STUDIU PRIVIND ASIG URAREA SUSTENABILITĂğII UTILIZÂND PANOURI SOLARE PENTRU INSTALA ğIA DE INCĂLZIRE CU CORPURI STATICE, RADIA ğIE DE PERETE SI… [607491]

1

FACULTATEA DE INSTALAğII

ILEA PAUL EMIL

LUCRARE DE DISERTAȚIE

STUDIU PRIVIND ASIG URAREA SUSTENABILITĂğII
UTILIZÂND PANOURI SOLARE PENTRU INSTALA ğIA DE
INCĂLZIRE CU CORPURI STATICE, RADIA ğIE DE PERETE
SI PARDOSEAL Ă PENTRU O VIL Ă D+P+E

Conducător știinĠific,
ș. l. Dr. Ing. ANCUğ A ABRUDAN

________________________ 2017 _______________________

2

3 CUPRINS

CUPRINS ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
TERMINOLOGIE …………………………………………………………………………………………………………………………………… 4
LISTA PRINCIPALELOR ABREVIERI UTILIZATE IN LUCRARE ………………………………………………………. 6
LISTA PRINCIPALELOR SIMBOLURI UTILIZATE IN LUCRARE ……………………………………………………… 7
1 INTRODUCERE ……………………………………………………………………………………………………………………………… 11
2 STADIUL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL TEMATICII PROPUSE ……………………………………………….. 12
2.1 NOğIUNI GENERALE ……………………………………………………………………………………………………………….. 12
2.2 SITUAğIA PE PLAN NAğIONAL ȘI INTERNAğIONAL ÎN DOMENIUL TEMATICII PROPUSE ……. 13
2.3 OBIECTIVELE CERCET ĂRII …………………………………………………………………………………………………….. 20
2.4 CONCLUZII PARğIALE …………………………………………………………………………………………………………….. 20
3 METODICA DE CALCUL ………………………………………………………………………………………………………………. 21
3.1 NOğIUNI GENERALE ……………………………………………………………………………………………………………….. 21
3.2 CALCULUL NECESARULUI DE CALDURA ………………………………………………………………………………. 21
3.3 CALCULUL ELEMENTELOR PENTRU INCALZIREA IN PARDOSEALA ……………………………………. 23
3.4 CALCULUL ELEMENTELOR PENTRU INCALZIREA IN PERETE ……………………………………………… 24
3.5 DIMENSIONAREA HIDRAULICA ……………………………………………………………………………………………… 25
3.6 CALCULUL ELEMENTELOR DIN CENTRALA TERMICA …………………………………………………………. 26
3.7 CONCLUZII PAR ğIALE …………………………………………………………………………………………………………….. 31
4 STUDIU DE CAZ …………………………………………………………………………………………………………………………….. 32
4.1 NOğIUNI GENERALE ……………………………………………………………………………………………………………….. 32
4.2 PREZENTAREA SOLUTIEI TEHNICE ………………………………………………………………………………………… 32
4.3 CONCLUZII PAR ğIALE …………………………………………………………………………………………………………….. 49
5 CONTRIBUğII PROPRII ÎN DOMENIUL TEMATICII PROPUSE …………………………………………………. 50
5.1 NOğIUNI GENERALE ……………………………………………………………………………………………………………….. 50
5.2 CONTRIBUğII PROPRII …………………………………………………………………………………………………………….. 50
6 CONCLUZII FINALE ……………………………………………………………………………………………………………………… 59
6.1 NOğIUNI GENERALE ……………………………………………………………………………………………………………….. 59
6.2 CONCLUZII PE CAPITOLE ………………………………………………………………………………………………………… 59
6.2.1 Concluziile capitolului 2 – Stadiul cunoașterii în domeniul tematicii propuse ……………………………….. 59
6.2.2 Concluzii ale capitolului 3 – Metodica de calcul ……………………………………………………………………….. 59
6.2.3 Concluzii ale capitolului 4 – Studiu de caz ……………………………………………………………………………….. 60
6.3 DOMENIU DE APLICARE A METODEI ……………………………………………………………………………………… 60
BIBLIOGRAFIE ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 62
ANEXE …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 63
ANEXA 1 – CALCUL NECESAR DE CALDURA VILA PLAN DEMISOL …………………………………………………………………. 63
ANEXA 2 – CALCUL NECESAR DE CLADURA VILA PLAN PARTER …………………………………………………………………… 63
ANEXA 3 – CALCUL NECESAR DE CALDURA VILA PLAN ETAJ ……………………………………………………………………….. 63
ANEXA 4 – TABEL DIMENSIONARE INCALZIRE IN PARDOSEALAA ………………………………………………………………….. 63
ANEXA 5 – DIAGRAMA INCALZIRE IN PERETE IN SISTEM UMED ……………………………………………………………………. 63
ANEXA 6 – RAPORT DETALIAT SIMULARE T*SOL INSTALATIE SOLARA …………………………………………………………. 63
ANEXA 7 – DEVIZE ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 63

4
TERMINOLOGIE

Agent termic
primar Fluidul care circula in instalatiile de producere si transport al energiei
termice.
Agent termic
secundar Fluidul care circula in instalatiile de distributie si de utilizare a
energiei termice.
Armatura Dispozitiv folosit in sistemele de alimentare cu apa si canalizare
pentru reglarea, controlul, verificarea, comanda si siguranta in
functiune a fluxului tehnologic.
Cazan Aparat in care are loc transformarea energiei chimice a combustibililor
in energie termica.
Centrala termica Ansamblul de instalatii, constructii si echipamente necesare pentru
conversia unei forme de energie in energie termica.
Confort termic Stare de echilibru termic al corpului omenesc in procesul schimbului
permanent de caldura dintre aceasta si mediul inconjurator.
Corp de incalzire Element component al unei instalatii de incalzire, care cedeaza caldura
aerului din incapere.
Debite de calcul Debit folosit pentru dimensionarea in sectiuni de calcul in circuitul
apei.
Distribuitor Conducta scurta cu diametru mare, prevazuta cu racorduri prin care se
repartizeaza debitul de agent termic de la o sursa diferitelor ramuri ale
unei instalatii.
Instalatie de
incalzire centrala Instalatie de incalzire la care caldura produsa de o sursa unica este
utilizara de mai multi consumatori cu amplasamente diferite de cel al
sursei.
Instalatie de incalzire
cu corpuri statice Instalatie de incalzire in care necesarul de caldura este asigurat cu corpuri de
incalzire, care cedeaza caldura prin convectie libera sau prin radiatie.
Instalatii de incalzire
radiante. Sunt instalate sub pardoseala, in perete, sau sub plafon, incalzind aceste zone
direct si generand suprafete calde. In cazul pardoselei, intreaga suprafata
fiind incalzita uniform, nu mai e nevoie de curenti de aer pentru a transporta
caldura.
Pompa de circulatie Pompa folosita pentru vehicularea fluidului in circuitul unei instalatii.
Presiunea de regim Valoarea presiunii care trebuie realizata intr-un sistem hidraulic in vederea
satisfacerii conditiilor necesare, rationale pentru folosinta.
Puterea instalata Valoarea puterii inscrise pe placuta indicatoare a unui grup de producere a

5 energiei electrice si /sau in documentatia tehnica emisa de fabrica
constructoare.
Panou solar Este o instalatie care capteaza energia solara continuta in razele solare
si o transforma in energie termica..
Radiant Corp de incalzire care cedeaza caldura, in principal prin radiatie.
Radiator Corp de incalzire format din elemente imbinate alcatuind la interior un
circuit al agentului termic, care cedeaza caldura prin convectie si
radiatie.
Necesarul de
caldura pentru
incalzirea cladirii Caldura care trebuie furnizata spatiului incalzit pentru a mentine
temperatura interioara la o valoare constanta prestabilita.

Pierderi de caldura
ale cladirii Suma dintre pierderile de caldura prin transmisie si ventilare.

Pierderi de caldura
ale sursei de
caldura Pierderile de caldura ale generatorului de caldura care apar atat in
timpul functionarii cat si pe durata nefunctionarii precum si pierderile
de caldura generate de reglarea reala a functionarii sursei.
Sarcina termica de
calcul a sistemului Fluxul de caldura sensibila/latenta/totala, necesar a fi introdus sau
extras de sistemul de instalatii de ventilare/climatizare, pentru a
realiza starea interioara de calcul. Se determina corespunzator
conditiilor climatice de calcul si conditiilor interioare de expluatare de
calcul (surse interioare care degaja caldura)

Spatiu incalzit Camera/ incapere incalzita avand temperatura interioara constanta,
prestabilita.
Transportul
energiei termice Activitate organizata pentru transmiterea energie termice de la
producatori la statiile termice ale distribuitorilor sau ale
consumatorilor racordati direct la retelele de transport.
Tiraj Circulatia naturala intre doua coloane de fluid de densitati diferite,
care comunica intre ele.
Temperatura medie
de radiatie Temperatura medie ponderata a suprafetelor delimitatoare ale
incaperii, care influienteaza schimbul de caldura prin radiatie intre
corpul omenesc si mediul inconjurator.
Reazem fix Reazem in care conducta este fixata, deplasarile din dilatare a
conductei fiind dirijate catre compensatoare de dilatare.

6
LISTA PRINCIPALELOR ABREVIERI UTILIZATE ÎN LUCRARE

OA Adaosul de orientare
CA Adaosul pentru compensarea afectelor suprafețelor reci
it Temperatură interioară convențională de calcul
et Temperatura exterioară conventionala de calcul
mR Rezistența termică specifică corectată a elementului de construcție
tA Aria totală a suprafețelor care delimitează încăperea
uQ Sarcina termică pentru incălzirea aerului pătruns la deschiderea ușilor
exterioare
TQ Fluxul termic cedat prin transmisie
pc Căldura specifică la presiune constantă a aerului
aon Numărul orar de schimburi de aer necesar în încăpere
SQ Fluxul termic cedat prin sol
dt Temperatura agentului termic pe conducta de ducere
 Densitatea aerului
locp Pierderile locale de presiune
linp Pierderile liniare de presiune
 Coeficientul de rezistenĠă locală
ptot Pierderile totale de presiune
R Pierderea de sarcină liniară unitară
Z Pierderea de sarcină locală
dp Pierderea de presiune pe fiecar e circuit
A SuprafaĠa totală a incaperilor

7 ] LISTA PRINCIPALELOR SIMBOLURI UTILIZATE ÎN LUCRARE

SIMBOLURI CU CARACTERE LATINE

Nr.
Crt. Simbol Denumire mărime Unitate de
măsură
1
it Temperatură interioară convențională de calcul  C
2 et Temperatura exterioară conventionala de calcul  C
3 mR Rezistența termică specifică corectată a elementului de
construcție   wkm/2
4 tA Aria totală a suprafețelor care delimitează încăperea  2m
5 uQ Sarcina termică pentru încălzirea aerului pătruns la
deschiderea ușilor exterioare  W
6 TQ Fluxul termic cedat prin transmisie  W
7 pc Căldura specifică la presiune constantă a aerului  kgKJ/
8 aon Numărul orar de schimburi de aer necesar în încăpere  3 3/hmm
9
SQ Fluxul termic cedat prin sol  W
10
dt Temperatura agentului termic pe conducta de ducere  C
11 R Pierderea de sarcină liniară unitară [mmH 2O]
12 Z Pierderea de sarcină locală [mmH 2O]
15 dp Pierderea de presiune pe fiecar e circuit [mbar]
16 VE Presetar e la distribuitor  min/l
17 A SuprafaĠa totală a camerelor  2m
18 zonaA Suprafată de încălzit  2m
19 H Încălzire
20 HZ Zonă princi pală
21 RZ Zonă demargi ne
22 nKr Numărul circuitelor –
23 Q Necesa r de căldura specific  2/mW
24 Qber Ajust ează căldura  W
25 VA DistanĠă de desfășurare [mm]
26 tFB Temperaturi interm ediare  C
27 tV Temperatura turului  C

8 28 tR Temperatura returului  C
29 V Debit pe fiecar e cale  min/l
30 R RezistenĠa la transfer termic a elementelor de construcĠie   WKm /2
31 P Perimetru încăperii  m
32 H Înălțimea încăperii  m
33
1iQ Sarcina termică pentru încălzirea de la temperetura exterioară
convențională de calcul la temperatura interioară convențională de
calcul a aerului infiltrat prin ventilare naturală organizată
 W
34
2iQ Sarcina termică pentru încălzirea de la temperetura
exterioară convențională de calcul latemperatura interioară
convențională de calcul a aerului infiltrat prin neetanșeitățile
ușilor și ferestrelor și a aerului pătruns prin deschiderea
acestora
 W
35 L Lungimea rosturilor ușilor și ferestrelor de pe fațadele
supuse secțiunii vântului
 m
36 g AcceleraĠia gravitaĠională [m/s2]
37 D Diametrul conductei  mm
38 m Debitul masic   hkg/
39 Sr, total SuprafaĠa radiantă totală  2m

9 SIMBOLURI CU CARACTERE GRECEȘTI

Nr.
crt. Simbol Denumire mărime Unitate de
măsură
1  Densitatea aerului  3/mkg
2
locp Pierderile locale de presiune locale [mmH 2O]
3
linp Pierderile liniare de presiune liniare [mmH 2O]
4  Coeficientul de rezistenĠă locală –
5 ptot Pierderile totale de presiune totale [mmH 2O]
6 Λ Coeficientul de conductivitate termică [W/mK]
7  Greutatea specifică a apei calde [m3/Kg]
8 Δθ DiferenĠa de temperatură între tur și retur  C
9 Δt DiferenĠa de temperatură medie logaritmică  C

10 SIMBOLURI MATEMATICE

Nr.
crt. Simbol Denumire mărime Unitate de
măsură
1
locp Pierderile locale de presiune locale [mmH 2O]
2
linp Pierderile liniare de presiune liniare [mmH 2O]
3 ptot Pierderile totale de presiune totale [mmH 2O]
4
SQ Fluxul termic cedat prin sol  W
5 tA Aria totală a suprafețelor care delimitează încăperea  2m
6
it Temperatură interioară convențională de calcul  C
7 et Temperatura exterioară conventionala de calcul  C
8
dt Temperatura agentului termic pe conducta de ducere  C
9 R RezistenĠa la transfer termic a elementelor de construcĠie   WKm /2
10 P Perimetru încăperii  m
11 H Înălțimea încăperii  m
12 g AcceleraĠia gravitaĠională [m/s2]
13 D Diametrul conductei  mm
14 m Debitul masic   hkg/
15 Sr, total SuprafaĠa radiantă totală  2m

11 1 INTRODUCERE

Prezenta lucrare are ca obiect instalatiile termice aferente obiectivului “ CONSTRUIRE
VILA D+P+E “ situata in judetul Cluj .
Pentru realizarea investitiei propuse se impune necesitatea dotarii constructiei cu
instalatiile termice aferente pentru obtinere unui microclimat interior la parametrii de confort
doriti si in conformitate cu normele actuale care se vor lua in considerare in realizarea
proiectului.
In elaborarea proiectului s-a dorit promovarea unor solutii moderne , economice si
ecologice in conformitate cu tendintele si solutiile care au o utilizare tot mai raspandita .
Un mediu incalzit confortabil este una dintre conditiile principale pentru mentinerea
sanatatii . Confortul termic este atins doar daca ne simtim bine in incapere , daca percep em o
incalzire placuta ce se transmite usor fara sa sesizam un eventual curent de aer , suprafete de
pereti reci , aer uscat care ar putea deranja . De aceea, ideea acestei lucrari a aparut din dorinta
promovarii sistemelor de incalzire moderne precum conductele incastrate in pereti si in
pardoseala care pot inlocui cu succes sistemele clasice .
Pornind de la premisa “ Energia solara nu se scumpeste si nu polueaza “ putem considera
solutia cu sisteme solare ca fiind cea mai economica si ecologica metoda de incalzire , de aceea
in solutia finala se va integra si o instalatie solara care sa ofere sustenabilitate sistemului de
incalzire proiectat .

Obiectivele urmarite prin prezenta lucrare sunt :
 Proiectarea unui sistem de incalzire cu solutie mixta ( corpuri de incalzire statice ,
incalzire in pereti , pardoseala radianta ) in functie de destinatia incaperilor ;
 Asigurarea sustenabilitatii energetice din surse alternative de energie – proiectarea
unei instalatii solare care sa asigure un aport la s istemul de incalzire proiectat.

12 2 STADIUL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL TEMATICII PROPUSE

2.1 NOğIUNI GENERALE

Pentru a asigura confortul termic necesar desfasurarii , in bune conditii , a
activitatilor, orice imobil trebuie prevazut cu o instalatie de incalzire , care sa poata
acoperi necesarul de caldura pentru incalzire si necesarul de caldura pentru prepararea
apei calde menajere . Instalatia termica transforma energia calorica a combustibililor ,
respectiv energia solara in energie termica .
In anul 2015 , ponderea surselor regenerabile in productia totala de energie
primara pe plan mondial era de 16,4% .
Din analiza ratelor de dezvoltare din ultimele trei decenii se observa ca energia
produsa din surse regenerabile a inregistrat o crestere anuala de 2 % . Este evident ca pe
termen mediu sursele regenerabile de energie nu pot fi privite ca alternativa totala la
sursele conventionale , dar este cert ca in masura potentialului local , datorita avantajelor
pe care le au ( surse locale abundente , ecologice , ieftine , independente de importuri ) ,
acestea trebuie utilizate in complementaritate cu combustibili fosilil , lemnosi , energie
nucleara .

Consumul final de energie in UE in 2015

13 2.2 SITUAğIA PE PLAN NAğIONAL ȘI INTERNAğIONAL ÎN DOMENIUL
TEMATICII PROPUSE
De-a lungul secolelor, cea mai mare dificultate pe care au intalnit-o stramosii nostri in privinta
incalzirii interioarelor a fost eficientizarea acestui proces. Incalzim, dar cum o putem face mai
usor pentru mai mult timp la costuri cat mai mici? Desigur, in prezent s-a ajuns la o multime de
metode cu un randament foarte ridicat, care ne-a ridicat nivelul de confort extrem de mult, dar e
fascinant sa privim in urma si sa redescoperim parcursul istoric al sistemelor de incalzire
individuale.

Nu se stie exact cand, dar cert e ca la un moment dat in viata stramosilor nostri, focul a fost adus
in casa cu scopul de a incalzi interiorul. Incaperile au fost regandite in acel moment pe ntru a
include o gaura in acoperis, menita sa permita iesirea fumului. Problema acestei solutii e ca 80%
din caldura parasea interiorul odata cu fumul.
Sobele si semineele au aparut aproximativ in acelasi timp in zone diferite ale lumii. Primele erau
specifice Rusiei si Europei de nord, iar cele din urma s-au multiplicat odata cu numarul
castelelor din centrul si vestul Europei. De-a lungul timpului, acestea au fost dezvoltate pentru a
putea incalzi multiple incaperi cu o autonomie cat mai ridicata. Asa s-a ajuns la termosemineul
pe peleti, un echipament complet echipat si automatizat, care poate fi conectat la un termostat de
camera.
Inainte de a eficientiza metodele de incalzire, oferind confort termic prin ridicarea temperaturii
unei intregi incaperi sau chiar a unei cladiri, stramosii nostri aveau o conceptie mai localizata: sa
incalzeasca oamenii, nu locuintele. Prin folosirea unor surse de caldura radiante, ei incalzeau
doar anumite portiuni ale unei incaperi, creand un micro-climat de confort. In acest caz solutia
nu o reprezenta cautarea unui progres tehnologic, ci o adaptare in gandire pentru a compensa
pentru o metoda de incalzire deficitara.
Incalzirea prin pardoseala este o metoda care in prezent pare destul de moderna, dar ea a orig inat
de fapt in Turcia anilor 1300 inainte de Hristos in palatul regelui regiunii Arzawa. Romanii au
preluat tehnologia si au dezvoltat-o pana la rangul de arta, la inceput incalzind doar podeaua, iar
ulterior chiar si peretii.
Primele sisteme prevedeau o podea sustinuta pe grinzi, iar sub ea o incapere in subsol, incalzita
cu ajutorul unui foc. In timp, tehnologia a fost perfectionata si a ajuns sa fie sistemul de incalzire
preferat de catre familiile instarite, dar si de catre urbanisti. Randamentul hipocaustului era de
90%, insa preincalzirea sa dura doua zile. Mai mult, era un sistem complet lipsit de autonomie.

14
Incalzire in pardoseala in Turcia anilor 1300 inainte de Hristos

Primele dovezi istorice ale sistemelor de incalzire cu aer cald dateaza din anii 1200, dar de- a
lungul secolelor, tehnologia respectiva s-a dezvoltat foarte lent. Primul care a incercat sa
abordeze stiintific aceasta metoda a fost Dr. Paul Meissner, un profesor la Institutul Politehnic
din Viena. In anul 1821, acesta a publicat o carte despre legile incalzirii cu aer cald, in care a
propus ca aerul rece sa fie inlaturat sau reincalzit. Din pacate, Meissner a fost atacat rapid de
catre producatorii de sobe, nu pentru ca ar fi fost ceva gresit in teoria lui, ci pentru ca acestora
din urma le era teama de competitie. Metoda a prins cel mai bine in Statele Unite intre 1866 si
1900, cand multi producatori au intrat pe piata incalzirii. Din pacate a pierdut teren rapid in fata
incalzirii cu apa calda.
Desi primele aparitii in istorie ale incalzirii cu apa calda dateaza din secolul al XIV-lea, acest ti p
de sistem a devenit popular de abia in anii 1880. A castigat teren rapid in fata tuturor celorlalte
sisteme, nu doar din punct de vedere al eficientei si al usurintei intretinerii, dar si datorita atentiei
sporite in ceea ce priveste designul radiatoarelor si boilelor. Astazi, un design deosebit face
diferenta in orice casa.
La noi in tara , primele instalatii de incalzire centrala s-au executat la Teatrul National din
Bucuresti ( cladit in anul 1888 ) , ambele functionand cu abur .
In prezent , se pune tot mai mult folosirea surselor de enrgeie regenerabile . Si asta pentru
ca sursele fosile care au fost foarte populare in ultimul secol nu sunt regenerabile , sunt
epuizabile . Mai mult de atat , acestea sunt responsabile de emisiile de CO2 din atmosfera , care
sunt daunatoare unui climat ecologic .
Pe plan national si international ideea folosirii pardoselii si a peretilor drept corp de
incalzire nu este deloc noua , perioada de pionierat apare din inceputul secolului al- XX-lea ,
astfel incat in zilele noastre se cunosc avantajele sistemului precum si neajunsurile determinate
de cercetarile aprofundate a efectelor asupra omului . In Romania , marii producatori si
distribuitori de echipamente si solutii in instalatii comercializeaza si promoveaza solutii proprii
de incalzire/racire in pardoseala/pereti .

15 Energia solara

In momentul de fata, la nivel mondial, principala resursa energetica (aproximativ 83,6 %)
o constituie combustibilii: carbune, petrol, gaz, lemn, reziduuri combustibile. O alta parte este
reprezentata de energia produsa in hidrocentrale si in centralele nucleare. Din total energie
consumata, aproximativ o treime este utilizata sub diverse forme pentru incalzirea locuintelor s i
pentru producerea de apa calda menajera.
Energia solară este practic inepuizabilă. Este cea mai curată formă de energie de pe pământ și
este formată din radiaĠii calorice, luminoase, radio sau de altă natură emise de soare. CantităĠile
uriașe ale acestei energii stau la baza aproape tuturor proceselor naturale de pe Pă mânt. Cu toate
acestea, este destul de dificilă captarea și stocarea ei într -o anumită formă (în principal căldură
sau electricitate) care să pemită utilizarea ei ulterioară.
Energia solară poate încălzi locuinĠele în mod pasiv, datorită construcĠiei acestora sau poate fi
stocată în acumulatoare termice sub formă de energie termică. Căldura generată solar se poate
folosi în principal la prepararea apei calde menajere, încălzirea agentului termic responsabil de
temperatura ambiantă a casei și încălzirea piscinelor. Există chiar și instalaĠii de aer condiĠionat
bazate pe căldura solară, unde aceasta reprezintă energia principală necesară răcirii aerului.
Utilizarea energiei solare reprezintă la nivel global cea mai eficientă metodă de a aduce căldura
în locuinĠe. În general, cantitatea de căldură solară ce cade asupra acoperișului unei case este mai
mare decât energia totală consumată în casă.
Cu mijloace simple, eficiente constructiv, se poate utiliza energia solară pentru a reduce sau
chiar pentru a înlocui total celelalte surse de energie necesare traiului dintr- o locuinĠă modernă.

Radiatia solara [kWh/(mpa)] in Europa , media anuala in perioada 1986-20 05 (sursa-METEOTEST ,Berna, Elvetia)

16 Radiatia solara in Romania

RadiaĠia solară este o formă de radiĠie termică ce este difuzată sub forma undelor
electromagnetice. În afara atmosferei terestre radiaĠia solară furnizează o sursă de energie cu
potenĠial nelimitat egală cu 1.370 W/m2. Pentru a atinge suprafaĠa terestră radiaĠia solară trece
prin atmosferă, unde o parte din energia sa este disipată prin:
– Difuzie moleculară (în mod special razele U.V.)
– ReflecĠie difuză pe aerosolii atmosferici (picături de apă, praf…)
– AbsorpĠie selectivă în gazele atmosferice.
RadiaĠia globală asupra suprafeĠei terestre este suma:
฀ RadiaĠiei directe, după ce aceasta a trecut prin atmosferă,
฀ RadiaĠiei difuze, care provine din toate direcĠiile.
Astfel, o supra faĠa expusă primește atât radiaĠii directe, difuze cât și o parte din radiaĠiile
globale reflectate de obiectele din apropiere, în special pământul, pentru care coeficientul de
reflexie este denumit „albedo ”.
RadiaĠia solară medie anuală în România variază între 1,100 și 1,300 kWh/m2 pentru mai
mult de jumătate din suprafaĠa Ġării. PotenĠialul termic al energiei solare este estimat la 60 PJ/an
(1400 ktoe/an). De aceea radiaĠia solară pe suprafaĠă orizontală pentru România este de
aproximativ 200 milioane de GWh pe an (de exemplu potenĠialul teoretic pentru energia solară).
O hartă a radiaĠiei solare a fost întocmită de Institutul NaĠional de Meteorologie și Hidrologie.
Există bune posibilităĠi pentru dezvoltarea utilizării energiei solare, iar experienĠa
anterioară poate fi exploatată. In Evaluarea Resurselor Energiilor Regenerabile, EBRD estimează
că sistemele bazate pe utilizarea energiei solare pentru încălzirea apei pentru clădiri publice și
hoteluri, sistemele pe bază de energie solară pasivă, precum și sistemele individuale pentru
locaĠiile izolate, sunt cele mai promiĠătoare aplicaĠii.

17
Caracteristicile climaterice de temperatură ale aerului exterior sunt un rezultat al
intensit atii radiaĠiei solare și depind de cantitatea de energie termică radiată de suprafaĠa
pamantului pe parcursul ciclurilor zilnice și respectiv anuale. Temperatura aerului ambiant
influenĠează parametrii termici ai structurilor înconjurătoare (prin valorile sale extreme și medii),
reglajele sistemelor de încăzire si condiĠionare a aerului ale construcĠiilor, cât și sistemele de
încălzire ce utilizează energia solară. De aceea spre exemplu, capacitatea de încălzire depinde de
temperaturile calcul pentru regiunile respective (N.B: temperaturile hibernale cele mai scăzute).
Conform studiilor studiilor de specialitate , in zona geografica a Europei Centrale si de
Est radiatia solara poate produce o putere echivalenta cu 1kW/mp .Tara noastra , desi are un
relief foarte divers beneficiaza de zone cu mult soare , deci putem spune ca se incadreaza in
media europeana in ceea ce priveste cantitatea de caldura receptata de la soare .
Cantitate de energie receptata de la soare depinde mai multi factori:

18 – intensitatea radiatiei solare: momentul de varf este vara, la mijlocul zilei si cu cerul perfe ct
senin. In toate celelalte situatii cantitatea de caldura obtinuta este doar un procent din v aloarea
maxima (minimul fiind inregistrat iarna, aproximativ 15…20% din val orile pe care le obtinem
vara).
– unghiul de incidenta al radiatiilor solare cu suprafata panourilor : maximul se obtine in cazul in
care acest unghi este de 90°, insa datorita caracteristicilor elementelor de captare si faptului ca
radiatia solara are s i o importanta componenta de difuzie (datorata reflexiei pe corpuri statice,
nori, particule solide din aer), se obtine conversia in caldura s i la alte unghiuri (90…95%).
– zona geografica (altitudine, temperatura medie anuala, numarul mediu de zile cu soare ).
In calculul de eficienta se ia in considerare suprafata totala a panoului si nu numai suprafat a
activa (a tuburilor), intrucat prin reflexie pe suprafata panoului si datorita formei cilindrice a
tuburilor se recupereaza intreaga radiatie solara, atat componenta directa cat si cea difuza.
Este de menionat ca, in cazul unor temperaturi exterioare mici, pierderile prin radiatie s i
convectie se maresc, deci randamentul total scade.
Eficienta utilizarii panourilor solare poate fi, in modul cel mai elocvent, evidentiata prin
comparatie cu metodele si echipamentele clasice de obtinere a caldurii (microcentrale, cazane pe
combustibil gazos, lichid sau solid) .
Sistemele solare se pot integra la fel de bine in constructii noi cat si reabilitate , ele cre sc
valoarea imobilelor prin proprietatile multiple de asigurare a lor , au o durata de viata si
exploatare de minim 20 de ani .
Totusi , in ceea ce priveste aportul la incalzire este impropriu spus ca sistemele solare pot
acoperi in totalitate necesarul de caldura pe perioada rece a anului , de aceea ele vor fi pre vazute
impreuna cu alte surse aditionale de energie , cum ar fi cazanele de incalzire pe combusti bil
gazos sau pe combustibil lichid , pompele de caldura , cazanele pe combustibil solid sau pe
peleti . Eficienta unei instalatii solare depinde de puterea si randamentul colectorilor . In sistemul
de incalzire au o inalta eficienta si o combinative ideala cu incalzirea prin suprafete radiante
(incalzire in pardoseala , incalzire in pereti ) .
Desi in marea majoritate a cazurilor sistemele solare cu aport la incalzirea locuintei
reusesc sa asigure pana la 30% economie de energie , acestea au o utilizare tot mai larga
dovedindu-se o solutie foarte buna prin stocarea energiei termice si furnizarea ei in functie de
consum , fiabila , economica si ecologica .

19 Tipuri de colectori solari

a. Colectoare plane
Colectoarele plane sunt formate dintr-un registru de capilare fabricate dintr-un metal
termoconductor (cupru, în general) cu aripioare din tablă tratata selectiv pentru creșterea
suprafeĠei de captare. Tot acest ansamblu este așezat într -o cutie plată, bine izolată
termi c. Această cutie are un perete transparent, fabricat de regula din sticlă cu
transparenĠă ridicată la radiaĠia infraroșie. SuprafaĠa de captare este acoperită cu un strat
selective care facilitează absorbĠia radiaĠiei solare și limitează în același timp re flexia
acesteia.
La suprafeĠe de captare echivalente eficienĠa acestui tip de colectoare solare este mai
redusă faĠă de colectoarele solare cu tuburi vidate, însă și preĠul de cost este mai scăzut.

b. Colectoare cu tuburi vidate
Fiecare tub este format din două tuburi concentrice din sticlă borosilicat (cu rezistenĠă
mecanică bună și un grad de transparenĠă ridicat), închise la un capăt și sudate între ele la
celălalt. SpaĠiul dintre cele două tuburi se videază iar suprafaĠa exterioară a tubului interior se
acoperă cu un strat selectiv cu excelente proprietăĠi de absorbĠie a radiaĠiei solare (>96%) și cu o
emisivitate foarte redusă (<4%). Căldura este transferată agentului termic sau direct, sau prin
intermediul unui tub termic. Vacuum- ul dintre cele două tuburi formează un termos astfel încât
exteriorul tubului va fi rece deși temperatura din interior poate ajunge la 160°C. Această
proprietate face instalaĠia utilizabilă în climate reci și în condiĠii de cer acoperit, colectoarele cu
tuburi fiind mai eficiente decât colectoarele solare clasice, plane.
Testele practice au demonstrat că performanĠa colectoarelor solare cu tuburi vidate pe durata
unui an este cam de două ori mai ridicată comparativ cu colectoarele plane, la aceeași suprafaĠă
de colectare. Chi ar dacă un sistem solar cu colectoare plane de suprafaĠă dublă va produce
aproximativ aceeași cantitate de energie într -un an, cea mai mare parte din aceasta va fi obĠinută
pe durata verii (în lunile mai – august). Întrucât energia produsă în exces faĠă de necesar este
irosită, beneficiile instalării unui sistem cu colectoare solare plane sunt limitate.

20 2.3 OBIECTIVELE CERCET ĂRII

Dotarea unei cladiri cu un sistem de incalzire eficient , ecologic si care sa realizeze
conditiile de microclimat in cele mai bune conditii trebuie sa fie prioritatea proiectantului . Este
necesara adoptarea noilor solutii de pe piata , renuntarea gradual la arderea combustibililor fosili ,
adoptarea de solutii alternative ’’ verzi ’’ .
In contextul in care se vorbeste despre posibilitatea obligativitatii dotarii locuintelor cu
panouri solare in viitor si fiind cunoscute multiplele avantaje ale acestui sistem s-a dorit
proiectarea unui sistem complet ( radiatoare , pardoseala radianta , incalzire in perete , panouri
solare , cazan pe combustibil lemnos ) care sa nu utilizeze combustibilii fosili ( hidrocarburi ,
carbune , petrol sau gaze naturale ) in producerea agentului termic .
Deasemenea prin rezulatele simularii sistemului solar intr-un program software s-au
determinat parametrii de functionare ai sistemului , eficienta si consumul total de energie care
poate fi produs de energia solara anual precum si cantitate de energie din surse complementara
care a fost economisita prin implementarea respectivei solutii .

2.4 CONCLUZII PA RğIALE

Incalzirea eficienta a fost una dintre provocarile evolutiei tehncii , de-a lungul timpului.
Continua cercetare a dus spre inovatie de noi echipamente si solutii alternative celor traditionale
in scopul imbunatatirii sigurantei , functionalitatii , conditiilor de microclimat si obtinerii
obtinerii unor economii energetice importante . La aceasta premisa se aliniaza si sistemele de
incalzire radianta sau instalatiile solare . Trecute de perioada de pionierat acestea au o raspandire
tot mai larga in detrimentul solutiilor clasice cu corpuri de incalzire statice si agent termic produs
prin arderea combstibililor fosili , utilizarea lor se recomanda si se utilizeaza atat in const ructiile
noi cat si in modernizarea sau reabilitarea celor existente .

21 3 METODICA DE CALCUL

3.1 NOğIUNI GENERALE

In prezentul capitol sunt prezentate bazele de calcul precum si rezultatele dimensionarii
elementelor care compun instalatia termica aferenta investitiei “ CONSTRUIRE VILA D+P+E “
situata in judetul Cluj .

3.2 CALCULUL NECESARULUI DE CALDURA

Calculul necesarului de caldura s-a facut in conformitate cu prevederile
 SR 1907-1 / 1997 – Necesarul de caldura de calcul . Prescriptii de calcul
 SR 19007-2 / 1997 – Necesarul de caldura de calcul . Temperaturi interioare
conventionale de calcul .
La realizarea acestui proiect s-au utilizat urmatorii parametrii de calcul :
– Zona climatica : III , temperatura exterioara conventionala de calcul te= -18 °C
– Zona eoliana : IV , viteza vantului in localitati v4/3=6,35 m/s
– Rezistentele termice ale elementelor de constructie care delimiteaza cladirea conform
C107/1 sunt : perete exterior : R= 2,46 m2k/W
perete interior : R= 0,90 m2k/W
ferestre exterioare : R= 0,52 m2k/W
usi exterioare : R= 0,65 m2k/W
pardoseala : R= 0,87 m2k/W
planseu : R= 1,60 m2k/W
– Valorile coeficientului de masivitate termica a elementelor de constructie , conform
STAS 6472 pentru : perete exerior : m=1,05
perete interior , pardoseala : m=1,10
fereastra exterioara ,usa exterioara : m=1,20
planseu : m= 1,00
Temperatura agentilor termici :
– agent termic apa calda 80/60 °C – circuit radiatoare
– agent termic apa calda 45/35 °C – circuit incalzire in pardoseala
– agent termic apa calda 40/32 °C – circuite incalzire in pereti

22 Degajari de caldura totale de la sursele interioare :
– iluminat : 25 W/mp
– oameni : 130 W/om

Formulele de calcul :

Necesarul de căldură de calcul ,Q , exprimat în waĠi , al unei încăperi se calculează cu
relaĠia :

Q = QT( 1+ 100Ao Ac
) + Qi , [ W ]

Fluxul termic cedat prin transmisie QT

QT = cMmA RTeTi
+ Qs ,
Fluxul termic cedat prin sol , Qs

Qs = Ap
RpTeTi
cMnsmsAbcRbcTeTi
+ns1AbcjRbcTejTi

Sarcina termică pentru încălzirea aerului infiltrat , Qi

Qi = max ( Qi1, Qi2 )
Qi1 = [ naocMV cp( TeTi)+ Qu ]( 1+ 100Ac
)
Qi2 = {cM[E iLv4/3( TeTi) ] +Qu}( 1+ 100Ac
)

Sarcina termica pentru incalzirea de la temperatura exterioara la temperatura
interioara a aerului infiltrat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor si a aerului patruns la
deschiderea acestora Qi , se determina ca valoarea maxima intre sarcinile termic e Qi1 si Qi2,
exprimate in [wati], in care :
Qi1- sarcina termica pentru incalzirea de la temperatura exterioara conventionala de
calcul la temperatura interioara conventionala de calcul, a aerului infiltrat prin neetanseitatile
usilor si ferestrelor si a aerului patruns la deschiderea acestora, determinata tinand seama de
numarul de schimburi necesar in incapere din conditiile de confort fiziologic ;
Qi2- sarcina termica pentru incalzirea de la temperatura exterioara conventionala de
calcul la temperatura interioara conventionala de calcul, a aerului infiltrat prin neetanseitatile

23 usilor si ferestrelor si a aerului patruns la deschiderea acestora, determinata de viteza
conventionala a vantului .
Pe baza acestor relatii s-a calculat necesarul de caldura pentru intreaga cladire . L a
incaperile situate la etaj s-au luat in calcul si pierderile de caldura prin planseul terasa, iar la cele
situate in demisol s-a tinut cont si de pierderile de caldura prin pardoseala .
Rezultatele calculelor vor fi prezentate tabelar si anexate prezentului proiect . Pe baza
calculelor efectuate a rezultat un debit necesar de caldura Qnec = 36668 W ( 31528 kcal/h ) .
Puterea termica insumata a sistemelor de incalzire Qinst = 42074 W ( 36177 kcal/h ) . In
concluzie Qinstalat este mai mare decat Qnecesar , deci cantitatea de caldura introdusa in
locuinta prin corpurile de incalzire statice , pardoseala radianta si incalzirea in pereti
compenseaza pierderile de caldura calculate .

3.3 CALCULUL ELEMENTELOR PENTRU INCALZIREA IN PARDOSEALA

Date de calcul :
– Grosimea stratului de sapa Se =0,05 m
– Tubul de incalzire teava PeX-al 17×2,0 mm
– Rezistenta termica a finisajului Rparchet = 0,05 mpK/W
Rgresie = 0,01 mpK/W
– Lungimea maxima a circuitului de incalzire(registrului de tevi) = 240 m
– Temperatura medie a pardoselii = 29 °C
– Pasul de montaj al tevii = 0,10 si 0,15 m
– Temperaturi de calcul : Ttur=45°C , Tretur=35°C , Tmediu=40°C

Determinarea sarcinii termice specifice pentru fiecare incapere s-a determinat cu ajutor ul
tabelelor oferite de producator in functie de tipul de incalzire ( placa cu nuturi ) , pasul de montaj
al tevii, temperatura medie a agentului termic si rezistenta termica a finisajului pardoselei .
Datele prezentate in tabel vor fi anexate prezentei lucrari .

Nr. incaperii
(serpentina) Denumire Nec. Specific
de Caldura [
W/mp ] Densitate
pozare [mm
] Lungime
traseu
[m] Suprafata
acoperita
[mp]
P04 ( S1 ) Salon servit masa Parchet , 82.4 150 115 17,00
P04 ( S2 ) Salon servit masa Parchet , 82.4 150 124 20,00
P04 ( S3 ) Salon servit masa Parchet , 82.4 150 131 21,00

24 P06 ( S4 ) Bucatarie Gresie , 102.6 150 97 14,00
P07 ( S5 ) Hol Parchet , 82.4 150 112 15,00
P07 ( S6 ) Hol Parchet , 82.4 150 109 13,50
P07 ( S7 ) Hol Parchet , 93.1 100 99 8,50

– Suprafata cumulata pentru registrul de tevi in pardoseala Stotal = 109 mp
– Qinstalat pentru intreaga suprafata Q = 9314 W
– Diametru teava legatura : PP-R D 32 mm

3.4 CALCULUL ELEMENTELOR PENTRU INCALZIREA IN PERETE

Pentru incalzirea suprafetelor de locuit din etajul cladirii s-a dimensionat un sistem de
incalzire in perete cu montaj umed . In incaperile in care necesarul de caldura depaseste valorile
care pot fi acoperite prin registrul de teava montat in perete ( pierderi de caldura prin doi pereti
exteriori , fereastra + usa exterioara , planseu ) s-a prevazut si un sistem auxiliar de inca lzire cu
corpuri de incalzire statice pentru compensarea pierderilor totale de caldura .
Date de calcul :
– Grosimea zidariei : perete exterior : δ= 0,30 m , perete interior : δ= 0,25 – 0,30 m
– Termoizolatia : polistiren expandat : δ= 0,10 m , λ= 0,038 W/mK
– Tubul de incalzire teava PeX-al 10,2×1,1 mm
– Conductivitate termica tencuiala λ = 0,87 W/mK
– Coeficient rezistenta la transfer termic finisaj : faianta =0,017 mpK/W
finisaj perete normal =0,008 mpK/W
– Supratemperatura agentului termic Stmed = 16°C
– Supratemperatura finisaj Stfin = 10 -11 °C
– Temperaturi de calcul : Ttur=40°C , Tretur=32°C
Calculul de dimensionare s-a facut cu ajutorul diagramelor oferite de producator si
anexate prezentului proiect. In modul de lucru s-a pornit de la impunerea temperaturilor dorite pe
tur si retur cu conditia de a nu depasi mai mult de 12-13°C cu supratemperatura finisajului . Prin
impunerea temperaturilor reiese o putere specifica instalata care s-a comparat cu puterea
specifica necesara .
In tabelul de mai jos sunt prezentate tipurile de campuri de teava folosite cu puterea
specifica si instalata pe fiecare :

25 suprafata serpentina
[ l x H ( m) ] Nec. Specific de
Caldura[ W/mp ] Pasul de montaj
[mm ] Puterea termica instalata
[ W ]
0,80 x 2,00 88 150 141
1,50 x 2,00 88 150 264
1,00 x 2,00 93 150 186
2,00 x 2,00 93 150 372
2,80 x 2,00 93 150 521
3,00 x 1,50 93 150 419

3.5 DIMENSIONAREA HIDRAULICA

Conductele prevazute in prezentul proiect sunt de tipul :
– Teava PP-R cu fibra compozita pentru incalzirea suprafetelor in circuitul radiatoarelor
D 20 – 40 mm ;
– Teava tip PeX- al D 17,0 x 2,0 pentru incalzirea/racirea suprafetelor circuitele de
pardoseala ;
– Teava tip Pex-al D 10,2 x 1,1 pentru incalzirea/racirea suprafetelor de perete ;
– Teava de cupru la colac D 22 mm ( ¾ ’’ ) in circuitele solare ;
– Teava de otel neagra pentru instalatii D ¾ – 1 ½ ’’ pentru legaturile din centrala
termica .

– Pentru determinarea diametrelor , a vitezelor si a pierderilor de sarcina unitara R [Pa
/m ] s-a utilizat tabelele de calcul oferite de producatori .
– Calculul pierderilor liniare de presiune reprezinta consumul de energie al unitatii de
greutate de fluid cand acesta parcurge distanta ”l”.
– Calculul pierderilor locale de presiune reprezinta suplimentul de pierdere de
sarcina care apare la schimbare de diametre, directie, la trecere prin robineti, etc.
– lR plin.   O mmH2

gvZ ploc22
.
  O mmH2
– unde :
.linp – pierderile de presiune liniare   O mmH2

26 .locp – pierderile de presiune locale   O mmH2
l – lungimea conductei tur retur  m
R – pierderi de sarcina unitara 

mO mmH2

 – suma coeficientilor de pierdere locala
v – viteza apei in conducta 

sm

ZlR p   O mmH2 , [Pa]

.totp – pierderile de presiune totala   O mmH2
– Echilibrarea hidraulica s-a facut in domeniul de -10 % fata de tronsonul cel mai
dezavantajat. Unde nu s-a reusit echilibrarea se prevad vane de reglaj .

3.6 CALCULUL ELEMENTELOR DIN CENTRALA TERMICA

a) Dimensionarea cazanului de incalzire

Dimensionarea cazanului s-a facut tinand cont de necesarul de caldura ce trebuie acoperit
pentru fiecare sistem de incalzire .

Unde : Q inst clad = suma sarcinilor termice a tuturor sistemelor de incalzire
N = numarul de cladiri ( = 1)
ήcaz = randamentul cazanului (= 9 1% )
ήRI = randamentul retelei interioare (= 92% )
 S-a ales un cazan avand urmatoarele
caracteristici :

– Combustibil : solid ( lemn ) , principiul gazeificarii
– Puterea termica utila : 60 kW
– Randament : 91 %
– Dimensiuni : 1535x575x740 mm
WN QQ
RI cazcladinst
incalzT C nec 5008892, 0 91, 01 42074.
. . . 

27 Nota : In prezentul proiect nu s-a luat in considerare necesarul de caldura pentru prepararea
apei calde menajere , nefacand obiectul studiului . Se poate considera o solutie mixta pentru prepararea
apei calde menajere , prin prepararea agentului termic cu ajutorul cazanului si vehicul area lui intr- un
boiler cu preparare indirecta ( serpentina ) . Dotarea boilerului cu o rezistenta electrica constituie un
avantaj pe perioada calda a anului cand nu este necesara incalzirea spatiilor . In calcul se poate lua si
instalatia solara prevazuta care va putea oferi un grad mare de acoperire a necesarului de apa cal da
prin stocarea acesteia in acumulatorul de tip puffer .

b ) Dimensionarea vaselor de expansiune inchise

1.Vasul de expansiune din circuitul cazanului

V= 1.1 x Δv ( 1/ (1 – Pmin/ Pmax) )

V=volumul suplimentar de apă rezultat prin încălzirea apei de la temperatura iniĠială ti
până la temperatuta finală tf
Δv =Vi(tf – ti)
Vi=volumul de apă conĠinut de întreaga instalaĠie
31045. 0 x
ti=10°C
70260 80
2tîtdtf
100030QinstxVi
Pmin = 1.2 bar ; Pmax=4.0 bar

Vi= 1262 l + 1000 l (volum puffer ) =2262 l
Δv = 61.07
V=1.1×61.07x(1/(1-1.2/4)) = 95. 96 l

 S-a ales un vas de expansiune pentru incalzire
avand urmatoarele caracteristici :

– Capacitate : 100 l
– Tip vertical , inchis , cu membrana

28 – Diametru racord : 1 ”

2.Vasul de expansiune din circuitul solar

Vasul de expansiune solar este
un vas inchis , a carui camera de gaz
( umpluta cu azot ) este separata de
camera de lichid ( agent termic ) printr-
o membrana si a carei presiune
preliminara depinde de inaltimea
instalatiei .

Volumul necesar este stabilit de urmatorii factori :
o Dilatarea agentului termic in stare lichida
o Rezerva de lichid
o Volumul de aburi asteptat cu luarea in calcul a inaltimii statice a instalatiei
o Presiunea preliminara
La instalatiile cu circulatie fortata este necesar sa se efectueze o dimensionare corect a a
vasului de expansiune , aceasta valoare ar putea fi determinata cu ajutorul formulei :
f rv e abcon col mag D VV V V V  ) (
unde :
-Vmag=volumul nominal al vasului de expansiune . in l ;
-Vcol=continutul de lichid din colectori , in l
-Vabcon=continutul conductelor umplute cu aburi , in l (determinat din distanta de emisie a
aburilor si continutul din conducta la fiecare m lungime de conducta ) ;
-Ve=cresterea volumului agentului termic in stare lichida , in l
xV Va e
Va=volumul instalatiei (capacitatea colectorilor , a schimbatorului de caldura si a
conductelor
=coeficient de dilatatie = 0,13 pentru agent termic de la -20 pana la 120°C

29 – Vrv=rezerva de lichid in vasul de expansiune , in l ( 4% din volumul instalatiei , min 3l ) ;
– Df=factor de presiune (pe+1):(pe-po)
Pe=presiunea maxima a instalatiei la supapa de siguranta in bar ( 90% din presiunea de
declansare a supapei de siguranta ) ( 0,9 x 6 bar )
Po=presiunea preliminara a instalatiei ( 1,5 bar )
l x Vmag 32.29) 5 , 1 4 , 5 ( : ) 1 4 , 5 ( ] 3 )13, 0 14(28, 6 78, 6 [  
Pentru un modul de 6 colectori solari s-a prevazut un vas de expansiune solar inchis
avand capacitatea de 35 l. Pentru cele doua module 2×6 colectori se vor instalala doua vase de
expansiune avand capacitatea totala 2=35 = 70 l .

c ) Dimensionarea schimbatorului de caldura

Schimbatorul de caldura cu placi din otel inoxidabil prezinta un coeficient de schimb
termic ridicat . Acesta este integrat in circuitul solar si cu descarcare in pufferul din centrala
termica pentru a evita introducerea apei cu glicol din instalatia solara in instalatia de incalzire
interioara .
Tipul de schimbator de caldura ales este format in principal din urmatoarele componente :
-placa frontala anterioara ( pentru fixare )
-placa de inceput de tip A( are rolul de a efectua schimbul termic intre circuitul
primar si cel secundar
-placa de tip C (cu rolul de a efectua schimbul termic intre circuitul primar si circuitul
secundar
-placa de tip B ( cu rolul de a efectua schimbul termic intre circuitul primar si cel
secundar )
-placa de final tip D ( are rolul de a efectua shimbul termic intre circuitul primar si cel
secundar )
-placa posterioara ( pentru fixare)
-tiranti ( pentru fixare )
-garnituri ( pentru etansare )

30

Schimbatorul de caldura s-a ales cu realizarea debitului necesar in circuitul secundar ,
acesta avand urmatoarele caracteristici tehnice :
Tip –mediu
Nr. Placi – 19
Debit realizat in circuitul secundar : 2.26 mc/h
Debit realizat in circuitul primar : 3.30 mc/h
Putere termica : 70000 kcal/h
Racorduri : 1 ¼ ’’

d) Dimensionarea pompelor de circulatie

Pentru dimensionarea pompelor de circulatie s-a calculat debitul de pompare Q(mc/h) si
inaltimea de pompare P(mcA) utilizand formulele :

 ) ( Z RL H
Din calcul a rezultat alegerea pompelor care sa indeplineasca caracteristicile :
-circuitul de incalzire cu corpuri statice ( radiatoare ) Q= 2.6 mc/h
H =2.4 mcA
P=82 W, 230 V
-circuit incalzire in pardoseala :Q = 1.8 mc/h
H = 3.6 mcA
P = 102 W
1000.
  tcQQincinst

31 -circuite incalzire in pereti : Q = 1.5 mc/h
H = 3.8 mcA
P = 102 W
-circuitul cazanului : Q = 7.2 mc/h
H = 1.55 mcA
P = 156 W

Instalatia solara va fi dotata cu doua unitati solare de pompare , cate una pentru fiecare
camp de 6 colectori solari . Acestea sunt complet echipate cu termometru , debitmetru , pompa
circulatie , robineti sferici , manometru , termoizolatie si supapa de siguranta ( 6 bar ) .
-parametrii tehnici
– pompa unitate pompare : Qmax =1.4 mc/h
Hmax = 5.8 mcA
-pompa circuitul secundar al schimbatorului de caldura :
Q = 2.6 mc/h
H = 1.8 mcA
P = 102 W

3.7 CONCLUZII PAR ğIALE

Intreaga instalatie trebuie conceputa ca o unitate tehnica completa . Dimensionarea
elemen telor instalatiei termice s-a facut in conformitate cu Stasurile si Normativele in vigoare si
pentru a satisface cerintele de microclimat si functionalitate optima .
In calculele de dimensionare s-au utilizat :
– STAS 1907 -1 , STAS 1907-2 – calculul necesarului de caldura
– Prospect termic al furnizorului pentru teava PP-R pentru dimensionarea conductelor
in functie de viteza , pierderea de presiune si debitul masic vehiculat
– Formule de calcul pentru dimensionarea elementelor din centrala termica ( cazan ,
pompe de circulatie , vase de expansiune , schimbator de caldura )
– Diagrame si tabele puse la dispozitie de furnizori pentru sistemele de incalzire in
pardoseala si in pereti
– Program software pentru simularea eficientei sistemului solar

32 4 STUDIU DE CAZ

4.1 NOğIUNI GENERALE

Pentru realizarea investitiei propuse se impune necesitatea dotarii constructiei cu
instalatiile termice aferente pentru obtinerea unui microclimat interior la parametrii de confort
doriti si in conformitate cu normele actuale care s- au luat in considerare in realizarea proiectului.
Prezentul studiu de caz prezinta o solutie mixta de incalzire care nu utilizeaza combustibili
fosili in prepararea agentului termic pentru o vila D+P+E . Mai mult , se doreste utilizarea
energiei solare prin inserarea unui sistem solar in solutia tehnica de preparare a agentului termic
apa calda , circulatia acestuia cu ajutorul pompelor de circulatie se va face in circuitele de
incalzire cu radiatoare , respectiv prin pardoseala si perete .

4.2 PREZENTAREA SOLUTIEI TEHNICE
Proiectarea sistemului s-a facut in concordanta cu prevederile Normativului privind
proiectarea si executarea instalatiilor de incalzirea centrala I13-2015 .
Determinarea necesarului de caldura s-a facut conform Standardului Roman SR 1907 – 1,
SR 1907-2 si va fi de 36668 W ( 31529 kcal/h ) .

a) Incalzirea cu corpuri statice

Corpurile de incalzire statice utizate vor fi tip panou din tabla de otel eloxat ( radiatoare ) si
au fost prevazute in speta in spatiile din demisolul cladirii precum si in unele incaperi din parter
si etaj unde sistemele de incalzire prin radiatie nu au reusit sa compenseze pierderile de caldura
calculate .
S-a considerat optima prevederea lor in spatiile demisolului unde nu sunt incaperi de locuit
sau luat masa prezentand avantajul costurilor mai reduse .
Alimentarea radiatoarelor se va face prin coloane , din centrala termica printr-un circuit
separat din acumulatorul de apa calda de tip puffer . Circulatia fortata a agentului termic se va
face cu ajutorul pompei de circulatie P1 care a fost dimensionata pentru a satisface conditiile de
debit si presiune necesare . Agentul termic apa calda 80/60 ° C in circuitul radiatoarelor va fi
furnizat de cazanul pe combustibil solid prevazut in centrala termica si cu ajutorul colectorilor
solari in functie de conditiile climaterice .
Corpurile de incalzire vor fi montate la 5 cm de suprafata finita a elementelor de
constructie si la 12 cm de pardoseala , ele vor fi echipate cu robineti cu dublu reglaj , robineti de

33 retur si robineti de aerisire . S-au prevazut radiatoare in doua variante contructive , tip 11 si tip
22 avand inaltimi de 600 mm si corpuri de incalzire tip port-prosop in bai cu inaltimile de 800 si
1200 mm . Montarea radiatoarelor se va face pe console incastrate in perete , iar daca ace asta
solutie nu este posibila se vor monta pe niste picioare metalice amplasate pe pardoseala .
Circulatia agentului termic se va face prin conducte tip PP-R montate aparent sau/si
ingropat in sapa de egalizare , acestea au avantajul ca pierderile hidraulice sunt reduse si
deasemenea nu permit depuneri de calcar . Diametrele conductelor sunt determinate tabelar ca
urmare a debitelor termice conduse prin fiecare tronson asigurand totodata si o echilibrare a
instalatiei din punct de vedere termic . Echilibrarea hidraulica se realizeaza in domeniul de -10%
fata de tronsonul cel mai dezavantajat . Unde nu se poate realiza echilibrarea se prevad vane de
reglaj .
Distributia la corpurile de incalzire va fi de tip mixt , existand si posibilitatea izolarii (
inchiderii in caz de avarie ) a circuitului fara a afecta functionalitatea celorlalte . In puncte le de
cota maxima vor fi prevazute aerisitoare automate , iar pentru goliri locale se vor utiliza robineti
sferici de golire echipati cu racord pentru furtun .
Conductele de distributie tur si retur se vor izola cu tuburi din elastomeri cu λ=0.038
W/mK , avand grosimea de 9 mm ,conductele de legatura la radiatoare nefiind prevazute cu
izolatii. Legaturile la corpurile de incalzire se realizeaza din tubulatura montata aparent , fiind
realizate in diagonala sau de aceiasi parte conf. recomandarilor de montaj functie de lungimea
radiatorului .

b) Incalzirea in pardoseala

In ultimii ani sistemele de incalzire in pardoseala au devenit o solutie tot mai populara .
Mai multi factori au influentat acest fapt. In contrast cu solutiile traditionale , sistemele de
incalizire prin pardoseala emana caldura prin toata suprafata pardoselii si asigura un confort
termic adecvat . Instala Ġiile de inc ălzire prin pardoseal ă lucreaz ă la parametrii scazuti , ceea ce
influenteaza radical consumul de energie . Caldura radiaza prin toata suprafata pardoselii , acest
fapt creaza o senzatie subiectiva ca temperatura aerului in incapere este mai mare . Astfel putem
micsora temperature cu 1-2 °C economisind intre 6 si 12% din consumul de energie .
Temperatura joasa a apei care alimenteaza instalatia de incalzire prin pardoseala creaza
posibilitatea surselor neconventionale de caldura ( energia solara ) . Aditional , alegerea
sistemului de incalzire in pardoseala permite libertatea de aranjare a interiorului oferind
posibilitati arhitectonice nelimitate eliminand si aspectul inestetic al radiatoarelor .

34 Pornind de la aceste avantaje s-a considerat optima solutia incalzirii spatiilor de la parter
prin radiatie in pardoseala . S-a considerat un sistem de incalzire in pardoseala cu sapa umeda
care este structurat conform imaginii de mai jos :

Exemplu de structura pardoseala pentru
sistemele de sapa umeda :
1-tencuiala interioara
2-plinta
3-banda perimetrala
4-suprafata finite
5-pat de mortar
6-sapa
7-teava incalzire
8-folie acoperitoare
9-izolatie fonica si termica
10-planseu portant

Distributia registrului de tevi se va face din conducta tip PeX-al 17×2.0 mm iar modul de
amplasarea al conductelor este de tip spirala . Pasul de amplasare al tevii a fost consider at 150
mm pentru suprafetele (S1-S6) , respectiv 100 m pentru suprafata S7 datorita necesaitatii
compensarii pierderilor de caldura mai mari provenite de la spatiile vitrate si infiltratiile aerului
rece datorita deschiderii frecvente a usii exterioare .
Distributia pentru incalzirea in pardoseala va alimenta distribuitor – colectorul de la parter
prin coloana 9.
Cele 7 circuite vor fi alimentate dintr-un distribuitor – colector amplasat in parterul cladirii
conform planului , circulatia fortata in circuitele pardoselii se va face cu ajutorul pompei P4 din
central termica . Colectorul va fi dotat cu robineti de izolare pe fiecare circuit iar distribuitorul
va fi dotat cu valve de reglaj si debitmetru pentru echilibrarea hidraulica a circuitelor .
Temperatura agentului termic la plecare pentru incalzirea in pardoseala va fi de maxim 45°
C , asigurand o temperatura maxima admisibila la suprafata pardoselii de 29° C . Temperatura
finisajului la pardoseala nu va depasi cu mai mult de 9° C temperatura interioara a incaperii . la
un ecart mai mare de 9° C apare o stare de discomfort .
Exista o varietate de sisteme de incalzire in pardoseala ( placa cu nuturi , sistem de
prindere fix , pe plasa de sarma ) . Dintre acestea s-a considerat optima alegerea sistemului cu

35 placa cu nuturi pentru ca este un sistem izolat fonic si termic dar si datorita usurintei cu care se
lucreaza la montajul tevilor .

Sistem de incalzire in pardoseala cu
placa cu nuturi cu subizolatie fonica .
Avantaje :
– adecvat pentru teava 17×2.0 mm
– sistem usor accesibil
– fixare a tevii sigura
– prelucrare usoara

Placa cu nuturi este livrabila in varianta cu sau fara placa fonoizolatorare pe partea
inferioara . Asigura o sustinere sigura a tevii , accesibila si etanseaza impotriva apei din sapa si
umezelii . Profilul faltuit permite o taiere rapida si dreapta . Conturul special al nuturilor fac
posibila o distanta de pozare de minim 5 cm si o dirijare a tevilor multipla si sigura chiar si in
zonele de curbura a tevii . Nuturile de imbinare prevazute la ambele capete ale placii permit o
asamblare sigura , fara formare de punti fonice si termice . Tehnica imbinarii placilor este
oricand reversibila .
Grosimea sapei peste tub va fi de 50 mm raspunzand unei solicitari de 2 KN/mp .
Conceptul de dilatare termica a sapei este de 0.012 mm/(mp) .Aceasta inseamna ca placa de sapa
cu o lungime de 8 m , daca este incalzita intre 8°C si 40°C se va dilate cu 4 mm . Acea sta
dilatare trebuie preluata de catre banda de margine .Vor fi prevazute rosturi de dilatare amplasa te
perimetral in spatiul in care este pozata incalzirea in pardoseala . Amplasarea lor este obligatorie
la campuri de sapa >35-40 mp si la lungimi ale laturilor > 8m . Aceste rosturi de dilatare vor fi
asigurate dintr- o bandă perimetral a din polistiren expandat cu grosimea de 8 mm. Rosturile de
dilatatie vor fi ferite contra infundarii iar acolo unde exista posibilitatea patrunderii umezelii
trebuie umplute cu chit elastic. La trecerea conductelor prin rosturile de dilatare ca t și la ieșirea
acestora din beton, tuburile vor fi protejate în tuburi de tip riflat .
Serpentine si rosturile de dilatare se vor corela astfel :
-serpentinele se vor proiecta si poza astfel incat sa nu intersecteze rosturile
– rosturile pot fi itersectate numai de conducte de legatura

36

Plan corect de dispunere a rosturilor Plan gresit de dispunere a rosturilor
pentru registrele de tevi pentru registrele de tevi

c) Incalzirea in pereti

Pentru incalzirea spatiilor de locuit si baile aferente camerelor a fost gandit un sistem de
incalzire prin peretele constructiei .
Consider aceasta modalitate de incalzire optima pentru spatiile de locuit , eficienta si
estetica , prezentand intr-adevar dezavantajul costurilor mai ridicate fata de incalzirea clasica cu
radiatoare .
Avantajul principal al acestei modalitati de incalzire consta in distributia uniforma a
temperaturii in incapere , deci un profil omogen de temperatura intre pardoseala si tavan prin
intermediul caldurii radiante confortabile de perete . Deasemenea radiatia prin perete ofera un
consum redus de energie , eleganta , putere termica mare si o executie usoara . Acest sistem ,
precum si incalzirea in pardoseala ofera posibilitatea folosirii si pe timp de vara pentru racirea
suprafetelor .
Datorita radierii caldurii din perete confortul termic se obtine chiar si cu reducerea cu 2- 3
grade a temperaturii incaperii . Prin acesta se obtine o reducere a costurilor de 12-15 % .
Temperatura redusa din incaperi are un efect pozitiv asupra sanatatii , senzatie de prospetime ,
cresterea capacitatii creierului .
Acest sistem se preteaza atat la cladiri noi cat si la cele in renovare . Ca sursa de energ ie se
poate folosi orice tip de cazan cu contributii deasemenea de la elementele solare .
Prin urmare s-a considerat incalzirea prin pereti o varianta eleganta si practica care va oferi
un confort termic sporit clientilor viitoarei investitii asigurand totodata reducerea costurilor de
intretinere .
S-a prevazut solutia cu sistem umed de montare conform imaginii de mai jos :

37 Incalzirea/racirea in perete –
sistemul umed de montare

Principalele avantaje ale acestui sistem sunt :
– dispunere rapida si flexibila a tevilor
– posibilitati de imbinare flexibila a campurilor de incalzire
– grosime redusa a tencuielii
– posibilitate de montare in planseu
– fixarea sigura a tevilor
– posibilitatea utilizarii registrelor de tevi pentru racirea suprafetelor in perioada calda
Elementele componente : Sina de fixare din polipropilena rezistenta serveste la fixarea
tevilor de perete sau plnseul portant .Pasul de montaj prevazut este de 2.55 cm si multipli de 2.5
cm . In zonele de curbare a tevilor , carligul de ancorare dubla serveste la fixarea sigura a tevii .
Campurile de incalzire/racire in perete se executa cu teava PeX-al 10.2x 1.1 mm .

Reprezentarea schematica pentru executia incalzirii/racirii prin perete in sistem umed

38
1- Perete poranta 5- Primul strat de tencuiala
2- Sina de fixare 6- Armatura de tencuiala
3- Carlig de ancorare 7- Al doilea strat de tencuiala
4- Conducta 10.2×1.1 mm

Distributia campurilor de tevi se face prin doua distribuitor-colectoare montate in etajul
cladirii conform planului . Alimentarea acestora se va face prin condute PP-R D 25 mm cu fibra
compozita ce pot fi utilizate atat pentru incalzirea , cat si pentru racirea suprafetelor . Pasul de
montaj prevazut este de 150 mm in planul de pozare tip meandra simpla . In spatiile unde
registrul de tevi nu a putut compensa pierderile de caldura s-a suplimentat cu corpuri de incalzire
statice din tabla de otel eloxat pentru asigurarea necesarului de caldura calculat conform imaginii
de mai jos :

Temperatura agentului termic la plecare pentru incalzirea in perete va fi de 40° C . Se
recomanda alegerea unei temperature cat mai scazute din motive de confort si evitarea depasirii
de 12-13 °C cu supratemperatura finisajului .
Campurile termice cu montare in pereti in sistem umed au urmatoarele dimensiuni maxime
admise :
– Latime maxima admisa 4 m in functie de pasul de montaj
– Inaltime maxima de 2 m
Suprafetele mai late de 4 m daca este cazul vor fi impartite in mai multe campuri termice cu
latime de pana la 4 m. Stabilirea acestor distante maxime are ca scop incercarea de evit are a
pierderilor de presiune mai mari de 300 mbar. Pompele de circulatie optim adaptate si echilibrate
ajuta la economisirea de energie .
Pasii de montaj adecvati pentru pozarea in forma de meandra simpla si dubla sunt :

39 – Pas de montaj 5 cm ( meandra dubla)
– Pas de montaj 10 cm ( meandra simpla )
– Pas de montaj 15 cm ( meandra simpla )
La sistemul de incalzire/racire in pereti , in interiorul peretelui se inregistreaza valori ridicate
ale temperaturii . Acest lucru conduce la deplasarea punctului de inghet catre peretele exterior.
Datorita termoizolatiei exterioare a peretelui se elimina aproape in totalitate pericolul de inghet
in interiorul peretelui . In plus , termoizolatia exterioara transforma intregul perete intr-un
colector de caldura .
Executia corecta a tencuielii este conditia esentiala pentru functionarea ireprosabila a
sistemului de incalzire in pereti . Aceasta trebuie sa aiba o conductibilitate termica buna . Din
acest motiv nu sunt adecvate tencuielile termoizolante sau tratate cu grund. Pentru sistemele de
incalzire in pereti sunt adecvate urmatoarele tipuri speciale de mortar de tencuit si lianti :
– ipsos/var
– var
-var/ciment
– ciment
– tencuieli speciale precum tencuieli de lut sau argila

d) Centrala termica

Spatiul destinat centralei termice este amplasat in demisolul cladirii . La dimensionarea
agregatelor din centrala termica s-a tinut cont de sarcina termica instalata pe fiecare sistem de
incalzire si de pierderile totale de presiune pe fiecare sistem de distributie in parte .
Pentru asigurarea agentului termic la corpurile statice , la incalzirea in pardoseala si in
pereti , instalatia se recomanda a fi prevazuta cu un cazan cu functionare pe combustibil solid (
lemn ) avand Pn = 60 kW . Cazanul este cu camera de ardere inchisa ( tiraj fortat – ardere prin
gazeificare a lemnului ) . Functionarea in parametri tehnici, de siguranta si economici este
prevazuta a fi asigurata conform cap. 16 din I13/02, cu aparate de masura si echipamente de
automatizare care temperaturile si presiunile prescrise inclusiv protectia la depasirea acestora,
reglarea temperaturilor agentilor termici corelata cu temperatura exterioara si cu cererea de
consum .
Conform STAS 7132 s-au prevavzut pe cazan doua supape de siguranta pentru evitarea
cresterii presiunii in instalatie peste valoarea admisa .
Pentru evacuarea gazelor arse de la cazan se prevede o tubulatura metalica avand D= 210
mm ce se va racorda la cosul de fum construit din elemente ceramice . Pentru asigurarea tirajul ui

40 necesar arderii cosul de fum va fi construit pana la o inaltime de 0,70 m deasupra coamei
acoperisului .
Pentru compensarea suprapresiunilor accidentale , cat si a dilatarii apei in timpul
functionarii instalatiei va fi prevazut un vas de expansiune inchis cu membrane cu Vu = 100 l ce
se va racorda la returul cazanului inainte de orice armatura de inchidere .
Cazanul va fi racordat la instalatia de incalzire prin conducte de tur si retur . Pe aceste
conducte va fi prevazut cate un robinet sferic iar pe conducta de retur inaintea pompei de
circulatie Pc va fi montat un filtru tip Y .
Pompa de circulatie Pc asigura circulatia agentului termic intre cazan si acumulatorul de
apa calda de tip puffer Vu=1000 l .
Din puffer s-a prevazut un racord direct pentru circuitul radiatoarelor unde circulatia se
va face prin pompa P1 . Un alt racord se va face catre distributor colectorul din centrala care va
alimenta cele doua circuite de incalzire in perete , respective circuitul aferent pardoselii radiante .
Circulatia fortata se va face cu pompele P2, P3 ( incalzirea in perete ) si P4 ( incalzirea in
pardoseala ) . Pompele de circulatie au fost alese cu trei trepte de viteza , iar punctul de
functionare trebuie sa fie pe treapta a doua de viteza . Acesta s-a stabilit avand in vedere
pierderile hidraulice pe fiecare circuit , la debitele de agent calculate pe fiecare ramura .
Functionarea cazanului este automatizata , prin intermediul regulatorului electronic daca
nu este echipat cu automatizarea ceruta . Reglarea temperaturii agentului termic furnizat de
cazan ( prin modularea flacarii –arderea combustibilului facandu-se prin gazeificare-respectiv
reglajul prin aerul de ardere insuflat ) este realizata in functie de temperatura exterioara ,
temperatura interioara , respective temperatura tur . Cazanul este dotat cu vana de descarcare
termica in cazul intreruperii energiei electrice , fiind asigurat totodata un racord al cazanului la o
sursa neintreruptibila de apa . Modificarea parametrilor agentului termic se va realiza local prin
intermediul vanelor amestecatoare cu trei cai montate in centrala termica care vor face amestecul
agentului termic pana la atingerea temperaturii dorite . La interior reglajele temperaturilor in
incaperi se efectueaza cu ajutorul robinetilor termostatati , termostate de ambient , sau a
robinetilor de dublu reglaj montati pe tur .
In solutia finala de preparare a agentului termic s-a proiectat si o instalatie solara care va
descarca tot in acumulatorul de tip puffer Vu=1000 l .
Vor fi prevazute colectori solari cu tuburi vidate avand suprafata de 2mp fiecare cu 20 de
tuburi . Acesti colectori sunt de mare eficienta pe principiul tuburilor termice ( Heatpipe ) .
Suprafetele de captare acoperite cu o pelicula cu proprietati selective sunt insensibile la murdarie
si sunt integrate in tuburile vidate . Transferul de caldura este eficient datorita condensatorilor
complet inconjurati de schimbatorul de caldura cu sistem dublu de tuburi .

41 Colectorii vor fi organizati in doua campuri de cate 6 panouri fiind montati pe acoperis cu
orientare sud . Ungiul de inclinare va fi de 40 gr fata de orizontala . La montaj se va avea in
vedere evitarea umbririi reciproce a colectorilor , montajul conductelor de legatura cu asigurarea
pantelor acestora spre dispozitivele de aerisire automata . De asemenea se vor stabili punctele
fixe astfel incat sa permita dilatarile fara a afecta stuturile de racordare a captatorului .
Distributia agentului termic primar in instalatie ( de la captatori si pana la acumulatorul –
puffer ) se va realiza prin conducte de cupru , din teava continua prevazuta cu izolatori , aceste
conducte avand rezistenta ridicata chiar si in zona temperaturilor inalte din circuitul primar .
Asigurarea circulatiei in circuitul primar se va face printr-o pompa de circulatie pentru fiecare
camp de captatori cu care vor fi dotate unitatile solare compacte .
Statiile compacte contin pompe de circulatie , supape de siguranta , elemente de
automatizare etc.
Acumularea se va face in puffer , racordat la secundarul unui schimbator de caldura ( in
primar fiind circuitul solar ) .
Pentru compensarea suprapresiunilor accidentale , cat si a dilatarii apei in timpul
functionarii instalatiei vor fi prevazute doua vase de expansiune solare inchise cu membrane cu
Vu = 35 l , cate unul pentru fiecare camp de colectori .
Umplerea instalatiei solare se va face in prima faza prin pomparea manuala a cantitatii de
glicol ( pentru a rezista la -35° C ) in instalatie dupa care se va adauga apa cu aduc erea la
presiune a circuitului primar .
Pompa de circulatie a instalatiei solare este comandata de o automatizare , care prin
intermediul senzorilor masoara temperatura din colector si din acumulatorul de agent termic.
Daca temperatura agentului termic din colector permite producerea agentului termic , pompa
solara porneste . Circulatia agentului termic este oprita de automatizare cand diferenta de
temperatura dintre colector si acumulator devine apropiata .
Pentru asigurarea si protectia centralei termice se vor lua urmatoarele masuri :
– montarea a doua supape de siguranta pe conducta de iesire la cazan , in scopul protectiei
la suprapresiuni accidentale, peste limitele admise (conform I 13 – 2002, art. 9.29., H.G. nr.
453/2003, anexa 1, STAS 7132 – 86, GP – 041 – 86, art.3.2.1.4.);
– prevederea vasului de expansiune 100 litri – care au scopul mentinerii presiunii statice
in sistemul instalatiei si a preluarii variatiilor de volum ale apei ca urmare a variatiei temperaturii
acesteia (in conformitate cu STAS 7132-86, GP041- 98 si I13- 2002, art.9.29 si art.9.30.);

42 – montarea de aparatura de masura si control – termometre, manometre, termomanometre
– in punctele caracteristice (conform I 13 – 2002, art. 16.3. – art.16.5. si art.16.7. – art.16.9.);

– montarea unui filtru de impuritati tip “Y” pe returul general, inainte de intrarea in cazan,
pentru protectia la infundare a cazanelor si a instalatiei in general (conform I 13 – 2002, art. 9.15
si 9.36.);
– montarea unor filtre ( anticalcar + cu cartus cu cristale de polifosfat) pe conducta de
umplere a instalatiei de incalzire din centrala ( conform I 13 – 2002, art. 9.41.)
-robineti cu sfera cromata necesari pentru inchiderea circuitelor si separarea pompelor si
a cazanului ;
-robineti de golire cu sfera, dop si port-furtun, amplasati in punctele de minim ale
instalatiei (golirea circuitelor, a distribuitorului, a colectorului si a cazanului);
-dezaeratoare automate , amplasate in punctele de maxim ale instalatiei;
Se face observatia ca pentru filtrul de impuritati tip “Y” se recomanda montajul in
pozitie orizontala, intre doi robineti de inchidere pentru a se putea face o izolare si curatire
corespunzatoare a sitei filtrului;
Pentru legaturile intre cazan , puffer , respectiv distribuitor –colector , se va utiliz a
conducta din otel sau cupru pentru instalatii de incalzire diametrele fiind alese in functie de
debitele vehiculate si pierderile de presiune liniare si locale.
Pentru cazul unor interventii necesare montarii diverselor echipamente si armaturi, se vor
utiliza racorduri olandeze.
Distribuitorul si colectorul sunt confectionate din teava neagra ø 134x4mm . Ambele
capete se protejeaza anticoroziv prin grunduire, dupa care se izoleaza termic.
Portiunile orizontale ale diverselor trasee din incinta centralei termice se monteaza cu o
panta de minim 2‰, pentru realizarea aerisiri i sau golirii instalatiei in bune conditii.
Distribuitorul, colectorul si conductele din otel sau cupru de distributie incalzire – tur si
retur se izoleaza termic cu vata minerala (sau similar) de minim 20 mm grosime , iar conductele
tip PP-R se izoleaza cu tuburi din elastomeri. Se recomanda ca valoarea coeficientului de
conductibilitate termica a materialului tubului sa fie sub cifra de 0.040 W/Mk.

e) Instalatia solara

Componenta
Un sistem de alimentare folosind energia solara se compune din 5 subsisteme :

43 -un sub-sistem colector,
-un sub-sistem de transfer de energie,
-un sub-sistem de stocare,
-un sub-sistem de energie auxiliara,
-un sub-sistem de distributie
Energia economisita depinde atat de clima , de schema colectorului , de dimensiuni si de
modelul sistemului cat si de partile component si de intretinerea acestora .
Astfel, este esential sa se gandeasca cel mai bun raport intre costuri , dimensiunea
sistemului in faza de design a proiectului , aceasta trebuie sa includa cel mai eficient dintre toate
sub-sistemele , astfel incat :
-colectarea si stocarea energiei solare este optima ;
– sursele de energie solara si energie auxiliara sunt disociate ;
– energia solara este folosita cu prioritate ;
– sursa de energie auxiliara este folosita doar ca sursa de energie complementara .

Eficienta unui panou solar

EficienĠa unui panou solar poate fi definită ca și: cantitatea puterii utile luată (extrasă) de
la colector faĠă de puterea radiaĠiei solare incidentă pe colector, în unitatea de timp:

Unde :
n – eficienta
Qu – putere utila ce se poate obtine de la colector
Qi – putere solara incidenta pe colector
S-a observat că placa receptoare a unui colector solar absoarbe doar o parte din puterea
(capacitatea) dată de radiaĠia solară incidentală, aceasta din cauza:
• dispersiilor de energie cauzate de reflectările suprafeĠelor transparente;
• dispersiilor de energie cauzate de părĠile neabsorbante de energie , deoarece nu sunt lovite
(pătrunse) de radiaĠia solară;
• dispersiilor de energie cauzate de pulberi care, depunându -se pe suprafaĠa transparentă,
împiedică transmisia acesteia.
Putere a (capacitatea) utilă Qu ce se poate obĠine de la colector, care va servi la creșterea
temperaturii sistemului, nu va fi egală cu Puterea (capacitatea) absorbită Qa deoarece parĠial este
pierdută prin dispersiile de energie mai sus descrise; în plus va exista și o dispersie de energie iu
QQ

44 prin transmisia căldurii către exteriorul panoului (capacitate pierdută pe care o vom numi Qc). În
caz contrar eficienĠa unui colector crește odată cu:
• creșterea puterii (capacităĠii) absorbite Qa (dată de reducerea, ce se poate obĠine în faza de
proiect, a dispersiilor de energie de reflectare /pulbere / etc.);
• creșterea puterii radiaĠiei solare E (factor dependent de parametrii geografici și climatici
cum ar fi orientarea /înclinarea /etc.);
• creșterea ariei colectorului (ce se poate obĠine în faza de proiect);
• diminuarea puterii (capacităĠii) pierdute Qc (ce se poate obĠine în faza de proiect).
În schema următoare vom vedea că în colectorul solar standard plan , energia solară
transmisă Et (indicată cu A) poate fi de 93%, în timp ce partea de putere E1 primită dar
nereĠinută (care în orice caz contribuie parĠial la încălzire deoarece se reflectă în întregime) poa te
fi de 50/60%

In schimb in schema urmatoare, reprezentarea colectorului solar cu tuburi vidate ,
absorbitorul are o putere de absorbĠie mai mare, deci energia solară transmisă Et (indicata cu A)
poate fi de 95%, în timp ce partea de putere E1 primită dar nereĠinută scade până la 5%:

In prezenta documentatie au fost prevazute colectori cu tuburi vidate pe principiul
Heatpipe cu montaj pe acoperis .
Acest tip de colectori ofera cele mai bune performante . Tehnologia avansata de fabricatie
a sticlei tubului cat si vidarea lui fac din acestea "regele" energiei solare termice. L a randul lor,
tuburile, sunt vopsite cu substante speciale care amplifica absorbtia radiatiei soarelui pe metru
patrat de-a lungul unei zile. In functie de tija interioara, materialul tubului si a absorberului
acestea se impart in conductoare , superconductoare si ultraconductoare. Fiecare are o anumita
forta de colectare si de transformare a energiei in apa calda folosita menajer sau ca aport la
incalzire. Spre deosebire de colectoarele plane, acestea au performante superioare cu
aproximativ 30% , durata de viata ceva mai lunga , dar si un pret mai piperat .
Colectorul este compus din mai multe tuburi vidate . In tuburi este integrat un captator
acoperit cu un strat protector de sol –titan . Acesta asigura o captare eficienta a radiatiei solare si

45 pierderi reduse prin radiatie termica . Vidul din tuburile de sticla asigura o termoizolare eficienta
, se evita pierderile prin convectie dintre tuburile de sticla si captator . Astfel se poate utiliza si o
radiatie ( radiatie difuza ) redusa . Abaterile de la directia sud pot fi compensate partial in cazul
colectorilor su tuburi vidate prin rotirea axiala ( maxim 25° ) a tuburilor vidate .
Randamentul colectorilor alesi este prezentat succint in urmatorul tabel :

Randament optic
[ &] Factori de corectie pentru pierderile de
caldura [ W/mpK] Capacitate termica
specifica
[ kJ/mpK ] Temperatura
maxima in stare de
repaos [ °C ]
77.6 (considerand
suprafata de captare) 1.97 52.0 286
82.5 (considerand
suprafata de captare) 1.19 5.4 150

Elementele componente ale unui panou solar cu tuburi vidate sunt :

Date tehnice panouri solare :
 Suprafata colectorului : 2.87 mp
 Suprafata de absorbtie : 2.00 mp
 Suprafata de deschidere :2.15 mp
 Dimensiuni fizice ( LxlxH ) : 1420x2040x143 mm
 Greutate : 58 kg
 Numar tuburi : 20 buc

Avantaje in utilizarea panourilor solare cu tuburi vidate :
 Randamente superioare captatorilor plani

46  Functionare si in conditii meteo mai putin favorabile
 Durata de viata mai mare
 Preluarea eficienta a caldurii in schimbatorul de caldura cu tevi duble care inconjoara
condensatorul
 Posibilitati multiple de amplasare pe acoperisuri
 Termoizolatia eficienta a carcasei colectorului minimizeaza pierderile de caldura
 Limitatorul de caldura integrat regleaza fluxul de caldura in cazul temperaturilor foarte
ridicate la colectorul
 Tuburile se pot orienta in mod optim spre soare si in felul acesta se maximizeaza
utilizarea energiei solare .
 Designul colectorului este modern , iar carcasa colectorului culoarea maro .

Inclinatia colectoarelor

În ceea ce priveste inclinatia colectoarelor, aceasta este raportata la anotimpul de utilizare
și anume:
– Utilizare pe timp de iarnă: înclinare = latitudine localitate L + 15° (se exploatează cât mai
mult radiaĠia solară cu soarele jos pe orizont);
– Utilizare pe timp de vară: înclinare = latitudine localitate L – 15° (se exploatează cât mai
mult radiaĠia solară cu soarele sus pe orizont);
– Utilizare continuă pe timp de vară + pe timp de iarnă: înclinare = latitudine localitate
In general , inclinatia colectoarelor trebuie sa fie considerata intre 30 si 60° pentru un
randament optim .

Campurile de colectori vor fi cu montaj pe acoperis la un unghi de inclinare de 40° .
Toate componentele utilizate trebuie sa fie rezistente la temperaturile agentului
termic .
Instalarea celor doua campuri de cate 6 colectori se va face in serie conform detaliului :

47

Protectia antiinghet

Este necesar sa se umple circuitul cu o solutie apa/glicol pentru a avea protectia necesar a
impotriva inghetului , prin incarcarea cu pompa sau prin gravitatie : procentul minim (
Texterna= -5° C ) va fi de 15% glicol / 85% apa . Odata cu scaderea temperaturii acest procent
va trebui marit . Se recomanda ca la umplerea instlatiei , planificarea corespunzatoare cu mai
mult lichid pentru circuitul solar .

Elemente de dimensionare ale solutiei alese

S-au prevazut doua campuri de captare de cate 6 colectori fiecare .
Distributia agentului termic primar in instalatie ( de la captatori si pana la acumulatorul –
puffer ) se va realiza prin conducte de cupru , din teava continua prevazuta cu izolatori , aceste
conducte avand rezistenta ridicata chiar si in zona temperaturilor inalte din circuitul primar .
Pentru instalarea colectorilor s-au dimensionat sectiunile transversale ale conductelor
ca si in cazul unei instalatii de incalzire conventionale in functie de debitul volumetric si
viteza de curgere .
Asigurarea circulatiei in circuitul primar se va face printr-o pompa de circulatie pentru
fiecare camp de captatori cu care vor fi dotate unitatile solare compacte .
Statiile compacte contin pompe de circulatie , supape de siguranta , elemente de
automatizare etc. Pompele sunt cu trei trepte de viteza si pot fi adaptate prin comutare la
instalatie .
Acumularea se va face in puffer , racordat la secundarul unui schimbator de caldura ( in
primar fiind circuitul solar ) .
Pufferul ( Vu=1000 l ) reprezinta un volum de stocare pentru satisfacerea necesitatilor ,
prin defazarea partiala intre productie si profilurile de consum , care urmeaza un ciclu cotidian :
– RadiaĠia solară, inexistentă noaptea, urmează un grafic în formă de clopot,
– Consumul este concentrat în general în 2 sau 3 ore de vârf. Cele mai frecvente vârfuri de

48 consum sunt în jurul orelor 7- 8 dimineaĠa, în jurul orelor 18 -20 seara, și uneori în ju rul
amiezii. Vârfurile sunt uneori foarte clar marcate : consumul poate crește de la 1 la 10 între
perioadele de consum mic și mare.
Pentru compensarea suprapresiunilor accidentale , cat si a dilatarii apei in timpul
functionarii instalatiei vor fi prevazute doua vase de expansiune solare inchise cu membrane cu
Vu = 35 l , cate unul pentru fiecare camp de colectori .
Pentru a mentine in conductele instalatiilor solare o pierdere de presiune redusa , viteza de
curgere in conductele de cupru trebuie sa nu depaseasca 1 m/s . Se recomanda viteze de curge re
cuprinse intre 0.4 si 0.7 m/s . Pentru aceste viteze se inregistreaza pierderi de presiune cuprinse
intre 1 si 2,5 mbar/m lungime de conducta .
Instalatia solara trebuie sa fie dotata cu elemente de siguranta . Circuitul colectorilor trebuie
sa fie astfel asigurat ca la cea mai mare temperatura ce poate fi inregistrata in colector
(temperatura de repaus ) sa nu poata sa se scurga agent termic pe la supapa de siguranta .
Acest lucru se va impiedica prin prezenta vasului de expansiune si prin adaptarea presiunii
din instalatie .
Se va evita montarea vreunei conducte solare peste un camp de colectori pentru evacuarea
fara probleme a aburului in caz de avarie sau interventie .
Dupa montaj este necesara spalarea instalatiei . Dupa umplerea instalatiei cu agent termic
trebuie asigurata preluarea caldurii in sistem , pentru a evita timpi de stagnare indelungati .

Optimizarea intregului sistem

Un colector solar de calitate superioara nu garanteaza singur o functionare optima a
instalatiei solare . Intreaga instalatie trebuie conceputa ca o unitate tehnica completa .
O aerisire ireprosabila a circuitelor colectorilor este premisa pentru functionarea fara
perturbatii si eficienta a instalatiei solare . Supapa de aerisire se va monta pe turul
colectorilor intr-un loc usor de accesat .
Intregul sistem solar va fi comandat de o instalatie de automatizare dotata cu o limitare
electronica a valorii temperaturii . Automatizarea permite reglajul electronic pe baza de
diferenta de temperaturi . Comanda functionarii sistemului solar foloseste informatiile
preluate de la sondele de temperatura de pe turul colectorilor si din intrarea in acumulatorul
de tip puffer .

49 4.3 CONCLUZII PAR ğIALE

In acest capitol au fost prezentate succint elementele componente ale instalatiei de incalzire ,
subsistemele alese si caracteristicile lor . S-a considerat optima aceasta combinatie de subsisteme
pentru investitia considerata .
Distributia agentului termic s-a facut prin trei sisteme diferite de incalzire . S-au considerat
corpuri de incalzire statice de tip radiator in incaperile nelocuibile din demisol unde nu este
justificata investitia intr-un alt sistem si in spatiile unde nu s-au putut acoperi pierderile de
caldura doar cu incalzirea prin radiatie . Incalzirea spatiilor de locuit si celor in care se
desfasoara activitati specific umane timp indelungat se va realiza prin sisteme radiante de
pardoseala si perete pentru un confort termic sporit si o distributie uniforma a temperaturilor
perceputa de corpul uman . Desi aceste sisteme prezinta costuri mai mari de investitie , prin
vehicularea agentului termic la parametrii scazuti se va realiza reducerea costurilor de intretinere
In distributia circuitelor va fi vehiculat agent termic de la un cazan cu functionare pe
combustibil lemnos si de la o instalatie solara pentru evitarea arderii combustibililor fosili .
Agentul termic produs va fi acumulat intr-un puffer de unde va fi distribuit prin circulatie fortata
consumatorilor din intreaga instalatie .
Instalatia solara prevazuta va face un aport la instalatia de incalzire de pana la 20 % anual ,
costurile pe care le-ar presupune dimensionarea unei instalatii de dimensiuni mai mari ar face- o
nerentabila datorita posibilitatii amortizarii investitiei intr-o perioada prea indelungata . Se
doreste utilizarea acestei surse de incalzire cu prioritate si atunci cand condiitiile climatice
ofera posibilitatea , insa pentru cand sursele regenerabile sunt mult mai scumpe decat
combustibilii fosili , s-a impus utilizarea unei surse complementare de energie .
S-a dorit realizarea unei instalatii moderne prin utilizarea energiei solare care prez inta o
inalta eficienta in combinatie cu incalzirea prin suprafete radiante si prin evitarea utilizarii
combustibililor fosili . Intreaga instalatie de incalzire a fost conceputa ca o unitate tehnica
completa ale carei elemente au fost dimensionate pentru o functionare optima .

50 5 CONTRIBUğII PROPRII ÎN DOMEN IUL TEMATICII PROPUSE

5.1 NOğIUNI GENERALE

Prezentul capitol al lucrarii contine elemente de calcul tehnic si economic ale instalatiei
solare precum si simularea intr-un program software . S-a dorit determinarea unui numar optim
de colectori solari din punct de vedere tehnico – economic prin simularea eficientei sistemului in
functie de mai multi factori si analizarea datelor de iesire ale programului utilizat .

5.2 CONTRIBUğII PROPRII

Prezentarea programului software de calcul

In calculul instalatatiei solare s-a utilizat un program software specializat in simularea
eficientei sistemelor solare termice – T*sol . Acesta asigura asistenta in dezvoltarea si
optimizarea profesionala in utilizarea energiei solare . Se ofera optiunea unor analize amanuntit e
a sistemelor solare termice si a componentelor integrate in acestea . Programul poate fi utilizat la
calcularea schimbarilor fizice in functionarea sistemului si poate prelua valori reale masurate in
vederea proiectarii circuitelor . Obtinerea unei evaluari a performantei solutiei alese se face dupa
parcurgerea unor pasi simpli in care se introduc datele de calcul si dupa alegerea tipului de
schema optima .
Fiind unul dintre cele mai populare si utilizate software-uri pe plan international acesta
prezinta urmatoarele caracteristici :
– posibilitatea alegerii din peste 60 de arhitecturi de sisteme solare termice
– preparare apa calda menajera ,aport la incalzirea spatiului , procese industriale
– incalzire piscina , sisteme de mari dimensiuni , sisteme solare de cartier
– librarie continand mai bine de 1200 colectoare solare
– acces la o baza de date cu informatii climatice din peste 8000 de statii meteorologice de
pe tot globul
– rezultatele analizei expuse sub forma de raport simplu sau raport detaliat cu prezentarea
bilantului termic si calculul eficientei economice ( rapoartele sunt disponibile si in limba
romana)

51 Etapele de calcul

Primul pas in utilizarea software-ului este crearea unui nou proiect si introducerea datelor
de intrare ( nume , logo , detalii persoane contact etc ) care vor aparea pe fisele de taliate ale
rezultatelor . In pasul urmator se alege din baza de date zona climatica pentru care se doreste
simularea.
Datele de intrare aferentei zonei Cluj Napoca oferite de program sunt :
– radiatii anuale : 1140 kWh/mp*a
– temperatura exterioara medie : 8,5° C
– longitudine : 23,38 °
– latitudine : 48,35 °
Se vor introduce detaliile de baza apoi se selecteaza tipul de sistem dorit .
Utilizarea programului nu permite proiectarea unui sistem strict pentru aport la instalatia
de incalzire , conform structurii acestuia trebuie luat in calcul si consumul de apa calda menajera
. Prin urmare se va efectua un calcul considerand intregul necesar de apa calda menajera si un a l
doilea in care se va face abstractie de consumul de apa calda , considerandu-se preved erea altor
solutii tehnice de preparare a apei calde , independente de instalatia de incalzire proiectata .
Pentru solutia 1 – preparare apa calda menajera + aport incalzire s-a calculat necesarul de
apa calda pentru locuinta conform STAS 1478 -90 .
A rezultat un necesar de apa calda pentru intreaga locuinta :
Nac = 16 persoane x ( 80+3 ) = 1328 l /zi

Date de introducere T*sol :
– necesarul de apa calda = 1328 l/zi
– temperatura apei reci : februarie – 8° C
august – 12° C
– numar de persoane : 16
– suprafata care va fi incalzita : 650 mp
– necesarul de caldura pentru suprafata incalzita : 36,7 kW
– tipul de incalzire : radiatoare + incalzire radianta
– tipul de colectori alesi : cu tuburi vidate , Sc= 2 mp
– inclinatia colectorilor fata de orizontala : 40 °
– orientarea colectorilor : sud
– procentajul folosit de program pentru acoperirea necesarului total de caldura prin sistemul
solar : 20 %

52 – tip de energie complementara : cazan combustibil lemnos

Calculul se poate face pe mai multe variante ( acumulatoare , boilere de mai multe
capacitati ) urmand ca prin comparatie sa se aleaga varianta optima ( numar de colectori ,
eficienta , contributie solara la sistem ) . Daca procentajul dorit nu este atins , se vor alege alte
tipuri de panouri solare si se va reface calculul .
Alegerea variantei optime din punct de vedere al componentelor premerge alegerii tipului
schemei .

Prin selectia fiecarei componente se pot vizualiza elemente de detaliu sau chiar modifica
acesti parametrii anterior alesi pentru optimizarea instalatiei .
Dupa setarea tuturor parametrilor se incepe simularea care va genera rezultatele intr- un
raport complet al proiectului .
Datele se intrare trebuie sa fie cunoscute si cat mai exacte pentru ca rezultatele simularii
sa fie cat mai precise si in concordanta cu necesitatile sistemului .

Parametrii de iesire ai simularii sistemului solar
1. Varianta cu preparare apa calda menajera si aport la incalzire

Rezultate simulare anuala :
Putere instalata colectori : 24.19 kW
Suprafata bruta instalata a colectorilor : 34.56 mp
Radiatii pe suprafata colectorilor: 38.73 MWh

53 Energie produsa de colectori: 19.55 MWh

Necesar de energie pentru prepararea apei calde menajere : 22.53 MWh
Necesar de energie pentru incalzirea spatiilor : 56.37 MWh
Contributia solara : 16.14 MWh
Energie de la surse complementare : 64.40 MWh

Economii combustibil lemnos : 7041.4 kg
Procentajul pentru acoperirea necesarului total de caldura prin sistemul solar :20%
Eficienta sistemului :41.7 %

Nota : In prezenta simulare s-a considerat o perioada de 304 zile/an functionare a instalatiei de
incalzirea aferenta vilei .In perioda 1.6-31.7 nu este necesara incalzirea spatiilor de ca zare
datorita temperaturilor medii exterioare ridicate .

54
O interpretare simpla a acestor grafice indica o contributie solara mult sporita in perioda
calda a anului in comparatie cu perioada rece .
O instalatie solara care sa faca aport la incalzirea spatiilor fara a asigura si necesarul de
caldura pentru apa calda menajera este in fapt una neeconomica si nu este o solutie utilizata in
practica de aceea s-a incercat simularea tinand cont de nevoile de acm ale cladirii .
In aceste conditii ,se poate realiza anual o contributie de 20% prin sistemul solar in
asigurarea necesarului total de energie ( acm + aport incalzire ) . Acest aport nu se fac e liniar ,
prezentand variatii intre sub 10% in zilele de iarna si pana la 100% in zilele de vara cu conditii
climaterice optime .

2. Varianta cu aport la incalzirea fara asigurarea necesarului de apa calda menajera

Rezultate simulare anuala :
Putere instalata colectori : 24.19 kW
Suprafata bruta instalata a colectorilor : 34.56 mp
Radiatii pe suprafata colectorilor: 38.73 MWh
Energie produsa de colectori: 13.82 MWh

Necesar de energie pentru prepararea apei calde menajere : 0.00 MWh
Necesar de energie pentru incalzirea spatiilor : 56.37 MWh
Contributia solara : 8.58 MWh
Energie de la surse complementare : 49.72 MWh

Economii combustibil lemnos : 3743.6 kg

55 Procentajul pentru acoperirea necesarului total de caldura prin sistemul
solar:14.7%
Eficienta sistemului :22.1 %

In perioada rece a anului , valoarea necesarului de caldura pentru incalzire creste odata cu
scaderea temperaturii exterioare , in timp de aporturile de caldura solara sunt mai mici si scad
odata cu scurtarea timpului de stralucire a Soarelui pe bolta cereasca . In utilizarea panourilor
solare pentru aport la incalzire se impune o anumita arhitectura a cladirii , o izolare termica
suplimentara a constructiei , orientarea captatorilor catre sud , precum si prevederea unor surse
auxiliare de caldura .
Din gaficul de mai sus reiese o contributie solara notabila pentru lunile de primavara (
Martie –Mai ) si de toamna ( Sept-Noiembrie) . Pe perioada rece a anului insa contributia
instalatiei solare la incalzirea spatiilor se minimizeaza direct proportional cu timpul de
stralucirea al Soarelui .
Astfel este nevoie de o energie suplimentara de la sursele complementare , eficienta
sistemului pentru aport la incalzire injumatatindu-se ( 22% ) fata de solutia prezentata anterior –
preparare acm + aport incalzire ( 41 % eficienta ) .

56 Economii realizate de instalatia solara
Se doreste estimarea economiilor de combustibil lemnos care s-ar consuma prin folosirea
cazanului cu combustibil solid pentru prepararea agentului termic in ipoteza absenteti sistemului
solar .
Din rezultatele simularii software-ului T*sol a rezultat o cantitate de lemn economisita de
7041.4 kg/an .

Se recomanda arderea lemnelor cu 15-20 % umiditate . Randamentul maxim si durata de viata
lunga a cazanului se asigura , arzand lemnele depozitate de minim 2 ani . Graficul urmator arata
raportul intre volum de apa continut in lemn si puterea calorica a combustibilului . Volumul
energetic util in lemn scade in mod substantial cu volumul de apa .
– lemnul cu 12-20 % volum de apa are puterea calorica 4kWh / 1 kg lemn
– lemnul cu 50 % volum de apa are puterea calorica 2kWh / 1 kg de lemn

57 Puterea calorica in functie de specia lemnului :
Lemn specie Puterea calorica 1 kg
Kcal kJoule kWH
Molid 3900 16250 4.5
Pin 3800 15800 4.4
Mesteacan 3750 15500 4.3
Stejar 3600 15100 4.2
Fag 3450 14400 4.0

Tinand cont de urmatoarele premise de intrare
– necesar de caldura incalzire = 37 kW
– durata de functionare = 304 zile /an
– durata de functionare = 8 ore/zi
Densitatea lemnului [ kg/dmc ]
molid : 0.55
pin : 0.60
mesteacan : 0.75
stejar : 0.9
fag : 0.75
se poate face un calcul economic pentru a se evidentia economia facuta prin prevederea
sistemului solar .

Se alege o valoare medie densitate lemn = 0.75 kg/dmc = 750 kg/mc

Tinand cont de un pret mediu de 200 ron / mc lemn va rezulta o economie de 1880 ron
anuala realizata de sistemul solar .

Durata globala de amortizare
Durata globala de amortizare este perioada de timp la sfarsitul careia totalul economiilor
financiare datorate inlocuirii energiei conventionale cu energie solara este egala cu investitia .
Perioada este in general numarul de ani necesar pentru satisfacerea urmatoarei ecuatii :

In care : mcmVVm4 . 97507041

n
iiInvco Sav
1

58 Savi – economii in administrarea si intretinerea sistemului pentru anul i
i – indicatia anului luat in considerare
Invco – valoarea investitiei
Durata globala de amortizare este un criteriu folosit de finantatori in prima analiza , pentru
aprecierea unui sistem cu energie solara .

Impactul asupra mediului ambiant
Temperatura medie a pamantului este rezultatul echilibrului intre radiatiile solare de
intrare si fluxul de radiaĠii infraro sii emise în spaĠiu.
Temperat urile de la nivelul solului depind de cantitatea gazelor cu efect de seră (GES)
prezente în atmosfera. Fără ele, temperatura medie ar fi de -18 °C iar pamantul ar fi nelocuibil.
PrezenĠa acestor gaze menĠine temperature la 15 °C.
Gazele responsabile pentru efectul de sera sunt dioxidul de carbon (CO2), metanul
(CH4), oxidul de azot (N2O), ozonuldin troposfera (O3), gazele sintetice CFC și HCFC care
ataca stratul de ozon precum și înlocuitorii CFC: HFC, PFC și SF6. Gazele cu efect de sera nu
abundă în mod natural. Totuși concentra tia acestor gaze in atmosfera s-a schimbat semnificativ
din cauza activit atii omului : concentraĠia de CO2, principalul GES (Gaz cu efect de sera), a
ajuns la 30% fa ta de era preindustrial a .
In prezenat, efectul combinat al tuturor GES echivaleaza cu o crestere a CO2 fata de era
pre-industrială. Conversia sistemelor existente la utilizarea energiei solare face posibila
reducerea emisiilor de dioxid de carbon (CO2) în atmosfer a .
Cantitatea de CO2 evitat pentru fiecare kWh economisit, de la producĠie la utilizarea finală
este indicata mai jos:

Sursa energie CO2 evitat ( kg/kWh )
Pacura 0.35
Gaz natural 0.28
Carbune 0.36
Electriciate 0.55

Pentru a vizualiza impactul pozitiv a unui incalzitor de apa cu energie solara , cantitatea
de CO2 economisita poate fi comparata cu emisiilor unei masini de capacitate mica .
Un captator solar cu o suprafata de 1 mp care inlocuieste un cazan cu pacura evita e misia
a 350 kg de CO2 pe an , ceea ce echivaleaza cu CO2 emis de o masina de capacit ate mica pe o
distanta de 2500 km .

59 6 CONCLUZII FINALE

6.1 NOğIUNI GENERALE

Prin propunerea tipului de sistem de incalzire al locuintei s-au urmarit cateva aspecte
– promovarea surselor regenerabile de energie ( energia solara )
– asigurarea conditiilor optime de microlclimat
– realizarea economiilor de energie , reducerea costurilor de intretinere
– imbunatatirea sigurantei si functionalitatii printr-un confort termic sporit .

6.2 CONCLUZII PE CAPITOLE

6.2.1 Concluziile capitolului 2 – Stadiul cunoașterii î n domeniul tematicii propuse

Incalzirea eficienta a fost una dintre provocarile evolutiei tehncii , de-a lungul timpului .
Continua cercetare a dus spre inovatie de noi echipamente si solutii alternative celor traditionale
in scopul imbunatatirii sigurantei , functionalitatii , conditiilor de microclimat si obtinerii unor
economii energetice importante . La aceasta premisa se aliniaza si sistemele de incalzire radianta
sau instalatiile solare . Trecute de perioada de pionierat acestea au o raspandire tot mai larga in
detrimentul solutiilor clasice cu corpuri de incalzire statice si agent termic produs prin arderea
combustibililor fosili , utilizarea lor se recomanda si se utilizeaza atat in constructiile noi cat si in
modernizarea sau reabilitarea celor existente .

6.2.2 Concluzii ale capitolului 3 – Metodica de calcul

Intreaga instalatie trebuie conceputa ca o unitate tehnica completa . Dimensionarea
elemen telor instalatiei termice s-a facut in conformitate cu Stasurile si Normativele in vigoare si
pentru a satisface cerintele de microclimat si functionalitate optima .
In calculele de dimensionare s-au utilizat :
– STAS 1907 -1 , STAS 1907-2 – calculul necesarului de caldura
– Prospect termic al furnizorului pentru teava PP-R pentru dimensionarea conductelor
in functie de viteza , pierderea de presiune si debitul masic vehiculat
– Formule de calcul pentru dimensionarea elementelor din centrala termica ( cazan ,
pompe de circulatie , vase de expansiune , schimbator de caldura )
– Diagrame si tabele puse la dispozitie de furnizori pentru sistemele de incalzire in
pardoseala si in pereti
– Program software pentru simularea eficientei sistemului solar

60
6.2.3 Concluzii ale capitolului 4 – Studiu de caz

Capitolul 4 prezinta succint elementele componente ale instalatiei de incalzire , subsistemele
alese si caracteristicile lor . S-a considerat optima aceasta combinatie de subsisteme pentru
investitia considerata .
Distributia agentului termic s-a facut prin trei sisteme diferite de incalzire . S-au considerat
corpuri de incalzire statice de tip radiator in incaperile nelocuibile din demisol unde nu este
justificata investitia intr-un alt sistem si in spatiile unde nu s-au putut acoperi pierderile de
caldura doar cu incalzirea prin radiatie . Incalzirea spatiilor de locuit si celor in care se
desfasoara activitati specific umane timp indelungat se va realiza prin sisteme radiante de
pardoseala si perete pentru un confort termic sporit si o distributie uniforma a temperaturilor
perceputa de corpul uman . Desi aceste sisteme prezinta costuri mai mari de investitie , prin
vehicularea agentului termic la parametrii scazuti se va realiza reducerea costurilor de intretinere.
In distributia circuitelor va fi vehiculat agent termic de la un cazan cu functionare pe
combustibil lemnos si de la o instalatie solara pentru evitarea arderii combustibililor fosili .
Agentul termic produs va fi acumulat intr-un puffer de unde va fi distribuit prin circulatie fortata
consumatorilor din intreaga instalatie .
Sursele de energie solara si auxiliara ( combustibil lemnos ) sunt disociate , se doreste
utilizarea energiei solare cu prioritate , sursa de energie auxiliara este folosita doar ca sursa de
energie complementara . Instalatia solara prevazuta va face un aport la instalatia de incalzire de
pana la 20 % anual , iar economiile de energie complementara care se realizeaza indic a o durata
mare de amortizare a investitiei , ceea ce pune sub semnul intrebarii rentabilitatea din punct de
vedere financiar a unei instalatii solare conceputa pentru incalzirea spatiilor.
S-a dorit realizarea unei instalatii moderne prin utilizarea energiei solare care prez inta o
inalta eficienta in combinatie cu incalzirea prin suprafete radiante si prin evitarea utilizarii
combustibililor fosili . Intreaga instalatie de incalzire a fost conceputa ca o unitate tehnica
completa ale carei elemente au fost dimensionate pentru o funcionare optima .

6.3 DOMENIU DE APLICARE A METODEI

Solutia de incalzire adoptata se recomanda si se utilizeaza atat in constructiile noi cat si in
modernizarea sau reabilitarea celor existente .
Metoda este pretabila pentru majoritatea tipurilor de cladiri unde este necesara o instalatie de
incalzire , dar in general acolo unde se acorda o anumita importanta si aspectului ecologic , in

61 situatiile in care se doreste promovarea resurselor regenerabile de energie care vor realiza
economii in anii de exploatare cu imbunatatirea sigurantei si functionalitatii .
Deasemenea pentru realizarea unor astfel de investitii trebuie avut in vedere factorul
climatic , daca conditiile climaterice avantajeaza din acest punct de vedere si justifica investitia
initiala .
O instalatie de incalzire de acest tip presupune costuri de investitie superioare solutiilor
clasice cu corpuri de incalzire statice unde prepararea agentului termic se face prin ardere a
combustibililor fosili . Insa poate fi definita ca fiind o solutie moderna , de o inalta eficienta si
care ofera un conform termic sporit in conditiile unor economii de energie prin captarea energiei
solare in combinatie cu incalzirea prin suprafete radiante .

62 BIBLIOGRAFIE

1 ) STAS 1907/1 – 1997-Instalatii de incalzire. Necesarul de caldura de calcul. Prescriptii
de calcul
2 ) STAS 1907/2 – 1997-Instalatii de incalzire. Necesarul de caldura de calcul.
Temperaturi interioare conventionale de calcul
3 ) Normativ pentru proiectarea si executarea instalatiilor de incalzire centrala –I13/ 2002
4 ) Normativ C107-2015 – Normativ privind calculul coeficientului global de izolare
termica la cladiri de locuit
5 ) Manualul de instalatii –volumul de incalziri –Editura Artecno Bucuresti, 2010
6 ) Tehnica incalzirii si ventilarii – H. Rietschel, W. Raiss -Editura tehnica , Bucuresti
1967
7 ) Planning & Installing Solar Thermal Systems , Editura Earthscan , 2010
8 ) Manual profesional pentru proiectarea sistemelor colective care utilizeaza energie
termica solara ( EAST –GGR Solat Thermal applications in EASTern Europe with guaranteed
Solar Results )
9 ) Manual didactic Instalatii solare –principii generale de calcul si alegere ,Maximus
Energy
10 ) Manual tehnic – Sisteme pentru utilizarea energiei solare
11 ) Instructiuni de proiectare – Viessmann
12 ) Informatii tehnice – Incalzirea si racirea suprafetelor , Rehau
13 ) www.valentin.de
14 ) www.rehau.ro
15 ) www.viessmann.ro
16 ) www.atmos.cz

63 ANEXE

Anexa 1 – Calcul necesar de caldura vila plan demisol
Anexa 2 – Calcul necesar de cladura vila plan parter
Anexa 3 – Calcul necesar de caldura vila plan etaj
Anexa 4 – Tabel dimensionare incalzire in pardosealaa
Anexa 5 – Diagrama incalzire in perete in sistem umed
Anexa 6 – Raport detaliat simulare T*sol instalatie solara