf luențelor param etrilor asupra necesarului term ic al locuin ței.
În cele ce urm ează sunt prezentate am bele variante ale softului.

17

Proiect de diplom ă 2006
.
3.1. Programul pentru utiliz ator

3.1.1. Prez entare generală program utiliz ator

Program ul PHP este pus într-un fi șier pe un web server, executate de acestea utilizând
modulele PHP. Datele de intrare sunt expuse în HTML și pot fi vizualizate de c ătre orice
utilizator web[ 1] (vezi f igura 6).
Conf orm modelului m atematic am elabor at un program pentru calculul bilan țului
termic, datele putând fi introduse de c ătre utilizator printr-un f ormular generat de program ul
„form .php” (Figura 6), acesta fiind com pus din 6 sec țiuni: m ediu, casă, izolație și rezistență la
pereți, podea, tavan și tipul geam ului. Datele de intrare caracteristice param etrilor constructivi
prezentate în Tabelul 1, 2, 3, conf orm [3] sunt introduse în unit ăți uzuale, transform ate ulterior
în măsuri fundam entale pentru a fi utilizate în calcule.
Variabilele care intr ă în calculul bilan țului term ic sunt urm ătoarele: tem peraturile,
numărul de locatari, perim etrul, înălțimea și suprafața casei, tim pul necesar înc ălzirii apei calde
cât și grosim ile/tipurile straturilor com ponente, acestea putând fi alese în func ție de necesit ățile
fiecărui utilizator. Cât despre tipul geam urilor, al straturilor structurii de rezisten ță și
termoizolatoare, valorile atribuite lor, și anum e conductivit ățile term ice, coef icienții de transf er
termic global, afi șate în tabelele 1, 2, 3 se afl ă în spatele op țiunilor af ișate în interf ață.
……………………………………………………………

Această lucrare prezint ă o nouă modalitate în vederea determ inării necesarului de
căldură pentru înc ălzirea unei locuin țe cu consum energetic redus, pe baza unui soft și a unui
model m atematic.
Modelul perm ite identif icarea inf luențelor pe care le au anum iți param etri asupra
necesarului de c ăldură în vederea im plem entării unor surse regenerabile de energie.
18

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 6. Interfața formularului

Mărimile care caracterizeaz ă acești param etri sunt expuse în tabelele:
…………………………………………

3.1.2.Prez entarea modelului matematic

Pentru studiul necesarului de flux term ic este nevoie s ă cunoaștem posibilele pierderi de
căldură cât și modul de utilizare al acesteia. Ecua ția general ă a bilanțului term ic se f olosește în
calcularea fluxului de c ăldură [13]:
3 2 1 Q QQQ &&&& + + = [W ] (1)
Unde: – flux de c ăldură pierdut prin transm isie; – flux de c ăldură necesar
încălzirii aerului ventilat; – flux de c ăldură necesar înc ălzirii apei calde m enajere. 1Q&
2Q&
3Q&
Fluxul term ic pierdut prin transm isie [4] este distribuit între elem entele constructive ale
casei și anum e: pereți , podea Q, tavan Q și geam uri , astf el: 1.1Q&
2.1&
3.1&
4.1Q&
19

Proiect de diplom ă 2006
.
4.1 3.1 2.1 1.1 1 Q Q Q Q Q &&&&& + + + = [W] (2)
Form ula care se utilizeaz ă pentru calculul fiec ărui flux de c ăldură în parte este com ună
celor patru elem ente:
) (int .1 ext i i i t tkS Q − ⋅⋅=& [W] (3)
Unde: –suprafața totală calculată a fiecărui elem ent în parte, se iau în considerare
doar elem entele de leg ătură cu exteriorul [miS
2]; – coeficientul de transfer term ic global specific
fiecărui tip de elem ent în parte [ W/mik
2K]; –tem peratura din interiorul im obilului [ K]; –
temperatura exterioar ă imobilului. În cazul podelei se utilizeaz ă tem peratura solului și/sau a
pivniței [K]. inttextt
Coeficientul de transfer term ic global se calculeaz ă după form ula:
∑
=+ +=n
j e ii
iik
11 11
αλδ
α [W/m2K] (4)
iα– coef icient de transf er term ic convectiv din interior,iα=8 [W /m2K]; eα-coeficient
de transf er term ic convectiv din exterior,eα=25 [W /m2K]; iλ – conductivitatea term ică a
stratului i care se alege conf orm tabelelor 2 și 3, [W/m.K]; iδ – grosim ea stratului i, [ m].
Fluxul de c ăldură necesar înc ălzirii aerului ventilat se calculeaz ă în funcție de categoria
casei din punct de vedere al izola ției term ice, conf orm cu Tabelul 4 astf el:
1 2 Qn Q&& ⋅= (5)
Unde n=0.7 pentru case f ără izolație term ică; n=0.8 pentru case cu term oizolație
norm ală; n=1 pentru case cu consum energetic redus și pasive din punct de vedere energetic.
Fluxul de c ăldură necesar înc ălzirii apei calde m enajere depinde de urm ătorii
param etrii:
nt tcVQrece calda p ) (3 −⋅=τρ& [W] (6)
Unde: τ – tim pul necesarului de ap ă caldă menajeră, [s]; ρ – densitatea apei, ρ=1000
[kg/m3]; V – volum ul de apă caldă menajeră dorit pe persoan ă, [m3]; cp – căldura specific ă a
apei,c p=4.186 [kJ/kg.K]; – tem peratura dorit ă a apei calde, [K]; t – tem peratura apei
provenită din exterior, [K]; n – num ărul de locatari. caldatrece

20

Proiect de diplom ă 2006
.
3.1.3. Rez ultatele studiului influen țelor parametrilor

Cu ajutorul program ului de calcul prezentat și a m odelului m atematic, au f ost
determ inate inf luențele pe care le prezint ă param etrii asupra com ponentelor necesarului de
căldură al locuinței proiectate.Câteva dintre aceste com ponente sunt prezentate în continuare.
Datele de intrare au fost considerate cele din captura de ecran din Figura 6.
Se poate observa în Figura 7 și 8 că procentul fluxului term ic necesar pentru înc ălzirea
apei calde m enajere în cazul utiliz ării unui strat izolator de polistiren de 2 cm și a geam ului
dublu este de 3%, m ai mic decât în cazul utiliz ării param etrilor din Figura 6, unde stratul de
polistiren expandat este de 37 cm iar tipul de g eam folosit este term opan triplu (reprezentat în
graficele din figurile 14 și 20). Deoarece necesarul de fux term ic pentru înc ălzirea apei este
constant, aceste procente pot fi luate ca și referință pentru a ar ăta că pierderile de c ăldură se
micșorează considerabil în cazul utiliz ării unui strat term oizolator m ai gros (conform figurii11)
și a unui tip de geam mai eficient (dup ă cum se poate vedea în reprezentarea procentual ă din
figura14).

Pereți
18%
Podea
23%
Tavan
8%Geamuri
4%Ventilație
44%ACM
3%
Figura 7 Influențele pierderilor prin
geam, pere ți, podea, tavan, acm și ventilație,
relative la pierderile totale. Ventilație
43%
Transmisie
54%
ACM
3%
Figura 8 Influențele pierderilor prin
ventilație transmisie și acm relative la
pierderile totale.

21

Proiect de diplom ă 2006
.

Pereți
13%
Podea
15%
Tavan
6%
Geamuri
10%Ventilație
42%ACM
14%
Fig9. Influen țele pierderilor prin
geam, pere ți, podea, tavan, ventila ție și acm,
relative la pierderile totale. Ventilație
43%Transmisie
43%
ACM
14%
Figura 10. Influențele pierderilor
prin ventila ție, transmisie și acm relative la
pierderile totale.

Din Figura 11 se poate observa im portanța utilizării prim ilor 5 cm de polistiren pentru
că fluxul term ic pierdut prin perete scade considerabil de la 55 W /m2 la 10 W /m2 de perete.
Astfel din punct de vedere al eficien ței term ice și financiare, este f oarte avantajas ă folosirea unei
termoizolații mai groase de 5 cm . Pentru construc ția caselor pasive din punct de vedere energetic
trebuie utilizate straturile izolatoare groase, am ortizarea costurilor neputându-se realiza în tim p
scurt. În cazul structurii de rezisten ță se poate observa conform Figura 12, c ă tipul structurii de
rezistență contează mai mult decât grosim ea lui, astfel pent ru un strat de beton de 20 cm se pierd
2159 W , iar pantru un strat de lem n placat de 10 cm se pierd 526 W , însă lemnul placat trebuie
utilizat în com binație cu alte m ateriale, aceasta im plicând costuri suplim entare.

0102030405060
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Poliuretan Polistiren extrudat Polistiren expandat
Vata minerala Pluta BCA
Figura 11. Influențele izola ției suprafe ței
unitare de perete aspra fluxului de c ăldură
unitar pierdut prin perete [W/m2perete] 05001000150020002500300035004000
10 15 20 25 30 35 40
Lemn placat Lemn pin/brad Lemn fag/stejar
BCA Caramida Beton
Piatra
Figura 12. Influențele structurii de rezisten ță
a peretelui neizolat asupra fluxului de
căldură pierdut prin peretii imobilului [ W]

22

Proiect de diplom ă 2006
.
Diferențele în cazul utiliz ării uneia din cele 3 tipuri de acoperi ș prezentate în Figura 13
se poate sesiza cel m ai bine în cazul tem peraturilor m ici și foarte m ici. Astfel, pentru acoperi ș tip
terasă la tem peratura de -20 pierderile calcula te prin tavan sunt de 1294.66 W iar pentru
acoperișul izolat pierderile sunt de 647.33 W în cazul acelora și condiții exterioare.
În Figura 14 se observ ă că față de geam urile sim ple sau duble care prezint ă pierderi
mari de căldură, geam ul term opan reduce pierderile de la 65% (geam dublu) la aproxim ativ 50%.

02004006008001000120014001600
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
Acoperis terasa Acoperis simplu Acoperis izolat
Figura 13. Influențele tipului de acoperi ș și a
temperaturii exterioare asupra pierderii
fluxului de c ăldură prin tavan Figura 14 Influențele relative ale tipului de
geam asupra pierderii fluxului de c ăldură prin
transmisie
Dimensiunile im obilului (exem plu perim etrul în fig 15) sunt un factor im portant care
influențează liniar pierderile de c ăldură, insă acestea sunt considera ți param etri ficși, fiind
modificate în func ție de utilit ățile im obilului. Acela și lucru se poate spune și despre tem peratura
interioară (Figura 16), num ărul de locatari și tem peratura apei calde (Figura 17)care sunt fixate
în funcție de necesit ățile utilizatorului.
15002000250030003500400045005000
50 100 150 200 250 300
Figura 15. Influențele perimetrului impobilului
asupra pierderilor de c ăldură prin transmisie 30003500400045005000550060006500
15161718192021222324252627282930

Figura 16. Influențele temperaturii interioare
asupra pierderii de c ăldură totale

23

Proiect de diplom ă 2006
.
Datorită regim ului term ic al echipam entelor de înc ălzire cu sursel regenerabile de
energie s-a ales ca înc ălzirea apei la 60°C să se facă cu gaz sau cu biom asă, iar la 50°C să se facă
cu instala ții de captare a energiei solare, geoterm ale și pom pe de căldură. Astfel, din Figura 18
reiese că rentabilitatea utiliz ării surselor regenerabile de energie pentru a asigura sarcina term ică
necesară se află undeva la 21-22 de ore de func ționare pe zi, justificându-se astfel cheltuielile de
instalare, construc ție și întreținere a instala ției, acestea putând fi am ortizate într-un interval de
timp rezonabil. Spre exem plu, în 2 ore de func ționare pe zi o pom pă de căldură consumă 6540.62
W, necesitând instalarea unui echipam ent pentru p ăstrarea tem peraturii constante a apei în restul
zilei, ceea ce im plică investiții suplim entare, iar în cazul func ționării tim p de 22 de ore pe zi
pompa de căldură consumă 594.6 W , pauza de 2 ore se poate program a în tim pul nopții.
0200400600800100012001400
12 345 6 7 8 9
Temperatura ape i calde de 50 Celsius
Temperatura ape i calde de 60 Celsius
Figura 17 Influențele numărului de locatari și
a temperaturii apei calde asupra fluxului de
căldură necesar înc ălzirii apei 010002000300040005000600070008000
2468 10 1214 16 18 20 22 24
Biomasa+Gaz Solar+Geotermal+Pompe de caldura
Figura 18 Influențele duratei de func ționare a
echipamentelor de înc ălzire a acm asupra
sarcinii termice a acestora.

3.1.4. Concluz iile studiului efectuat

Studiul realizat cu ajutorul program ului de calcul arat ă influența param etrilor asupra
necesarului term ic al unei locuin țe, evidențiind ef iciența optim izării valorilor unora dintre ei în
vederea im plem entării unei instala ții de încălzire bazat ă pe surse regenerabile de energie. Având
în vedere c ă investițiile în aceste echipam nte sunt foarte ridicate s-a urm ărit justif icarea
costurilor instala țiilor, pentru a putea f i amortizate într-un interval de tim p rezonabil.
În concluzie, s-a constatat c ă prim ii 5 cm de m aterial izolator au o influen ță decisivă
asupra necesarului term ic îm preună cu tipul structurii de rezisten ță și al geam ului utilizat, acest
lucru f iind eviden țiat în graficele din figurile 7, 8, 9 și 10, unde necesarul de c ăldură pentru ap ă
caldă are o valoare num erică constant ă, însă valoarea procentual ă crește relativ la pierderile
24

Proiect de diplom ă 2006
.
totale de f lux term ic odată cu m icșorarea pierderilor prin transm isie și prin ventila ție, aceasta
datorându-se conform graficelor m odificării valorilor și tipurilor de m ateriale utilizate [ 6].

3.2. Programul de studiu

Cea de-a doua variant ă aprogram ului oferă posibilitatea unui studiu m ai aprofundat a
influențelor param etrilor asupra ncesarului de flux term ic al locuin ței.

3.2.1. Prez entare generală program de studiu

Conf orm modelului m atematic am elabor at un program pentru calculul bilan țului
termic, datele putând fi introduse de c ătre utilizator printr-un f ormular generat de program ul
„form .php” (Figura 19). Datele de intrare caract eristice param etrilor constructivi prezentate în
tabelele 6, 7 și 8, sunt introduse în unit ăți uzuale, f iind transf ormate ulterior în unit ăți
fundam entale de m ăsură pentru a putea f i utilizate în calcule.
Variabilele care intr ă în calcularea bilan țului term ic sunt urm ătoarele: tem peraturile,
numărul de locatari, volum ul de apă caldă necesar unei persoane, perim etrul, înălțimea și
suprafața casei, tim pul necesarului de ap ă caldă cât și grosim ile/tipurile straturilor com ponente.
Acestea putând fi alese în func ție de necesit ățile fiecărui utilizator din interf ața program ului.
Însă, valorile date im plicit au f ost considerate a f i cele m ai potrivite pentru a construi un im obil
cu consum energetic redus. Cât despre tipul geam urilor, al straturilor utilizate pentru structura
de rezisten ță și pentru term oizolație, valorile atribuite lor, și anum e conductivit ățile term ice,
coeficienții de transf er term ic global, af ișate în tabelele 6, 7 și 8, se af lă în spatele op țiunilor
afișate în interf ață.

25

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 19. Interfața formularului

…………………………………………………

26

Proiect de diplom ă 2006
.
3.2.2.Rez ultate obținute cu programul de studiu

Program ul rulat din fi șierul form .php realizeaz ă legătura între m odelul m atematic
prezentat și graficele reprezentate și este com pus din dou ă părți:
Prim a referă introducerea datelor, calculul m atematic și afișarea rezultatelor; se face
astfel:
se introduc datele de intrare, variabilele și constantele în f ișierul defin.php; •
•
• se afișează variabilele în form ularul form .php, pentru a oferi utilizatorului
posibilitatea de a alege pe cele care consider ă a-i fi corespunz ătoare conform Figurii 1;
afișarea variabilelor, calcularea fluxului de c ăldură conform modelului
matematic și afișarea calculelor se realizeaz ă în contextul alegerii f ăcute de către utilizator, din
fișierul func.php. Afi șarea valorilor variabilelor se face cu secven ța de program :
foreach($_GET as $k => $v
echo($k . " = " . $v . "\r\n") ;
Afișarea valorile calculate ale fluxurilor de c ăldură conf orm modelului m atematic se
face cu secven ța:
$func=get_defined_functions() ;
foreach($func["user"] as $v)
echo($v . " = " . $v() . "\r\n") ;
A doua com ponentă a aplicației e m enită să producă acele statistici care s ă poată scoate
în eviden ță unele caracteristici constructive în vederea cre șterii perf ormanțelor încălzirii
locuințelor și apei calde m enajere. Astfel, aceste statis tici sunt bazate pe alegerile utilizatorului,
variind unul sau m ai mulți param etri aleși în raport cu posibilit ățile of erite în f ormular. Din
categoria dependen țelor m ultiple intr ă grosim ile și tipurile de term oizolație și al structurilor de
rezistență, numărul de locatari, tem peratura și volum ul de apă caldăpe persoan ă. Trebuie precizat
că variabilele,(tem peraturile, num ărul de locatari, volum ul de apă caldă necesar unei persoane,
perim etrul, înălțimea și suprafa ța casei, tim pul în care este produs ă apa cald ă cât și
grosim ile/tipurile straturilor com ponente) intr ă în calculul bilan țului term ic, ajutând utilizatorul
să-și optim izeze singur perform anțele încălzirii im obilului. Problem a nu e rezolvat ă com plet,
deoarece acest program ar fi putut s ă conțină și un calcul econom ic care ar fi adus înc ă un set de
param etri, necesari optim zărilor și în f uncție de posibilit ățile financiare ale utilizatorului.
Această statistică se concretizeaz ă prin grafice, în com ponența afișării rezultatelor
program ului existând 2 tipuri de grafice, și anum e:
27

Proiect de diplom ă 2006
.
a)grafice în care este reprezentat ă influența unei variabile asupra unei com ponente a
necesarului term ic ca în figura 20, unde, pe axa X s unt valorile coeficientului de transfer term ic
global asociate unui tip de geam scris lâng ă fiecare coloan ă în parte iar axa Y reprezentând
valorile fluxului de c ăldură pierdut prin geam relative la pierderile totale prin transm isie.

Figura 20. Pierderile prin geam
(W) func ție de tipul
geamului(W/m2K)

b)grafice pentru eviden țierea dependen țelor m ultiple.În acest caz problem a se com plică,
soluția aleasă fiind exem plificată în f igura 3: date cum ulate pe coloane; utilizatorul având
posibilitatea s ă aleagă 2 variabile din op țiunile disponibile pentru a fi reprezentate grafic, dup ă
cum se poate vedea în graficele din figurile 23-28. Restul de variabile disponibile care nu sunt
alese spre a fi reprezentate grafic, prim esc o valoare m edie.
În figura 21 este redat un exem plu de tabel cu dependen țe multiple îm preună cu
opțiunile de alegere dintre acestea în vederea gener ării graficului, și anum e tabelul rezultat
pentru varia ția dependen ței fluxului de c ăldură pierdut în func ție de grosim e și tipul structurii de
rezistență și term oizolator.
Utilizatorul alege a șa cum arată în figura 22 din op țiunile date pentru axele X și Y, după
care apasă butonul „Diagram ” pentru a i se genera graficul aferent alegerii f ăcute.

28

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 21. Tabel cu dependen țe multiple

Maps
Button Plot
Figura 22 .Schema gener ării graficelor
În casete sunt reprezentate valorile pierderilor de flux term ic cu cifre de culoare ro șie,
aceste casete având fond verde m ai închis pentru valorile m axime și mai deschis pentru valorile
minime.

Figura 23 .Fluxul de c ăldură pierdut
prin perete func ție de grosimea și tipul
straturilor izolatoare și de rezisten ță

29

Proiect de diplom ă 2006
.
Pentru reprezentarea influen ței grosim ii straturilor izolatoare și a conductivit ății term ice
a tsraturilor de rezisten ță, în figura 23 sunt alese pe axa X valorile conductivit ății term ice ale
structurii de rezisten ță iar pe axa Y grosim ea stratului izolator, pentru a fi studiate în vederea
obținerii fluxului de c ăldură pierdut prin pere ți.
În graficul din figura 24 este reprezentat ă variația fluxului de c ăldură pierdut prin tavan
(notate cu cifre ro șii) în f uncție de grosim ea structurii de rezisten ță (axa X) și de grosim ea
stratului term oizolator (axa Y).
Figura 24. Fluxul de c ăldură pierdut prin tavan
funcție de grosimea straturilor izolatoare

Figura 25. Fluxul de c ăldură pierdut prin podea
funcție de tipul straturilor izolatoare și de
rezistență

Prezentarea dependen ței necesarului de c ăldură pentru înc ălzirea apei calde (cu ro șu) în
funcție de volum ul de apă caldă menajeră per persoan ă pe zi (axa Y) și de numărul de locatari
(axa X) se face în graficul din figura 28.

30

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 26 Fluxul de c ăldură pierdut pierdut
funcție de grosimea stratului izolator al
peretelui și al tavanului

Figura 27. Pierderi totale prin transmisie func ție de
tipul materialului de reziten ță

Figura 28 . Flux de c ăldură necesar înc ălzirii apei
menajere

31

Proiect de diplom ă 2006
.

3.2.3.Discu ții asupra rez ultatelor ob ținute

Se pune problem a im portanței studiului f ăcut. În construc ția unei locuin țe, spre
exem plu, oam enii tind să facă alegeri în ceea ce prive ște calitatea m aterialului pentru a benef icia
de un consum energetic redus cu un confort m axim și bineînțeles costuri cât m ai mici. De aceea
este f oarte im portant să cunoaștem modul în care influen țează unii param etri, considera ți mai
importanți, ceea ce se poate num i confortul maxim cu costuri cât mai mici.
Fluxul de c ăldură necesar înc ălzirii unui im obil și a apei calde m enajere, dup ă cum
reiese și din m odelul m atematic, are o valoare total ă distribuit ă pe pierderile m ai multor
componente, și anum e: pereți, tavan, podea, geam , ventilare și apa cald ă menajeră.
În continuare sunt prezentate rezultatele studiului efectuat cu ajutorul program ului.
Serverul poate genera o m ultitudine de graf ice (Ck
n)în funcție de opțiunile făcute de utilizator ; în
cele ce urm ează sunt discutate câteva dintre cele m ai reprezentative pentru a analiza necesarul
termic.
Pierderile globale de flux term ic
Pentru a discuta despre influen țele procentuale ale fiec ărui elem ent în parte, s-au luat în
calcul variabilele conform figurii 19. Acestea sunt ni ște valori m edii și uzuale. S-a constat c ă
pentru un flux term ic total pierdut de 7300,39 W contribuția fiecărui com ponent este: 18,95 %
flux term ic pierdut prin tavan, 13,46 % prin podea, 7,14 % prin perete, 8,15 % prin geam , 42,94
% prin ventilare, 9,36 % pentru apa m enajeră.
Graficele din figura 26 reprezint ă o m odalitate de a ar ăta cât inf luențează diferite
grosim i ale straturilor izolatoare din pere ți și tavan(de la 0 la 40 cm ) pierderile totale prin
transm isie. Aici variantele of erite f iind doar 3: grosim e strat izolator perete, grosim e strat
izolator tavan și grosim e strat izolator podea. Figura 27 prezint ă dependen țele pierderilor totale
prin transm isie în f uncție de tipurile de structuri de rezisten ță. Se poate observa conform celor 2
grafice că nu conteaz ă atât de m ult tipul structurii de rezisten ță – diferen țele între valoarea
maximă și cea m inimă fiind m ică- pe cât conteaz ă grosim ea straturilor izolatoare – diferen țele
fiind uluitoare.
32

Proiect de diplom ă 2006
.
1.Pierderile prin perete
În figura 24 am ales să reprezint fluxul term ic pierdut prin perete în func ție de grosim ea
stratului term oizolator și de conductivitatea term ică a structurii de rezisten ță corespunz ătoare
fiecărui tip de m aterial în parte, din cel e 4 variante oferite (Conductivitate term ică rezistență,
Grosim e strat rezisten ță, Conductivitate term ică izolator și Grosim e strat izolator). Astf el se
poate observa c ă diferențele în ceea ce prive ște pierderile de c ăldură de la o cas ă neizolată term ic
(grosim ea stratului izolator f iind 0) la o cas ă cu un strat m ic de izola ție (spre exem plu 1-6 cm )
sunt foarte m ari, iar tipul de structur ă de rezisten ță optim ar trebui ales cel cu o valoare m inimă a
conductivit ății term ice, ceea ce corspunde, conform tabelului 3, lem nului placat(0.1 W /mK).
2.Pierderile prin tavan
În graficul din figura 25 com binațiile de param etri aleși diferă pentru a putea studia cum
influențează și care au efect m ai mare asupra necesarul ui term ic al unui im obil. Astfel c ă valorile
cele m ai mici ale fluxului term ic pierdut prin tavan sunt date grosim i maxime ale am belor
straturi.
3.Pierderile prin podea.
În graficul din figura 26 com binațiile de param etri aleși diferă pentru a putea studia
cum influențează și care au efect m ai mare asupra necesarul ui term ic al unui im obil. Astfel c ă
valorile cele m ai mici ale fluxului term ic pierdut pr in podea sunt date de tipul de strat izolator și
de rezisten ță care corespunde unei valori m inime ale conductivit ății term ice. Conf orm tabelului 2
această valoare corespunde term oizoalției num ită poliuretan (0.018 W /mK).
4.Pierderi prin geam
Pentru a reprezenta dependen ța pierderilor de c ăldură prin geam în funcție de tipul de
geam ales, dintre cele 2 grafice (14 și 20)generate(Pierderi prin geam vs. tipul de geam și
Pierderi relative la transm isie (%) vs. m aterial geam ) am ales reprezentarea procentual ă deoarece
este relevant pentru studiul influen țelor pierderilor totale prin transm isie.
Astfel, cea m ai favorabil ă alegere, conform figurii ar fi Term opan triplu Kripton,
acestuia corespunzându-i un flux term ic de 375 W calculat, și anum e 36% din totalul de flux
termic pierdut prin transm isie. Valoarea transferului term ic cu exteriorul relativ la fluxul pierdut
prin transm isie fiind m ult mai mare pentru Geam simplu, 1875 W . În exem plul din figura 1 este
luat un tip de geam cu o configura ție interm ediară, și anum e term opan sim plu cu coeficientul de
transfer term ic global de 1,4 W /mK, căruia îi corespunde un flux term ic de 595 W , aceasta
reprezentând 8,15 % din totalul pierderilor de flux term ic.
33

Proiect de diplom ă 2006
.
5.Pierderile prin ventilare
Aceasta reprezint ă o com ponentă foarte im portantă pentru că depinde în m od direct de
pierderile totale prin transm isie, și anum e, dacă un im obil are o term oizolație maximă atunci se
impune instalarea unui sistem de aerisire, pentru ca geam urile sa nu m ai fie deschise, pierderile
de căldură prin transm isie f iind m inime atunci și necesarul de c ăldură pentru înc ălzirea aerului
ventilat este m inim. Astf el se constat ă că pentru aerisirea unui im obil cu valorile param etrilor
date în f igura 19 procentul de pierderi prin ventilare este m ajoritar.
6. Pierderile de c ăldură pentru înc ălzirea apei calde menajere
În figura 28 am ales să reprezint fluxul de c ăldură necesar înc ălzirii apei calde m enajere
în funcție de num ărul de locatari și de volum ul de apă caldă per persoan ă, din lista de param etrii:
număr de locatari, tem peratura apei m enajere și volum ul de apă caldă pe persoan ă. Se poate
observa c ă dependen ța este liniar ă.

3.2.4.Concluz iile studiului efectuat

Conform algoritm ului de calcul și de rezultatele af ișate grafic, se poate observa c ă ceea
ce influen țează cel m ai mult pierderile de c ăldură din interiorul unui im obil sunt grosim ile
straturilor com ponente și tipul de geam utilizat, îns ă nu se pot neglija și tipurile acestor straturi.
Pentru a înt ări această afirm ație am luat ca și exem plu valorile param etrilor cele m ai
mari disponibile, în ceea ce prive ște straturile izolatoare și ale structurii de rezisten ță. Acestea
corespund: pentru grosim ea stratului iz olator de 40 cm , pentru term izolație, cea m ai bună alegere
fiind poliuretanul, iar pentru structura de rezisten ță, lem nul placat.În procente, din valorile
pierderilor totale, acestor param etri le corespunde :3,47 % prin tavan, 4,91 % prin podea, 4,78 %
prin perete, 14,57 % prin geam , 27,74% prin ventilare și 44,5 % pentru apa m enajeră. Toate
acestea corespunzând unei valori calculate de 1224,79 W flux de căldură total pierdut.
Se poate observa o m icșorare considerabil ă a pierderilor prin elem entele com ponente
ale casei, dar o cre ștere a procentelor de flux term ic necesar înc ălzirii apei m enajere. Având în
vedere că variabilele care intr ă în calculul m atematic al pierderilor prin geam nu se pot m odifica
( pentru a asigura acela și conf ort), precum nici valorile variabilelor legate de cas ă și de m ediu,
putem să discutăm despre posibilitatea adapt ării celorlal ți param etrii, pentru a ob ține optim ul
necesarului de flux term ic. Astfel se urm ărește lim itarea la m axim a pierderilor prin transm isie și
prin ventilare.
34

Proiect de diplom ă 2006
.
Straturile m ai groase de izola ție se justif ică în cazul utiliz ării surselor regenerabile de
energie sau dac ă se urmărește minimizarea pierderilor de c ăldură. Aceste concluzii ob ținute prin
analiza rezultatelor furnizate de program , sunt în concordan ță cu măsurile recom andate de
autoritățile din toate țările UE, dar și din Rom ânia.
Daca se m inimizează pierderile se poate reduce puterea term ica a echipam entelor de
încălzire și se dim inuează considerabil costurile, atât cele ale investi ției în echipam entele de
încălzire, cât și cele de exploatare
În concluzie ordinea de interes pentru solu ționarea optim ă a alegerilor care urm ează a fi
făcute, conf orm rezultatelor af ișate, ar trebui s ă fie: structur ă term oizolatoare cu o grosim e cât
mai mare, tipul term oizolației apoi grosim ea și tipul m aterialului structurii de rezisten ță. Nu se
poate neglija de asem enea tipul geam ului însă trebuie m enționat că geam urile term opan cu geam
triplu prezint ă costuri ridicate [5].

3.3. Calculul necesarului de c ăldură al locuin ței cu ajutorul programului

3.3.1. Caracteristici ale unor
tipuri de locuin țe

………………………………………………………..

Am ales costruc ția unei case pasive din punct de vedere energetic. Pentru aceasta, am
optim izat param etrii considera ți în captura interf eței form ularului din program ul de calcul, din
figura 16.
În figura 29 se poate observa c ă pentru ca o cas ă să fie pasi vă din punct de vedere
energetic sau cu consum energetic redus, valoarea coeficientului global de transfer term ic trebuie
să fie 0,1-0,2 W /m2.K, iar grosim ea stratului izolator de 36-39 cm . Astfel se alege pentru
construcția locuinței un strat term oizolator de 37 cm polistiren expandat cu coeficientul de
transfer term ic gloabal (k) de 0,105 pentru toate elem entele constitutive.
35

Proiect de diplom ă 2006
.
00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.4
2 4 6 8 101 21 41 6182 0242 83 236384 0
Grosime termoizolatie [cm]Coeficient global de transfer termic [W/mpK]
CPR CER Pereti Podea Tavan`

Figura 29. Conductivitatea termic ă a CPE și CER

3.3.2. Descrierea imobilului

Conform studiilor efectuate cu ajutorul pr ogram ului de calcul prezentat în paragrafele
precedente, am ales pentru locuin ța care urm ează să fie proiectat ă acele com ponente cu
param etrii care s ă perm ită pierderi de c ăldură cât m ai mici, în vederea im plem entării optim e a
unui asistem de încălzire bazat pe surse regenerabile de energie.
Pentru parametii prezenta ți în cele ce urmeaz ă, s-a calculat un necesar termic de 2,64 kW.
Casele cu consum energetic redus necesit ă diferite nivele de sistem e de încălzire f ață de
clădirile conven ționale. În acest caz se iau în cosiderare di ferite criterii de evaluare cum ar fi
necesrul de energie prim ară, em isiile relevante de gaze cu efect de ser ă, costurile f urnizării
energiei term ice cât și criterii calitative.
Casele pasive din punct de vedere ener getic sunt acele case echipate cu instala ții și
termoizolații capabile s ă furnizeze confortul term ic dorit atât vara cât și iarna, fără a utiliza
sistem e convenționale de înc ălzire. Standardul caselor pasive din punct de vedere energetic este
36

Proiect de diplom ă 2006
.
eficientizarea costurilor prin m inimizarea consum ului energetic, în acela și tim p asigurând un
nivel ridicat de confort term ic.
Conform graficului din figura 29 am ales pentru construc ția locuin ței luată in
considerare param etri corespunz ători pentru atingerea standard elor cerute pentru o casa pasiv ă
din punct de vedere energetic cu scopul de a eficientiza și justif ica utilizarea surselor
regenerabile de energie, și anum e a instala țiilor solare, pe baz ă de com bustibil solid regenerabil
și a pom pelor de c ăldură pentru captarea energiei geoterm ale și solare.
Imobilul care urm ează a fi studiat în vederea alegerii optim e a sistem ului de înc ălzire
optim , reprezint ă o locuință unifamilială în care vor locui 4 persoane. Locuin ța este com pusă din
3 dorm itoare, buc ătarie, living vestibul de acces și două băi.
Pereții exteriori sunt construi ți din cărămidă cu grosim ea de 20 cm , având în ălțimea de
3.2 m , sunt tencui ți și vopsiți cu vopsea lavabil ă culoare albastru. Ace știa sunt term oizolați cu
polistiren expandat de 37 cm .
Tavanul este construit dintr-un strat de beton de 20 cm , un strat de izola ție term ică
având grosim ea de 37 cm polistiren expandat, peste care se m ai aplică încă un strat de beton de
2cm. Se tencuiesc și se vopsesc cu vopsea lavabil ă.
Podeaua este construit ă pe un suport de beton de 20 cm , cu un strat term oizolator de 37
cm din polistiren expandat, peste care se aplic ă un nou strat de beton de 2 cm . Finisajul în
bucătărie, vestibul de acces și în băi este com pus din gresie glazurat ă, iar în dorm itoare, living și
hol din parchet din lem n de brad.
Pereții interiori dintre dorm itoare, hol, baie și bucătărie sunt construi ți din cărămidă cu
grosim ea de 12 cm , iar peretele dintre buc ătărie și living, din pl ăci de rigips de 15 cm . Aceștia
sunt tencui ți și vopsiți în dif erite culori.
Închiderile cuprind u și interioare, fiind alese cele din PVC, cu geam sim plu, ușile
exterioare sunt din alum iniu cu geam term opan trip lu iar f erestrele sunt realizate tot din alum iniu
cu geam term opan triplu.

37

Proiect de diplom ă 2006
.
3.3.3. Prepararea de ap ă caldă cu surse regenerabile de energie

Program ul de calcul al necesarului de c ăldură al unei locuin țe oferă posibilitatea alegerii
sistem ului de înc ălzire dorit din variantele de func ționare pe gaz, biom asă, sistem e solare, pom pe
de căldură și geoterm al. Fiecare sistem poate asigura o anum e tem peratutră de încălzire a apei
calde m enajere, datorit ă eficienței oferite în f uncție de în func ție de prețul de cost al instala ției și
al posibilit ății am ortizării în tim p al acestora [8]. Asfel, pentru sistem ele de înc ălzire pe gaz și pe
biom asă tem peratura apei de consum poate ajunge pân ă la 60°C iar pentru sistem ele solare,
geoterm ale și pom pe de căldură, tem peratura asigurat ă putând fii doar de 45°C. Aceast ă
temperatură este considerat ă a fi suficient ă pentru uz caznic, astfel eficientizâdu-se sistem ele cu
surse reînnoibile de energie. Conform standa rdelor germ ane DIN 4701 tem peraturii de 60°C i-
am asociat un volum de apă asigurat de sistem de 35 litri/zi/persoan ă iar tem peraturii de 45°C, un
volum de 50litri/zi/persoan ă. În cadrul softului de calcul aceste tem peraturi cu volum ele asociate
lor se af lă în spatele op țiunii surselor de înc ălzire, utilizatorul neavând posibilitatea de a le alege.
Astfel, pentru casa luat ă ca și exem plu cu un num ăr de 4 locatari, necesarul de ap ă caldă
menajeră pe zi pentru un sistem cu regim de 45°C este de 200 litri ap ă caldă pe zi.
Soluția of erită de firm a germ ană Viessm ann pentru acoperirea necesarului acestei
locuințe este reprezentat ă în figura 30.

Figura 30. Sistemul de preparare a apei calde menajere cu energie solar ă
38

Proiect de diplom ă 2006
.

CAPIT OLUL IV

Soluții tehnice de înc ălzire utilizând surse r egenerabile de energie

4.1.Utiliz area energiei solare

Dintotdeauna utiliz ăm căldura soarelui. Vara cl ădirile sunt înc ălzite direct de soare, iar
iarna utiliz ăm energia solar ă înm agazinată sub form ă de lemne, cărbune, com bustibil lichid si
gazos pentru înc ălzirea clădirilor si prepararea de ap ă caldă menajeră. Pentru un consum rațional
si econom ic al surselor de energie s-au c ăutat și dezvoltat c ăi în tehnica sistem elor de înc ălzire
care fac posibil ă o utilizare responsabil ă si conștientă a acestor resurse. O com ponentă
importantă a acestui deziderat o reprezint ă utilizarea direct ă a energiei solare prin interm ediul
colectorilor solari. Prin colectori f oarte ef icienți din punct de vedere tehnic si prin întregul sistem
adaptat la ace știa, utilizarea econom ică a energiei solare nu m ai este o viziune de viitor, ci a
devenit o realitate evident ă în viata de zi cu zi. Având în vedere cre șterea previzibil ă a prețului
pentru com bustibil în viitor, investi ția într-o instala ție solară se contureaz ă ca o investi ție „reală"
pentru viitor.
Radiația solară este un flux energetic care porne ște de la soare unif orm în toate di-
recțiile. La înveli șul exterior al atm osferei terestre ajunge o putere de 1,36 kW /m2, așa num ita
constantă solară[13].

39

Proiect de diplom ă 2006
.
4.1.1.Nivelul de insola ție

Nivelul de insola ție este cantitatea de energie solar ă care pătrunde în atm osferă și cade
pe suprafa ța pământului. Aceast ă cantitate de energie variaz ă în funcție de latitudine, altitudine și
perioada anului [14]. Nivelul de insola ție este de obicei exprim at ca m edie anuală sau lunar ă, în
killowați/oră pe m etru pătrat. Pentru a corela m ai ușor această mărime cu consum ul zilnic de
energie term ică, nivelul de insola ție se exprim ă ca m edie lunară în kW h/m2/zi.

4.1.2.Zonele de însorire

Nivelul de insola ție se poate determ ina în f uncție de loca ție cu ajutorul unor h ărți de
insolație. O astf el de hart ă, prezentat ă alături îm parte țara noastr ă în trei zone principale de
însorire: zona 0 (>1250 kW h/m2/an), care coincide practic cu litoralul M ării Negre, zona I (1150-
1250 kW h/m2/an) care include în m are parte regiunile carpatice și subcarpatice și zona II (1000-
1150 kW h/m2/an), com pusă în principal din regiunile de șes[14].
Figura 31 .Nivelul de însorire al României
Această hartă (figura 31) reprezint ă zonarea
Rom âniei în func ție de nivelul m ediu anual de insola ție.
Valorile zilnice ob ținute îm părțind valoarea m edie anuală
la numărul de zile dintr-un an, reprezint ă valori m edii.
Dimensionarea unei instala ții solare se poate face și la
valoarea m edie anuală raportată la numărul de zile dintr-
un an, îns ă în acest caz instala ția va produce c ăldură în exces pe perioada de var ă.

40

Proiect de diplom ă 2006
.
4.1.3.Media lunar ă de însorire

Pentru o dim ensionare econom ică a instalațiilor solare pentru ap ă caldă, este indicat s ă
se foloseasc ă nivelul m ediu de insola ție a lunilor m artie – octom brie. Valorile m edii lunare a
nivelului de insola ție se pot extrage din tabele sau din graf ice. Un astfel de grafic este prezentat
alături. Tabelele cu valori m edii lunare nu difer ă de grafice decât prin m odul de prezentare a
informației. Folosind valorile tabelate se pot ridica graf ice.

Figura 32. Valori medii lunare ale
insolației
Graficul din figura 32 reprezint ă valorile m edii lunare ale insola ției pentru m unicipiul
București. În acest caz, valoarea m edie a însola ției lunilor m artie – octom brie este de 4,56
kWh/m2/zi, m edia anual ă fiind de 3,56 kW h/m2/zi. După cum se observ ă din grafic, valoarea
maximă este de 6 kW h/m2/zi. Dacă am dim ensiona instala ția ținând cont de m edia anual ă, în
luna iulie aceasta ar produce un surplus de c ăldură de 70%. Com parativ, dac ă dim ensionăm
ținând cont de m edia lunilor m artie – octom brie, surplusul de energie generat se reduce la 30%.
În cazul instala țiilor solare care furnizeaz ă și o parte din energia term ică necesară
încălzirii spațiilor de locuit, dim ensionar ea se face la o valoare egal ă sau inferioar ă mediei
anuale. Surplusul de energie de pe perioada verii poate fi folosit la înc ălzirea apei dintr-o piscin ă.

41

Proiect de diplom ă 2006
.
4.1.4.Necesarul energetic

Necesarul energetic este cantitatea de energie necesar ă pentru a ridica tem peratura unui
consum ator cu o anum ită valoare. Consum atorul de energie term ică poate fi de exem plu un
boiler folosit la prepararea apei calde m anajere, o cl ădire, o piscin ă, etc. Diferen ța de
temperatură se stabile ște în f uncție de cerin țele fiecărei aplicații.

Figura 33 .Necesarul energetic în timpul anului

Figura 34. Utilizarea energiei solare în timpul anului

42

Proiect de diplom ă 2006
.
4.1.5.Radia ție globală

La penetrarea în atm osfera terestr ă, radiația solară înregistreaz ă o pierdere în intensitate
datorită reflexiei, dispersiei si absorb ției cauzate de particulele de praf si de m oleculele de gaz.
Radiația care pătrunde nestingherit ă în atm osferă ajunge direct pe suprafa ța pământului este a șa
numita radiație directă.
Partea din radia ția solară care este reflectat ă sau absorbit ă de particulele de praf sau
moleculele de gaz ajunge la rândul s ău nedirectionat ă pe suprafa ța pământului; este a șa num ita
radiație difuză.
Radiația totală care ajunge pe suprafa ța pământului este radiația global ă Eg, deci
radiația globală = radiația directă + radiația dif uză. Pentru latitudinea geografic ă din zona Eu-
ropei de vest radia ția globală în condiții norm ale (cer senin f ără nori, la am iază) este m ax. 1 000
W/m2. Cu ajutorul colectorilor solari, în func ție de tipul acestora, poate fi captat ă până la cea 75
% din radia ția globală.

Figura 35. Parametri care influen țează captarea
energiei solare
A – radiație solară difuză;
B – radiație solară directă;
C – vânt, ploaie, z ăpadă, convecție;
D – pirderi prin convec ție;
E – pierderi prin transm isie;
F – radiație term ică a captatorului;
G – radiație term ică a acoperi șului de sticl ă;
H – putere util ă a colectorului;
K – reflexie.
43

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 36. Radiația solară (Wh/ m2 .d)în decursul anului

4.1.6.Utiliz area energiei solare prin intermediul colectorilor solari

Energia solar ă utilă care se poate ob ține cu un colector depinde de m ai mulți factori. Un
factor esen țial îl reprezint ă energia solar ă care este disponibil ă în total.
Un rol im portant îl joac ă de asem enea tipul colectorilor cât și înclinarea și orientarea
acestora. Pentru o utilizare e ficientă a instala ției solare este necesar ă și dim ensionarea
corespunz ătoare a com ponentelor sale.

………………………………………………..
44

Proiect de diplom ă 2006
.

4.1.7.Structura și funcționarea colectorilor.Tipuri de captatore solare

A. Colector plat
…………………………..

B.Colectori cu tuburi vidate cu circula ție directă
……………………….

C. Colector cu tuburi vidate pe principiul Heatpipe (tub termic)

…………………………

4.1.8.Pompe de c ăldură

Pentru o utilizare indicat ă a căldurii m ediului am biant sunt disponibile sursele de
căldură sol, apă și aer. Toate reprezint ă un acum ulator de energie solar ă, astfel încât cu aceste
surse de energie se utilizeaz ă indirect energie solar ă[13].
Pentru utilizarea practic ă a acestor surse de energie trebuie respectate urm ătoarele
criterii: -disponibilitate suficient ă,
– capacitate cât m ai mare de acum ulare,
– nivel cât m ai ridicat de tem peratură,
– regenerare suficient ă,
– captare econom ică,
– timp redus de a șteptare.
Pompele electrice m oderne de c ăldură, oferă posibilit ăți tehnice efective pentru
econom isirea de energie și reducerea em isiilor de C0 2. În cazul reducerii necesarului de c ăldură
prin izola ție term ică îmbunătățită, pom pa electric ă de căldură reprezint ă o bună alternativ ă.
Adaptarea corect ă a sursei de c ăldură și a sistem ului de distribu ție de căldură la regim ul
de funcționare al pom pelor de c ăldură, conduce la func ționarea sigur ă și econom ică a instalațiilor
de încălzire cu pom pe de căldură.
45

Proiect de diplom ă 2006
.
Pompa de căldură oferă prem isele tehnice necesare pentru a folosi eficient energia
solară sub form ă de căldură ecologică pentru înc ălzire și preparare de ap ă caldă menajeră.
Pompa de căldură obține aproxim ativ trei sferturi din energia necesar ă pentru înc ălzire
din m ediul înconjur ător, iar pentru restul, pom pa de căldură utilizeaz ă ca energie de ac ționare
curent electric. [16]C ăldura ecologic ă – energie solar ă acum ulată în sol, ap ă și aer – st ă la
dispoziție în cantit ăți nelim itate. Aceasta ofer ă posibilitatea pentru înc ălzire econom ică și
ecologică prin utilizarea c ăldurii ecologice (figura 43).
Figura 43 .Încălzire economic ă și
ecologică
A – Energie de ac ționare (curent electric);
B – Căldură ecologică (sol, apă, aer);
C – Căldură pentru înc ălzire

Avantajele utiliz ării unei pompe de c ăldură:
-eficiența
De exem plu, pentru a înc ălzi o casă:
– În prim ul caz, se alege un sistem convențional de înc ălzire. Astfel, va consum a 100%
energie pentru a acoperi necesarul de c ăldură.
– În al doilea caz, se alege pom pa de căldură. Astfel, va consum a num ai 30%, tot atâta
energie cât s ă obțină același rezultat deoarece restul de energie pentru înc ălzire va f i luată din
mediul înconjur ător natural în m od gratuit.
Cu alte cuvinte, când un sistem convențional de c ăldură folosește o unitate de energie,
pompa de caldur ă folosește doar 0.3 ceea ce perm ite o încălzire accesibil ă din punct de vedere
financiar.
– prietenoas ă față de mediul înconjur ător: o sursă de energie curata si regenerabila.
Având în vedere c ă pom pa de căldură consumă mai puțină energie, se reduce astfel poluarea care
rezultă din folosirea com bustibililor conven ționali. Com bustibilii conven ționali sunt cauza
emisiilor poluante cum ar fi dioxidul de carbon, oxi zii de nitrogen si dioxidul de sulf. Oxizii de
nitrogen si dioxidul de sulf sunt în m od special nepl ăcuți- aceștia sunt o parte din cauza apari ției
ploii acide si a anum itor problem e de respira ție. Aceste gaze sunt m onitorizate cu m are atenție de
autoritățile europene.
46

Proiect de diplom ă 2006
.
Pentru ob ținirea aceluia și rezultat, înc ălzirea unei case pe baza unei pom pe de căldură
poate reduce poluarea cu oxizi de nitrogen cu 70% în com parație cu un cazan pe baz ă de
combustibili conven ționali. În cazul dioxidului de sulf, reducerea polu ării cu aceast ă substanță se
poate face cu pân ă la 30%. Dioxidul de carbon este un gaz și mai "im portant" și constituie
subiectul celui de-al treilea "+".
– responsabil ă față de mediul înconjur ător: o metoda eficient ă de a combate efectul de
seră
Dioxidul de carbon este unul dintre gazele responsabile pentru "efectul de ser ă". Este un
lucru deja bine știut în ziua de azi și anum e că efectul de ser ă în creștere schim bă clim a planetei
noastre. Este nevoie s ă se ia măsuri în acest sens și încă foarte urgent. Conferin ța Internațională
de la Kyoto a declan șat alarm a și a fixat obiective privind reducerea gazelor im plicate pentru
diferite țări. Pom pa de căldură face pe deplin parte din politica de com batere a efectului de ser ă-
ba m ai mult, este un aliat de n ădejde în aceast ă luptă. De exem plu: în Fran ța, unde 1 kW h de
căldură produs cu gaz rezult ă în echivalentul a 370g de dioxid de carbon, acela și 1 kW h de
căldură produs cu ajutorul unei pom pe de căldură produce doar 60g de dioxid de carbon, adic ă
de 6 ori m ai puțin. [16]
4.1.9. Func ționarea unei pompe de c ăldură

Modul de func ționare al pom pei de căldură corespunde m odului de func ționare al unui
frigider.
În cazul frigiderului, agentul de r ăcire scoate c ăldura cu ajutorul vaporizatorului, iar prin
interm ediul condensatorului aparatului, aceasta se transfer ă în încăpere. în cazul pom pei de
căldură, căldura se atrage din m ediul înconjur ător (sol, ap ă, aer) și se conduce la sistem ul de
încălzire. Circuitul agregatului de r ăcire se realizeaz ă conf orm legilor f izice. Agentul de lucru,
un lichid care atinge punctul de fierbere la o tem peratură redusă, se conduce într-un circuit și
consecutiv, se evapor ă, se com primă, condenseaz ă și se destinde (vezi figura 44).

Preluarea c ăldurii din mediul înconjur ător

În vaporizator se afl ă agent de lucru lichid la presiune redus ă. Nivelul de tem peratură al
căldurii ecologice din vaporizator este m ai ridicat decât dom eniul de tem peraturi de fierbere
corespunz ător presiunii agentului de lucru. Aceast ă diferență de tem peratură conduce la o
47

Proiect de diplom ă 2006
.
transm itere a c ăldurii ecologice asupra agentului de lu cru, iar agentul de lucru fierbe și
vaporizeaz ă. Căldura necesar ă se preia de la sursa de c ăldură.

Creșterea temperaturii în compresor

Vaporii rezulta ți din agentul de lucru se aspir ă continuu din vaporizator de c ătre
compresor și se com primă. în tim pul com primării cresc presiunea și tem peratura vaporilor.

Transferul de c ăldură la instala ția de î ncălzire

Vaporii agentului de lucru ajung din com presor în condensatorul care este înconjurat de
agent term ic. Tem peratura agentului term ic este m ai redusă decât tem peratura de condensare a
agentului de lucru, astf el încât vaporii se r ăcesc și se lichef iază (condenseaz ă) din nou.
Energia (c ăldura) preluat ă în vaporizator și suplim entar, energia electric ă transferat ă
prin com primare, se elibereaz ă în condensator prin condensare si se transfer ă agentului term ic.

Circuitul se închide
În continuare se recircul ă agentul de lucru prin interm ediul unui ventil de destindere în
vaporizator. Agentul de lucru trece de la presiunea ridicat ă a condensatorului la presiunea redus ă
a vaporizatorului. La intrarea în va porizator se ating din nou presiunea și tem peratura ini țială.
Circuitul este închis.
Figura 44. Circuitul pompei
de căldură
A-căldură ecologică
B-com presor
C-turul circuitului de
înc ălzire
D-returul circuituli de
înc ălzire
E-condensator
F-ventil de lam inare
48

Proiect de diplom ă 2006
.
G-vaporizator

4.1.10. Tipuri de pompe de c ăldură

Aproape toate pom pele de căldură sunt bazate fie pe com presia vaporilor, fie pe ciclu de
absorbție. Aceste dou ă principii vor fi discutate pe scurt în cele ce urm ează.
Teoretic, pom pele de c ăldură pot fi ob ținute prin m ai multe cicluri și procese
termodinam ice. Acestea includ ciclurile Stirling și Vuilleum ier, cicluri m onofazate, sistem e de
sorbție solid – vapori, sistem e hibride (com binarea sistem ului de com presie a vaporilor și a
ciclului de absorb ție) și procesele electrom agnetice și acustice. Unele dintre acestea sunt pe
punctul de a intra pe pia ță sau au ajuns deja la m aturitatea tehnic ă și ar putea deveni im portante
pe viitor.

Compresia vaporilor
Cea m ai mare parte a pom pelor de c ăldură funcționează pe principiul ciclului
compresiei vaporilor. Principalele com ponente ale acestor pom pe sunt com presorul, valvele de
expansiune și cele dou ă schim bătoare de c ăldură (vaporizatorul și condensatorul). Aceste
componente form ează un ciclu închis, dup ă cum se poate vedea în figura 45. Prin aceste
componente circul ă un lichid volatil, cunoscut ca și fluid de lucru sau refrigerant.
În evaporator tem peratutra flui dului de lucru lichid este m enținută mai scăzută decât
temperatura sursei de c ăldură, făcâd căldura să curgă de la sursa de c ăldură la lichid, evaporâd
fluidul de lucru. Vaporii din evaporator sunt com presați la o tem peratură și opresiune m ai
ridicate. Vaporii fierbin ți intră în condensator, unde se condenseaz ă și cedează căldură. În final,
fluidul de lucru aflat la presiune înalt ă este condus la valvele de expansiune unde se destinde,
revenindu- și la f orma inițială. Com presorul func ționează de obicei cu un m otor electric (Figura
45), câteodat ă și cu m otor de com bustie intern ă (Figura 46).
49

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 45. Ciclu închis, copresia vaporilor cu
motor electric

Figura 46. Ciclu închis, compresie cu motor cu
combustie intern ă

Figura 47. Pompă de c ăldură care
funcționează prin absorb ție Absorbția
Pompele de c ăldură care func ționează prin
absorbție sunt ac ționate term ic, aceasta
însem nând că mai degrabă căldura este cea
care alim enteză ciclul și nu energia m ecanică.
Pompele de c ăldură care func ționează prin
absorbție utilizate pentru ventilarea spa țiului
funcționează pe baz ă de gaz, în tim p ce
instalațiile industriale func ționează pe bază de
abur presurizat sau de pierderile de c ăldură
Sistem ele de absorb ție utilizeaz ă capacitatea lichidelor sau a s ărurilor de a absorbi
vaporii f luidului de lucru. Cele m ai des utilizate com binații pentru sistem ele de absorb ție sunt:
• apă (fluid de lucru) și lithium brom ide (absorbent);
• amoniu (fluid de lucru) și apă (absorbent).
În sistem ele de absorb ție, com presia fluidului de lucru se realizeaz ă term ic într-un
circuit de solu ție care este com pus dintr-un absorbent, o pom pă de soluție, un generator și o
valvă de expansiune dup ă cum se poate vedea în figura 47 . Vaporii de joas ă presiune din
evaporator sunt absorbi ți în absorbent. Acest proces genereaz ă căldură. Soluția este pom pată la
presiune înalt ă apoi intră în generator, unde fluidul de lucru este vaporizat cu ajutorul unei surse
externe de c ăldură la o tem peratură înaltă. Fluidul de lucru (vapor) es te condensat în condensator
în tim p ce absorbentul este returnat în absorber prin valvele de expansiune.
Căldura este preluat ă de la sursa de c ăldură în evaporator. C ăldura utilă este cedat ă la o
temperatură medie în condensator și în absorber. În generator, c ăldura la tem peratură înaltă este
50

Proiect de diplom ă 2006
.
suplim entată pentru a func ționa în proces. O cantitate m ică de energie ar putea f i utilizată pentru
funcționarea pom pei soluției.

4.1.11. Variante de pompe de c ăldură

1.Varianta sol/ap ă

Sursa de c ăldură – Solul

Solul are proprietatea c ă poate acum ula și menține energia solar ă pe o perioad ă mai
lungă de tim p, ceea ce conduce la un nivel de tem peratură al sursei de c ăldură aproxim ativ
constant de-a lungul întregului an și astf el la o f uncționare a pom pelor de c ăldură cu indice de
putere m omentan (randam ent) ridicat.
Căldura m ediului am biant este transm isă cu un am estec de ap ă și agent de protec ție la
îngheț (apă sărată), al cărui punct de înghe ț ar trebui s ă fie aproxim ativ -15 °C (se vor respecta
indicațiile produc ătorului). Astf el se garanteaz ă faptul că apa sărată nu va înghe ța în tim pul
funcționării. Preluarea de c ăldură din sol se realizeaz ă prin interm ediul tuburilor din m aterial
plastic cu suprafa ță mare m ontate în sol (vezi Figura 48). Tuburile din m aterial plastic (PE) se
amplasează paralel, în sol, la o adâncim e de 1,2 pân ă la 1,5 m și în f uncție de diam etrul ales al
tubului, la o distan ță de cea 0,5 pân ă la 0,7 m , astfel încât pe fiecare m2 de suprafa ță de absorb ție
să fie m ontat cea 1,43 pân ă la 2,00 m de tub. Lungim ea tuburilor nu trebuie s ă depășească o lun-
gime de 100 m , deoarece, în caz contrar, pierderile de presiune și astfel, puterea pom pei ar fi
prea ridicate. Capetele tuburilor sunt introduse în co lectoare pe tur si pe retur, care trebuie am –
plasate la un nivel m ai ridicat decât tuburile, pent ru a se putea aerisi întregul sistem de tuburi.
Fiecare tub se poate bloca separat.
Apa sărată se pom pează prin tuburile din m aterial plas tic cu ajutorul unei pom pe de
circulație; astfel, aceasta preia c ăldura acum ulată în sol. Prin interm ediul pom pei de căldură se
utilizează căldura pentru înc ălzirea înc ăperilor. înghe țarea tem porară a solului în zona din jurul
tuburilor- de obicei în a doua jum ătate a perioadei de înc ălzire – nu are efecte secundare asupra
funcționării instala ției și asupra cre șterii plantelor. Dar totu și, nu trebuie plantate plante cu r ădă-
cini foarte adânci în jurul tuburilor pentru ap ă sărată.
51
Regenerarea solului înc ălzit se realizeaz ă deja, începând cu a doua jum ătate a perioadei
de încălzire prin radia ție solară și precipita ții mai puternice, astfel încât se poate asigura faptul c ă

Proiect de diplom ă 2006
.
pentru perioada urm ătoare de înc ălzire „acum ulatorul" sol este preg ătit din nou pentru înc ălzire.
Lucrările de săpături necesare, se realizeaz ă în cazul construc țiilor noi f ără costuri suplim entare
foarte m ari, dar în cazul construc țiilor deja existente, costurile sunt de regul ă atât de ridicate
încât de cele m ai multe ori se renun ță la această variantă.
Cantitatea de c ăldură ce poate fi preluat ă din sol, depinde de diferi ți factori. Ca surs ă de
căldură este indicat p ământul argilos um ectat cu ap ă în m od corespunz ător. Se poate considera o
putere de preluare a c ăldurii de q E = 10 pân ă la 35 W att pentru fiecare m2 suprafață a solului ca
valoare m edie anuală pentru func ționare pe tim p de un an (m onovalent ă). În cazul solului foarte
nisipos, puterea de preluare a c ăldurii este m ai redusă. în caz de dubiu se solicit ă efectuarea unei
expertize a solului.
Din cauza faptului c ă pom pele de c ăldură consumă mai puțină energie prim ară decât
sistem ele conven ționale de înc ălzire, acestea sunt o tehnologie im portantă pentru reducerea
emisiilor poluante, cum ar fi dioxid de carbon (CO 2), dioxid de sulf (SO 2) și oxizii de azot
(NO x). Cu toate acestea, im pactul tota l asupra m ediului a pom pelor de c ăldură depinde foarte
mult de cum este produs ă electricitatea. Pom pele de căldură care func ționează cu electricitate
provenită dintr-o hidrocentral ă sau energie reînnoibil ă reduce m ult em isiile f ață de situația în
care energia necesar ă funcționării ei este generat ă de centralele electrice care func ționează pe
bază de cărbune petrol sau gaz.
Solul capteaz ă energia solar ă radiată. Energia este captat ă de sol, fie direct sub form ă de
radiații sau indirect sub form ă de căldură provenită de la ploi și din aer.
Căldura acum ulată în sol se preia prin schim bătoare de c ăldură montate orizontal –
numite și colectori pentru sol – sau prin schim bătoare de c ăldură montate vertical – a șa num ite
sonde pentru sol.
Sondele și schim bătoarele de c ăldură se vor m onta num ai aproape de suprafa ța apei
freatice. Montarea sondelor și a schim bătoarelor de c ăldură la un nivel inferior al apei freatice nu
se aprobă de obicei, deoarece nu se poate preveni avarierea orizontului apei freatice. Astfel se va
proteja apa potabil ă care se g ăsește la un nivel inferior [8].
52

Proiect de diplom ă 2006
.
Figura 48. Sistem de înc ălzire cu pomp ă de căldură cu
colectori orizontali amplasa ți în sol
A–pom pă de căldură;
B-distribuitor de ap ă sărată;
C-colector orizontal am plasat în
sol;
D-Colector ap ă sărată;
E-Încălzire prin pardoseal ă
Datorită suprafeței mari necesare pentru m ontarea col ectorilor orizontali pentru sol, este
dificilă realizarea chiar și în cazul locuin țelor noi din m otive de spa țiu. în special în s ălile
aglom erate, cu suprafe țe foarte m ici, spațiul este lim itat. Din acest m otiv în prezent, se m ontează
cu preponderent ă sonde verticale de c ăldură pentru sol, care se pot introduce la adâncim i de 50
până la 150 m . Se utilizeaz ă diferite m odele tehnice și modalități de instalare. Sondele sunt
fabricate de obicei din tuburi de polietilen ă. De regul ă se m ontează patru tuburi paralele (sond ă
cu tub dublu cu profil U). Apa s ărată curge în jos din distribuitor în dou ă tuburi și este recirculat ă
în sus, prin celelalte dou ă tuburi spre colector. O alt ă variantă este form ată din tuburi coaxiale cu
un tub interior din m aterial plastic pentru alim entare și un tub exterior din m aterial plastic pentru
recircularea apei s ărate.
Sondele de c ăldură pentru sol se m ontează, în funcție de m odel, cu utilaje de f oraj sau cu
utilaje de înfigere prin batere. Pentru aceste tipuri de instala ții este necesar ă o aprobare de la
organele com petente.
Num eroase instala ții cu pom pe pentru sonde de c ăldură pentru sol func ționează de m ulți
ani fără a prezenta vreo defec țiune și sunt pref erate de utilizatori. Conf orm măsurătorilor
efectuate, în condi ții hidrogeologice bune, m ai ales în cazul în care exist ă apă freatică curgătoare,
este posibil ă funcționarea m onovalent ă a pom pelor de c ăldură fără răcirea pe tim p îndelungat a
solului. Prem isa pentru proiectarea și montarea sondelor de c ăldură pentru sol o reprezint ă
cunoașterea exact ă a caracteristicilor solului, a stratif icării, a rezistentei p ământului cât și
existența apei freatice și a apei stratificate cu determ inarea nivelului de ap ă și a direcției de
curgere. La o instala ție cu sonde de c ăldură pentru sol, în condi ții hidrogeologice norm ale, se
poate porni de la o putere m edie a sondelor de 50 W /m pe lungim e de sondă (conform VDI 640).
53

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 49 . Instalație de pomp ă de căldură cu
sonde pentru sol

. În cazul în care sonda se afl ă într-o roc ă perm eabilă pentru apele freatice, se pot realiza
puteri de extrac ție mult mai mari.

2.Varianta ap ă/apă
Sursă de căldură – apă freatică

Apa freatic ă este un bun acum ulator pentru c ăldura solar ă. Chiar și în zilele reci de iarn ă
se menține o tem peratură constantă de +7 pân ă la+12 °C. Acest fapt reprezint ă un avantaj.
Datorită nivelului de tem peratură constant al sursei de c ăldură, indicele de putere al
pompei de căldură se m enține de-a lungul întregului an ridicat. Din p ăcate, apa freatic ă nu se
găsește în cantit ăți suficiente în toate zonele și nu are o calitate corespunz ătoare. Dar acolo unde
condițiile perm it, merită să se utilizeze acest sistem .
în cazul apelor freatice f ără conținut de oxigen, dar cu con ținut ridicat de fier și mangan
se îngălbenesc pu țurile. în aceste cazuri, apa freatic ă nu trebuie s ă vină în contact cu aerul sau
trebuie tratat ă corespunz ător. În general, calitatea apei trebuie s ă corespund ă valorilor lim ită
menționate în tabelul urm ător, diferen țiată în funcție de m aterialele f olosite în schim bătoarele de
căldură oțel inoxidabil (1.4401) și cupru. Dac ă se respect ă aceste valori lim ită, atunci
funcționarea pu țurilor va fi f ără problem e.
Utilizarea apei f reatice trebuie aprobat ă de către organele com petente (de obicei Regia
de apă). Pentru utilizarea c ăldurii trebuie realizat un put as pirant si un put absorbant (pu ț
drenant).
54

Proiect de diplom ă 2006
.
Chiar și lacurile și râurile sunt indicate pentru ob ținerea de c ăldură, pentru c ă ele
acționează de asem enea ca acum ulatoare de c ăldură. în acest caz trebuie proiectat un circuit
interm ediar. Ref eritor la posibilit ățile de utilizare a apei v ă va inform a Regia de ap ă.
Pompele de căldură sistem apă/apă utilizează capacitatea de c ăldură din apa freatic ă, din
anum ite ape de suprafa ță sau din apa de r ăcire.
Pompele de căldură pentru ap ă freatică/apă ating indici de putere ridica ți. Tem peratura
apei freatice se m enține de-a lungul întregului an la o valoare aproxim ativ constant ă de 7 până la
12 °C. De aceea, pentru înc ălzire, nivelul de tem peratură trebuie ridicat relativ pu țin în com –
parație cu alte surse de c ăldură. Este îns ă recom andabil – acest fapt este valabil num ai pentru
case cu unul sau dou ă apartam ente – ca apa freatic ă să nu fie pom pată de la adâncim i mai mari de
cea 15 m . Costurile pentru instala ția de foraj ar fi în acest caz m ult prea ridicate. Pentru instala ții
industriale sau instala ții mari, se poate fora si la adâncim i mai mari.
Extracția și recircularea trebuie s ă se realizeze în direc ția de curgere a apei freatice,
pentru a se evita un „scurtcircuit".
Figura 50 . Instalație de pomp ă de
căldură pentru ap ă freatică

A-Puț absorbant;
B-Puț cu pom pă;
C-Pom pă de căldură;
D-Încălzire prin pardoseal ă;
E-Direcția de curgere a apei freatice

Între extrac ție (put cu pom pă) si recirculare (pu ț absorbant) trebuie s ă se m ențină o
distanță de cea 5 m . La am plasarea pu țurilor cu pom pă și absorbante trebuie s ă se țină cont de
direcția de curgere a apei freatice. Pu țul absorbant trebuie astfel r ealizat, încât scurgerea apei s ă
se realizeze sub nivelul apei freatice.
Cu ajutorul unei pom pe de transport se transport ă apa freatic ă spre vaporizatorul pom pei
de căldură. Acolo se transm ite căldura, agentului de lucru respectiv agentului de r ăcire, care se
evaporă. Apa freatic ă se răcește, în f uncție de dim ensionare, cu pân ă la 5 K, dar propriet ățile sale
nu se m odifică. în continuare, se transport ă din nou spre apa freatic ă prin interm ediul unui pu ț
55

Proiect de diplom ă 2006
.
absorbant. în func ție de calitatea apei poate avea sens realizarea unei separ ări a conductelor între
puț și pom pa de căldură. Conducta de alim entare si de evacuare a apei freatice spre pom pa de
căldura trebuie protejat ă la îngheț și amplasată cu pantă spre puț.

3. Varianta aer/ap ă

Surse de c ăldură – aerul

Pompele de căldură sistem aer/apă se pot utiliza în prezent, la fel ca si pom pele de
căldură pentru sol și apă freatică pe durata întregului an. În cl ădiri construite conform
standardelor în vigoare, pom pa de căldură sistem aer/ apă poate func ționa m onovalent sau m o-
noenergetic în com binație cu o rezistent ă electrică.
Sursa de c ăldură aer, este foarte u șor de ob ținut si este disponibil ă peste tot în
cantități'nelim itate.
Prin aer se în țelege în acest context utilizarea aerului din exterior. Nu se accept ă
utilizarea ca surs ă de căldură în clădiri de locuit a aerului din interior pentru înc ălzirea
locuințelor. Aceasta se poate realiza num ai în cazuri speciale, ca de exem plu în cazul utiliz ării de
căldură recuperat ă în firm e de produc ție si în industrie. în cazul pom pelor de c ăldură pentru aer,
dimensionarea sursei de c ăldură se stabile ște în f uncție de tipul constructiv si de dim ensiunea
aparatului. Cantitatea necesar ă de aer este dirijat ă de către un ventilator încorporat în aparat, prin
canale de aer, c ătre vaporizator, care extrage c ăldura din aer.

Figura 51 . Instala ție cu
pompe de c ăldură pentru aer/ap ă
56

Proiect de diplom ă 2006
.
Pe lângă regim ul de funcționare m onova-lent sau m onoenergetic, pom pele de c ăldură
sistem aer/apă pot funcționa și bivalent. La tem peratură exterioar ă scăzută scade puterea term ică
a pom pei de căldură, concom itent însă, crește necesarul de c ăldură.
În cazul în care instala țiile ar f uncționa m onovalent, atunci ar fi necesare instala ții foarte
mari. Atunci, pentru m area parte a tim pului de func ționare, pom pa de c ăldură ar fi
supradim ensionată.
Din considerente econom ice și tehnice, pom pa de căldură sistem aer/apă poate fi
dimensionată pentru cea 70 pân ă la 80 % din necesarul m axim de căldură. Până la punctul de
bivalență al instala ției pompa de căldură preia întregul necesar de c ăldură utilizat. Sub punctul de
bivalentă, pom pa de căldură ridică temperatura pe retur a sistem ului de înc ălzire, iar al doilea
generator de c ăldură încălzește în continuare. Dim ensionările se realizeaz ă conform diagram elor
de putere din fi șa tehnică.

4.Varianta aer,sol/ap ă

Surse de c ăldură- captatori masivi

Captatorii m asivi sunt din beton și de obicei sunt lega ți la aer și la pământ, adică aceștia
preiau energie din radia țiile solare, c ăldură din aer și din sol (vezi figura 52). Legarea la p ământ
se realizeaz ă prin interm ediul unui m ic colector îngropat. Ace știa sunt concepu ți pentru legarea
unei' pom pe de căldură sistem sol/apă. De regul ă, este posibil ă funcționarea m onovalent ă. Pentru
dimensionare, determ inantă este puterea din tim pul nopții, adică pentru o funtionare sigur ă,
captatorii m asivi nu trebuie s ă fie încălziți de soare. Radia ția solară absorbită mărește încă o dată
efectivitatea. La alegerea locului pentru montarea captatorului m asiv, trebuie s ă se țină cont și de
acest fapt. Deasupra captatorilor m asivi se pot planta plante. Figura 52 indic ă sistem ul de încăl-
zire cu captatori solari. Energia de la soare, din aer și din sol se preia prin interm ediul
captatorului m asiv, se acum ulează și când este necesar, se transm ite în locuin ță prin interm ediul
unui circuit de ap ă sărată si a unei pom pe de căldură. Încălzirea apei m enajere se realizeaz ă se-
parat sau de asem enea cu ajutorul pom pei de căldură [8].
57

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 52. Instalație cu captatori
masivi

5.Varianta cu vaporiz are direct ă din sol

Sursa de c ăldură – solul
Acest sistem de vaporizare direct ă din sol func ționează la fel ca și cel sol/ap ă, num ai că
agentul de lucru este apa preluat ă din pânzele freatice care nu m ai cedează căldura agentului de
lucru, ci este adus ă la o presiune m are direct în com presor crescându-i tem peratura. Vaporii de
apă rezultați din com presor ajung în condensator, acesta fiind înconjurat de agent term ic.
Temperatura agentului term ic este m ai redusă decât tem peratura de condensare a agentului de
lucru, astfel încât vaporii se r ăcesc și se lichef iază (condenseaz ă) din nou. C ăldura preluat ă în
vaporizator și suplim entar, energia electric ă transferat ă prin com primare, se elibereaz ă în con-
densator prin condensare si se transfer ă agentului term ic. În continuare agentul de lucru (apa)
este evacuat în pânzele freatice.

58

Proiect de diplom ă 2006
.
4.2. Utiliz area combustibilului solid regenerabil

Crescând cerin țele pentru protec ția m ediului, cre ște necesitatea utiliz ării surselor
regenerabile de energie. În consecin ță, câștigă popularitate producerea c ăldurii și a electricit ății
de la soare, utilizarea energiei din mediu prin dezvoltarea pom pelor de c ăldură și a com bustiei
lemnului ca și sursă reînnoibil ă în boilerele m oderne cu com bustibil solid. Indif erent dacă se vrea
arderea lem nului tot tim pul sau doar ocasional, exist ă în cataloagele Viessm ann oserie de boilere
care să corespund ă cerințelor utilizatorului. Spre exem plu firma Viessm ann produce m ai multe
tipuri de cazane: Vitolog 100 – boiler pe lemne, Vitolog 200 – boilere care func ționează prin
gazificarea lem nului, Vitolog 300 – boiler pe pele ți de lem n.
Lemnul ca și com bustibil este neutru din punct de vedere al em isiei de CO 2 deoarece
produce atât CO 2 cât este absorbit de plante. Cu atât m ai mult, lem nul este disponibil și ușor de
preparat pentru ardere.
Boilerele m oderne bazate pe com bustibil solid utilizeaz ă foarte eficient energia din lem n.
Acestea sunt construite în a șa fel încât o m are cantitate de c ăldură este trasf erată încălzirii apei,
iar izolarea term ică a clădirilor păstrează pierderile de c ăldură la m inim. Când este f olosit în
combinație cu un boiler pe gaz sau petrol, se poa te opta pentru care dintre com bustibili s ă fie
utilizați, reducând astfel dependen ța de un singur tip de com bustibil.

4.2.1. Tipuri de caz an

Cazan pe lemne

Firm a Viessm ann fabric ă boilerele pe lem ne care produc de la 12.7 la 14.8 kW . Acestea
au o cam eră de com bustie m are care asigur ă com bustia pe un interval de tim p mai lung; grilajul
răcit cu apă și controlul ventil ării aerului preînc ălzit asigur ă utilizarea optim ă a com bustibilului.
59

Proiect de diplom ă 2006
.
Figura 53. Exemplu de cazan pe lemne
Avantajele utiliz ării acestui tip de boiler sunt:
•
•
•
•
•
•
•
• Au o capacitate de la 12,7 pân ă la 14,8 kW ;
Buștenii utiliza ți pot să aibă până la 33 cm lungim e;
Valoarea estim ată a capacit ății de output este de pân ă la 14,8
kW;
Grilajul r ăcit cu apă și controlul suplim entului secundar de
aer preînc ălzit asigur ă optim izarea utiliz ării com bustibilului;
Perm it utilizarea oric ărui tip de co ș cu tiraj natural;
Perm it instalare rapid ă și utilizare sim plă;

Perm it instalarea unui bunc ăr de alim entare m ai mare pent ru intervale de tim p mai mari
ale com bustiei;
Alim entarea sim plă printr-o u șă largă frontală;
Aerisire secundar ă preîncălzită și controlat ă, pentru com pletă, curată, nepoluant ă.
Suprafețele de înc ălzire secundare fiind m ari, dirijarea efectiv ă a gazului p ăstrând
temperatura sc ăzută a gazului, asigur ă de asem enea utilizarea ef icientă a com bustibilului. Din
cauza grilajului de dirijare a apei, tem peraturile înalte produse de baza incandescent ă sunt
utilizate com plet. Apa cald ă curge spre peretele inferior al bo ilerului prin grilajul de tuburi, unde
se am estecă cu apa rece de retur astfel crescând tem peratura de retur și prevenind coroziunea
boilerului.

Cazan cu lemn gazeificat
Exem plu de boiler care func ționează pe bază de lem n gazeificat este dat în figura 54,
produs de firm a Viessm ann. Acesta are o eficien ță de 13 pân ă la 40 kW și perm ite alim entarea
cu bușteni până la 50 cm lungim e, așchii sau brichete din lem n printr-un bunc ăr larg. Perioada de
pănă la 12 ore de com bustie garanteaz ă intervale lungi între reînc ărcări succesive. Sistem ul unic
autom at asigură temperatura necesar ă cam erei de com bustie pentru a atinge optim ul în 3 m inute.
60

Proiect de diplom ă 2006
.
Figura 54. Exemplu de cazan cu lemn gazeificat
Avantajele oferite de acest tip de boiler sunt
următoarele:
•
•
•
•
•
•
• Perm ite alim entarea sim plă cu bucăți de lem n de
pănă la 50 cm , cu așchii sau cu brichete;
Produce de la 13 la 40 kW ;
Perm ite autom atizarea procesului de înc ălzire pentru
disponibilul de c ăldură pe m inut;
Optim izarea procesului de com bustie prin controlul
autom at al outputului: cu o eficien ță de până la 92%,
cât și em isiilor;
Prezintă un sistem digital de control și
autodiagnostic;
Buncăre de alim entare m ari care perm it perioade m ari de com bustie de pân ă la 12 ore f ără
reîncărcare;
Curățarea sim plă, mecanică suprafețelor de înc ălzire.
Extragerea oxigenului din interiorul bunc ărului înseam nă că bucățile de lem n ard m ai
degrabă fără flacără. De vrem e ce oxigenul necesar arderii a fost înl ăturat nu exist ă flacără.
Viteza variabil ă de aspirare a exhaustorului asigur ă cantitatea corect ă a gazelor ghidate din
încălzitor spre cam era de com bustie ceram ică. Aici este îm bogățit cu oxigen printr-un disc
rotativ de ventilare. Se realizeaz ă astfel o ardere curat ă a gazului la tem peraturi înalte, chiar și la
încărcare parțială.În funcție de necesit ăți, producerea gazului com bustibil poate f i reglată astfel
încât valoarea outputului s ă fie de la 50% la 100%, cu o eficien ță maximă de 92%, em isiile f iind
foart e scăzute.
Acest boiler are și o unitatea de control digital ă dotată și cu un sistem de autodiagnostic,
cu ajutorul c ăreia se regleaz ă com bustia.

61

Proiect de diplom ă 2006
.

Cazan cu pele ți
În figura 55 este reprezentat ti pul de boiler Vitolog 300 pe b ăză de peleți de lem n
produs de firm a Viessm ann cu un output de 5 pân ă la 26 kW . În ceea ce prive ște avantajele și
controlabilitatea nu dif eră foarte m ult de sistem ele de înc ălzire pe com bustibili conven ționali
datorită modulării outputului și a controlului digital. Modula ția este inf luențată de viteza
variabilă de aspirare a exhaustorului astfel încât puterea poate fi ptrivit ă necesarului de c ăldură.
Figura 55 .Exemplu de cazan cu pele ți
Avantajele utiliz ării acestui tip de boiler
sunt următoarele:
•
•
•
•
•
• Are o capacitate de 5 pân ă la 26 de kW ;
Este la f el de controlabil ca și sitem ele de
încălzire pe com bustibili conven ționali
datorită în principal m odulării outputului și a
controlului digital;
Are o eficien ță a com bustie de pân ă la 95%;
Perm ite autom atizarea com pletă a alim entării
cu peleți;
Are o unitate de control digital cu
monitorizare autom ată;
Suprafețele de înc ălzire se cur ăță autom at,
eliminându-se cenu șa.
Un buncăr de 150 litri alim entează cu peleți printr-un sistem com plet autom atizat.
Conținutul bunc ărului de pele ți ar trebui s ă dureze pân ă la două zile. Un exhaustor de aer cald
asigură inflam area autom ată în cam era de ardere rezistent ă la tem peraturi înalte.
Suprafețele de înc ălzire sunt cur ățate autom at, iar cenu șa din cam era de ardere este
îndepărtată autom at. Dacă arderea este optim ă, atunci reziduurile de cenu șă sunt m inime.

62

Proiect de diplom ă 2006
.

CAPITOLUL V

Calcule de alegere a componenetelor instala ției

63

Proiect de diplom ă 2006
.
5.1. Determinarea suprafe ței de captare și a capacit ății de acumulare de ap ă
caldă menajer ă

5.1.1. Capacitatea de acumulare de a.c. m. (acumulator pentru circuitul solar)

……………………………..

Întreaga capacitate de acum ulare (capacitat ea acum ulatorului de pe circuitul solar +
capacitatea boilerului) trebuie s ă fie dim ensionate de la 1.5 la 2 ori m ai mare decât necesarul pe
zi:
…………………………..
Se recom andă în acest caz un boiler pentru preparare de ap ă caldă menajeră Viessm ann
Vitocell-B 100 cu capacitate de 300 litri (figura 55).
Figura 55 . Secțiune prin boilerul Vitocell B 100
Încălzirea cu energie solar ă se dovede ște mai puțin avantajoas ă în
comparație cu prepararea de ap ă caldă menajeră. Perioada în care radia ția
solară este m ai intensă este decalat ă tem poral față de perioada în care se
înregistreaz ă un necesar m axim de energie term ică pentru înc ălzire, în tim p
ce consum ul de căldură pentru prepararea de ap ă caldă menajeră este relativ
constant în tim pul întregului an, în perioada cu consum maxim de căldură
pentru înc ălzire, energia solar ă care stă la dispozi ție este f oarte m ică (vezi
diagramă). Pentru a asigura prin energie solar ă măcar o parte din c ăldura
necesară pentru înc ălzire, supraf ața de captare trebuie s ă fie relativ m are. În felul acesta pot s ă se
producă pe tim p de vară fenom ene de stagnare pe circuitul solar. Din punct de vedere hidraulic,
instalațiile pentru înc ălzire parțială pot fi com pletate în m od sim plu prin instalarea unui boiler
pentru preparare de ap ă caldă menajeră cu acum ulare de agent term ic pentru înc ălzire.

64

Proiect de diplom ă 2006
.
5.1.2. Suprafa ța de captare

Pe baza condi țiilor m eteorologice ca de exem plu radiația globală anuală, gradul de
înnorare etc, se fac estim ări suficient de exacte pentru practic ă. Pentru a ob ține inf ormații
detaliate în leg ătură cu cotade c ăldură acoperită prin energie solar ă pentru prepararea de ap ă
caldă menajeră, se recom andă pe baza acestor estim ări efectuarea unui calcul
…………………………………

Determinarea suprafe ței necesare de colectare

……………………………………………

5.2. Calculul de alegere al pompelor de c ăldură și al colectorilor

5.2.1. Alegerea pompei de c ăldură

Deoarece pentru casa luat ă în considerare pierderile de c ăldură sunt de 2.64 kW am ales
pompa de căldură a firm ei Viessm ann, cu cea m ai mică capacitate term ică, și anum e 4,8 kW ,
Vitocall 300 tip BW 104, cu sistem de captare a energiei tip sol/ap ă, deoarece am considerat c ă
are cea m ai mare eficien ță din toate punctele de vedere, se poate adapta pentru colectori
orizontali, vericali dar și pentru sistem ul apă freatică-apă sau aer-ap ă.

Date tehnice pentru Vitocall 300

Pompă de căldură sistem sol/apă cu acționare electric ă pentru înc ălzire și preparare de
apă caldă menajeră în instala ții de încălzire m onovalente sau bivalente.
Carcasă tratată cu rășini epoxidice, cu dispozitive de închidererapid ă. Silențioasă și fără
vibrații datorită com presorului cu dou ă rânduri de rulm enți, inclusiv elem ente de sus ținere
fonoabsorbante [8].
65
Agent de r ăcire fără freon, neinflam abil R 407 C (am estec de agent de r ăcire com pus
din 23 % R 32, 25 % R 125 și 52 % R134a).

Proiect de diplom ă 2006
.
Schim bător de căldură în plăci din oțel inoxidabil, asam blat prin lipire cu cupru, pentru
circuitul de înc ălzire și schim bător de căldură în plăci din oțel inoxidabil, asam blat prin lipire cu
cupru pentru circuitul de ap ă sărată. Cu tablou de com andă integrat, rabatabil.
Cu autom atizare digital ă CD 50, com andată de tem peratura exterioar ă pentru instala ții
cu pom pe de căldură cu 1 treapt ă cu un circuit de înc ălzire fără vană de am estec și un circuit de
încălzire cu van ă de am estec.
Cu dispozitiv pentru reglarea tem peraturii din boilerul de ap ă caldă menajeră și pentru
comanda unui generator suplim entar de c ăldură (de exem plu cazan pe com bustibil lichid/gazos).

Figura58. Pompa de c ăldură Vitocall 300 BW 104

Com andă prin m eniu cu text ajut ător care depinde de regim ul de funcționare, ca afi șare
textuală, cu sistem de diagnosticare și mesaj de avarie ca afi șare textual ă. Cu senzor de
temperatură exterioar ă și senzor de tem peratură pe retur.
sau
Cu autom atizare digital ă CD 60, com andată de tem peratura exterioar ă pentru instala ții
cu pom pe de căldură cu 2 trepte cu un circuit de înc ălzire fără vană de am estec și max. două
circuite de înc ălzire cu van ă de am estec.
Cu dispozitiv pentru reglarea tem peraturii pentru dou ă boilere de ap ă caldă menajeră și
pentru com anda a dou ă generatoare suplim entare de c ăldură. Com andă prin m eniu cu texte
ajutătoare care depind de regim ul de funcționare, ca afi șare textual ă, cu sistem de diagnosticare
și mesaj de avarie ca afi șare textual ă. Cu senzor de tem peratură exterioar ă și senzor de
temperatură pe retur.
66

Proiect de diplom ă 2006
.

Eficiența termică impusă pentru Vitocall 300

Cu o pom pă de căldură se poate m ări, prin alim entarea cu energie m ecanică,
temperatura surselor de c ăldură neutilizabile ca de exem plu aerul, apa f reatică, solul. Pentru a
obține un indice de putere m omentan ridicat, se tinde s ă se atingă o tem peratură minimă pe tur,
de exem plu 35 °C, la înc ălzirea prin pardoseal ă. Cantitatea m ai mare de căldură, cea cu care, de
exem plu se alim entează o instala ție de înc ălzire, nu provine de la energia de ac ționare a
compresorului, ci este în principal energie solar ă, care se acum ulează pe cale natural ă în aer, în
sol și în apă.
……………………………………………………………..
Un principiu general valabil pentru toate pom pele de căldură este: cu cât este m ai mică
diferența de tem peratură între tem peratura apei calde și tem peratura sursei de enrgie cu atât
eficiența term ică este m ai mare. Din acest m otiv pom pele de căldură sunt corelate cu sistem ele
de încălzire de joas ă tem peratură, spre exem plu încălzirea prin pardosea care necesit ă o
temperatură de 27°C.

67

Proiect de diplom ă 2006
.
5.2.2. Dimensionarea colectorilor

5.2.2.1. Dimensionarea colectorilor oriz ontali

Figura 59. Transfer de c ăldură din sol

Căldura este preluat ă prin interm ediul colectorilor de supraf ață sau a sondelor pentru
sol. Căldura este transm isă de către sol spre circuitul auxiliar (circuit de ap ă sărată), care
transm ite căldura agentului de lucru în pom pa de căldură conform schem ei din figura 59.

Figura 60. Variația anuală de temperatur ă
în sol

Variația de temperatur ă în sol

68

Proiect de diplom ă 2006
.
Temperatura variaz ă în stratul superior în f uncție de anotim p conform graficului din
figura 60. Im ediat ce se coboar ă sub nivelul de înghe ț, aceste varia ții sunt m ult mai reduse.

Dimensionarea colectorilor

…………………………………..

5.2.2.2. Dimensionarea sondelor pentru sol

………………………………………………………..

5.3. Ventilarea și recuperarea c ăldurii

Sistem ul de ventilare al cl ădirilor pasive energetic, are în prim ul rând rolul de a asigura
aerul proasp ăt necesar m enținerii param etrilor de calitate a aerului interior. În cl ădirile pasive
energetic, schim barea aerului viciat, nu se realizeaz ă prin aerisire ci prin interm ediul unui sistem
eficient de ventilare.
………………………………………………………….

69

Proiect de diplom ă 2006
.

CAPIT OLUL VI

Calculul termic al pompei de c ăldură

6.1.Generalit ăți despre agen ții de lucru ai pompelor de c ăldură

Pentru a perm ite funcționarea ciclic ă apom pelor de c ăldură, agenții term odinam ici din
acestea, preiau c ăldură prin vaporizare și cedează caldură prin condensare, la tem peraturi scăzute
sau apropiate de ale m ediului ambiant, deci trebuie s ă fie caracterizate de unele propriet ăți
particulare, care îi deosebesc de agen ții term odinam ici din alte instala ții.
Propritățile agenților de lucru:
• Să nu fie poluan ți – este cunoscut faptul c ă unii agen ți de lucru clasici și anum e cateva
tipuri de freoni, contribuie la distrugerea st ratului de ozon al stratosf erei terestre;
• Presiunea de vaporizare trebuie s ă fie apropiat ă de presiunea atm osferică și ușor
superioară acesteia, pentru a nu apare vidul în instala ții;
• Presiunea de condensare trebuie s ă fie cât m ai redusă , pentru a nu apare pierderi și
pentru a se realiza consum uri energetice m ici în procesele de com primare im puse de
funcționarea acestor instala ții;
• Căldura preluat ă de un kilogram de agent, prin vaporizare trebuie s ă fie cât m ai mare,
pentru a se asigura debite m asice reduse;
70

Proiect de diplom ă 2006
.
• Căldura specific ă în stare lichid ă trebuie s ă fie cât m ai mică, pentru a nu apare pierderi
mari prin ireversibilit ăți interne, în procesele de lam inare adiabatic ă;
• Volum ul specific al vaporilor trebuie s ă fie cât m ai redus, pentru a se ob ține dim ensiuni
de gabarit reduse ale com presoarelor;
• Să nu prezinte pericol de inf lamabilitate, explozie și toxicitate.
Pentru a nu se utiliza denum irile chim ice com plicate ale acestor substan țe, agenții
frigorifici au fost denum iți freoni, sunt sim bolizați prin m ajuscula R, (de la denum irea în lim ba
engleză – Refrigerant) și li s-a asociat un num ăr care depinde de com poziția chim ică.
În cazul pom pelor de c ăldură CFC-urile evolueaz ă în circuit închis în sistem e etanșe,
meputând să ajungă în atm osferă decât în cazuri de avarie. La ora actual ă înaintea oric ărei
intervenții tehnice, este obligatorie recuperarea agentului f rigorif ic din instala ții, fiind interzis ă
eliberarea acestuia în atm osferă.
Firm a Viessm ann, de la care am ales pom pa de căldură, utilizeaz ă ca și agent de lucru
(frigorific) pentru pom pa de căldură freonul R407C. Acesta este un am estec ale altor 3 freoni:
HFC-32/HFC-125/HFC-134a, cu participa țiile volum ice: 23/25/52. R407C a fost creat ca un
substituent care nu distruge stratul de ozon pentru înlocuirea agentului f rigorif ic R22
în aerul condi ționat casnic și într-o m are varietate de sistem e frigorifice.
În vederea realiz ării calculelor term ice ale ciclurilor dup ă care func ționează pom pa de
căldură este necesar ă determ inarea valorilor param etrilor te rmodinam ici ai agentului utilizat, în
stările caracteristice. Se pot utiliza în acest scop tabele și diagram e term odinam ice. În continuare
sunt prezentate valorile param etrilor termodinam ici ai freonului R407C în st ări de satura ție –
tabelul 14, respectiv în st ări de vapori supraînc ălziți – tabelul 15. Aceste tabele le-am obținut cu
ajutorul program ului de calcul CoolPack.
O altă metodă pentru determ inarea m ărimilor de stare ale agen ților de lucru este
utilizarea diagram elor term odinam ice, care perm it determ inarea acestor m ărimi pe cale grafic ă și
în plus au avantajul c ă perm it reprezentarea și studierea ciclurilor term odinam ice ale pom pei de
căldură. Cea m ai utilizată diagramă term odinam ică este diagram a presiune – entalpie, cu valorile
presiunii reprezentate în scar ă logaritm ică. În figura 65, 66 și 67 este reprezentat ă diagram a lgp-h
pentru R407C, realizate tot cu ajutorul program ului CoolPack.
71
Figura 65 reprezint ă ciclul term odinam ic real al pr oceselor de lucru pentru înc ălzirea
prin pardosea cu pom pa de căldură Vitocal 300 tip BW 104 cu sonde pentru sol, figura 66
procesele de lucru pentru înc ălzirea prin pardosea cu pom pă de căldură cu colectori orizontali,
iar figura 67 prezint ă term odinam ic real al proceselor de lucru pentru înc ălzirea apei calde
menajere, am bele pentru condi țiile concrete prezentate în capitolele precedente.

Proiect de diplom ă 2006
.
Tabelul 14 Valori ale parametrilor termodinamici la satura ție pentru R407C

Tabelul 15 Valori ale entalpiei vaporilor supraînc ălziți pentru R407C

72

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura65 Reprezentarea proceselor de lucru in diagrama lgp-h pentru înc ălzirea prin pardosea
cu sonde

Figura 66. Reprezentarea proceselor de lucru in diagrama lgp-h pentru înc ălzirea prin pardosea
cu colectori orizontali
73

Proiect de diplom ă 2006
.
În aceste grafice pentru vaporizator a fost reprezentat ă o ușoară supraînc ălzire a
vaporilor (de 5șC) în vederea protec ției com presorului prin evitarea aspira ției picăturilor de
lichid, iar în condensator a fost luat ă în considerare o subr ăcire a lichidului în vederea m ăririi
eficienței pom pei de căldură.

Figura67. Reprezentarea proceselor de lu cru în diagrama lgp-h pentru ob ținerea apei calde
menajere

6.2. Determinarea condi țiilor de lucru

6.2.1. Regimul termic al vaporiz atorului în caz ul utilizării sondelor pentru sol

………………………………………………………

74

Proiect de diplom ă 2006
.
6.2.2. Regimul termic al vaporiz atorului în caz ul utilizării colectorilor
amplasați în sol
……………………………………………

6.2.3.Regimul termic al condensatorului pentru înc ălzirea prin
pardosea

………………………………………………

6.1.4. Regimul termic al condensatorului pentru înc ălzirea apei calde
menajere

……………………………………………………..

6.2. Calculul termic al întregului ciclu

…………………………………………………..
În acest cazse pune problem a alegerii unei solu ții optim e care să asigure înc ălzirea
locuinței cât și apei calde m enajere, cu o investi ție m inimă în echipam ente cu costuri de
exploatare sc ăzute dar și posibilitatea am ortizăzii în tim p cât m ai scurt a investi ției.
Pentru a asigura înc ălzirea locuin ței și a apei m enajere, în cazul utiliz ării doar a pom pei
de căldură, aceasta ar im plica un consum energetic m ai mare. În acest caz solu ția cea m ai bună
este utilizarea unui sistem form at din pom pa de căldură Vitocal 300 BW 104 cu sonde am plasate
în sol 1×75 DN 32×3, în com binație cu panoul solar Vitosol 300 care s ă suplim enteze necesarul
de căldură pentru înc ălzirea apei îm preună cu boilerul Vitocell 100, toate trei produse de firm a
Viessm ann, conform figurilor 77 . Rezultatele centralizate ale calculului term ic în vederea
alegerii solu ției optim e sunt af ișate în tabelul 16.
75

Proiect de diplom ă 2006
.

Tabelul 16. Centralizarea calculelor termice
Regim de funcționare Eficiența term ică ε Temperatura de încălzire
t [șC] Puterea consum ată
P[kW ]
Încălzire pardosea cu
sonde 5.64 27 0.4667
Incălzire pardosea cu
colectori plani 4.96 27 0.532
Incălzire ap ă caldă
menajeră 4.024 45 0.656

76

Proiect de diplom ă 2006
.

CAPIT OLUL VII

Analiza comparativ ă a eficien ței economice

Calculul necesarului de biomas ă
……………………………………………..
Calculul costurilor anuale pentru înc ălzirea locuin ței și a apei calde menajere
……………………………………….

Calculul necesarului de energie electric ă
………………………………….
77

Proiect de diplom ă 2006
.
2003826
1522356
1348644
4896871446614. 4
1271769. 84
Gaz Peleti Brichete(fag) Lemn (fag)P.C. cu colectoriP.C. cu sondaLei/luna

Figura 76. Analiza comparativ ă a costurilor lunare ale energiei
Din diagram ă se observ ă că pentru pom pa de căldură cu sonde costurile lunare
energetice nu sunt cele m ai mici, însă acest sistem este de preferat în com parație cu cazanul pe
lemne, deoarece acesta din urm ă nu perm ite autom atizarea, iar em isiile de CO 2 sunt elim inate.

78

Proiect de diplom ă 2006
.

Concluzii

Conform studiului realizat cu ajutorul program ului am evidențiat ef iciența optim izării
valorilor unora dintre param etrii caracteristici anvelopei cl ădirii în vederea im plem entării unei
instalații de încălzire bazat ă pe surse regenerabile de energie. Având în vedere c ă investițiile în
aceste echipam nte sunt foarte ridicate s-a urm ărit justif icarea costurilor instala țiilor, pentru a
putea fi am ortizate într-un interval de tim p rezonabil.
Com ponentele sistem ului de înc ălzire, ventilarea locuin ței și încălzirea apei calde m enajere
alese conform calculelor sunt produse de firm a Viessm an și anum e: panoul solar Vitosol 300,
pompa de căldură Vitocall 300 BW 104, boilerul pentru acum ularea apei calde m enajere Vitocell
B 100, sistem ul de ventilare Vitovent 100 și sondele pentru sol pentru colectarea energiei
geoterm ale.
Sistem ul de înc ălzire trebuie s ă asigure atât înc ălzirea locuin ței cât și a apei calde
menajere, existând o diferen ță de tem peratură între cele dou ă cazuri. Am ales ca pom pa de
căldură să asigure confortul term ic di n im obil, iar pentru apa cald ă menajeră încălzirea este
asigurată de panourile solare. În perioadele m ai puțin însorite sau c ălduroase ale anului necesarul
termic pentru înc ălzirea apei se face cu o rezisten ță electrică.
Această com binație este m ai eficientă din punct de vedere econom ic deoarece se
diminuează costurile lunare pentru înc ălzire.
Amplasarea sistem elor de înc ălzire cu surse regenerabile de energie sunt prezentate în cele
ce urm ează.

79

Proiect de diplom ă 2006
.

Perspective de viitor

Pierderile m inime de căldură prin transm isie și ventilație presupun o investi ție
consistent ă în structura de rezisten ță, stratul izolator și geam urile casei. Luând în considerare c ă
stadiul actual al softului face un studiu asupra necesarului de c ăldură, se poate oferi și o soluție
econom ică pentru optim izarea fluxului term ic.Există posibilitatea calcul ării costurilor care
implică anvelopa cl ădirii cât și a echipam entelor com ponente sistem ului de înc ălzire.
Această lucrare ofer ă soluții privind alegerea sistem ului de înc ălzire însă există
posibilitatea proiect ării detaliate ale com ponenetelor sale.

80

Proiect de diplom ă 2006
.

Prezentar ea instalației

Figura 77. Vedere de ansamblu a casei cu sond ă
81

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 78 . Vedere de ansamblu a casei
82

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 79. Panourile solare
83

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 80. Instalția de încălzire a locuin ței, a apei calde menajere și sistemul de ventilare

84

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 81. Pompa de c ăldură și boiler
85

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 82. Pompa de c ăldură
86

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 83. Boilerul

87

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 84. Încălzirea prin pardosea

88

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 85 . Sistemul preparare a apei calde menajere
89

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 86 . Sistemul de ventilare cu recuperare a c ăldurii
90

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 87. Vedere sistem de ventilare
91

Proiect de diplom ă 2006
.

Figura 88. Sistemul de înc ălzire al locuin ție și al apei calde menajere

92

Proiect de diplom ă 2006
.

Bibliografie

1. JÄNTSCHI Lorentz Free Software Development. 1. Fitting Statistical Regressions , Leonardo
Journal of Sciences, Ed. Academ icDirect, Internet, Issue 1, p. 31-52, 2002.
2. JÄNTSCHI Lorentz, Monica ȘTEFU, Mihaela Ligia UNGURE ȘAN Free Software
Development. 2. Chemical Database Management , Leonardo Electronic Journal of Practices and
Technologies, Ed. Academ icDirect, Internet, Issue 1, p. 69-76, 2002;
3.KUZMAN Ražnjevi ć Tabele și diagrame termodinamice , Ed. Tehnic ă Bucharest 1978.
4. MĂDĂRĂȘAN Teodor și BĂLAN Mugur, Termodinamic ă tehnică, Ed. Sincron Cluj-Napoca
1999;
5.PODAR Margareta – Em ilia Software for Study of a Household Heating Flux Requirement ,
International Conference on Autom ation, Qua lity&Testing, Robotics (THETA 15), Junior
Section, Cluj-Napoca 2006;
6.PODAR Margareta – Em ilia Studiul necesarului de c ăldură al locuin țelor: implementarea
sistemelor de înc ălzire cu surse regenerabile de energie , Sesiunea de com unicări științifice a
studenților, Facultatea de Mecanic ă, Cluj-Napoca 2006;
7. COMISSION OF THE EUROPEAN COMUNITIES , Com unication from the Com isiion:
Biomass Action Plan , Brussels 7.12.2005;
8.OXFORD PAPERBACK Dictionary Thesaurus & W ord Power Guide, Oxford UNIVERSITY
PRESS, 2001
9.Dicționar Tehnic Englez – Rom ân, EDITURA TEHNIC Ă, București 2004;
10.***Viessm ann Technical guide
11.***STAS 1907/1,2 Calculul necesarului de c ăldură
12.*** http://www.viessm ann.de/
13.*** http://www.heatpum pcentre.org/About_heat_pum ps/
14.*** www.pom pedecaldura.ro
15.*** http://www.solaria.ro/
16.*** http://www.solara.ro
17.*** http://www.harta-alba-iulia.ro/
18.*** http://www.php.net/m anual/en/

93