1

EVALUAREA NECESARULUI DE CALDURA

In marea majoritate a cazurilor intalnite in practica avem de solutionat asigurarea cu calduraa unor cladiri social culturale (locuinte, birouri, hoteluri, constructii pentru sanatate, scoli, cazarmi, etc.) pentru care nevoile sunt de doua feluri:

Incalzirea Prepararea apei calde menajere

Constructiile industriale (hale, depozite, etc.), caracterizate in general prin dimensiuni si volume considerabile, prezinta o seama de particularitati, urmand a fi tratate separat.

1. Necesarul de caldura pentru incalzire

Calculul riguros al pierderilor de caldura ale unei cladiri este de regula foarte laborios, dar si cel mai exact. Se face prin analizarea fiecarui element component al constructiei (pereti, ferestre, usi, plansee, etc.) tinand cont de dimensiuni, structura, natura materialelor, orientare, zona climatica, etc. Necesita mult timp de lucru si avem nevoie de multe detalii despre cladire (planuri si sectiuni arhitectonice, structura si natura elementelor de constructie).

De multe ori suntem obligati sa luam decizii rapide si sa facem estimari in timp foarte scurt.

A. Necesarul de caldura estimat pentru case, scari de bloc, blocuri

O modalitate rapida de calcul este cea raportata la volumul constructiei. Este acceptabila pentru o estimare globala (de ex. pentru a dimensiona centrala termica a unui bloc sau scari de bloc, a unei case) dar nu este recomandabila pentru a calcula necesarul de caldura al fiecarei incaperi in parte (pentru alegerea radiatoarelor), in acest fel erorile putand fi prea mari.

Se poate folosi aceasta metoda si pentru estimarea necesarului global de caldura al unui apartament de bloc, cu conditia de a analiza cu precautie particularitatile acestuia (etajul, orientarea, gradul de izolare, felul tamplariei exterioare, etc.).

Calculele se fac in urmatorii pasi: 1.1. Se calculeaza volumul total al cladirii sau apartamentului (V). 1.2. Se identifica din tabelul 1 necesarul de caldura pe 1mc x h, in conditiile de

referinta, care sunt: - temperatura exterioara te = - 50C - temperatura interioara ti = + 200C

1.3. se corecteaza valoarea stabilita de la pct. 1.2. cu adaosurile cuprinse in tabelele 2, 3, 4, 5 si 6, in functie de cazul concret analizat.

1.4. La valoarea stabilita la pct. 1.3. se mai adauga 10% pentru a compensa patrunderea de aer rece din exterior (prin aerisire si infiltratii)

1.5. Daca incalzirea se face cu intermitenta (ex. o cladire de birouri la care incalzirea se opreste pe timpul noptii), valoarea stabilita la pct. 1.4. se majoreaza cu inca 10%. In acest fel s-a obtinut valoarea finala a necesarului unitar de caldura (q).

1.6. Necesarul global de caldura pentru incalzire este:

(kcal/h) Q = V q

2

Unde: q = qo k1 k2 k3 k4 k5

Tabelul 1. Necesarul unitar de caldura qo (kcal/mc h) in conditii de referinta (te = -50C; ti = + 200C)

Amplasament Bine izolat Semi - izolat Slab izolat Ultimul etaj 22 30 45 Etaj intermediar 18 26 30 Parter 20 28 40 Casa individuala 25 34 50

Nota: Daca se face o evaluare globala pentru un bloc multietajat se vor calcula separat parterul, ultimul etaj si un etaj intermediar, apoi se insumeaza, introducand in calcul de atatea ori valoarea etajului intermediar cate astfel de etaje avem.

Tabelul 2. Corectii aplicate pentru temperaturi < - 50C

Temp. exterioara ( 0C) Adaos % Coeficient corectie k1 -12 0C 19 1,19 -15 0C 25 1,25 -18 0C 34 1,34 -210C 50 1,50

Nota: In harta anexata se prezinta zonarea Romaniei din punct de vedere al temperaturii exterioare de calcul pentru stabilirea necesarului de caldura.

Tabelul 3. Corectii pentru altitudini > 200 m d.n.m.

Altitudine (m.d.n.) Adaos (%) Coefficient corectie k2 0 200 0 1,00

200 600 5 1,05 600 800 10 1,10

800 1000 15 1,15 1000 1500 20 1,20 1500 2000 30 1,30 Peste 2000 40 50 1,40 1,50

Tabelul 4. Corectii in functie de marimea localitati

Amplasare Adaos (%) Coefficient corectie k3 Intr-un oras mare 0 1,00 Intr-un oras mic 5 1,05 Intr-un loc izolat 10 1,10

3

Tabelul 5. Corectii in functie de orientare

Orientarea Adaos (%) Coeficient corectie k4 Sud 0 1,00 Vest 2 1,02 Est 3 1,03

Nord 5 1,05

Nota: Acest adaos se aplica la calculul unui apartament, dar se considera 0% cand se calculeaza o cladire intreaga, considerand ca fatadele se compenseaza reciproc.

Tabelul 6. Corectie in functie de inaltimea incaperilor

Inaltimea incaperilor Adaos (%) Coefficient corectie k5 H = 3 m 0 1,00 H = 4 m 1 1,01 H = 5 m 2 1,02 H = 6 m 4 1,04

Precizare: Intrucat calculele prezentate mai inainte sunt exprimate in kcal/h iar puterile echipamentelor din Catalogul ROMSTAL sunt exprimate in kw , este necesara transformarea, care se face astfel:

Q(kw) = Q(kcal/h) 860 echivalarea fiind deci: 1 kw = 860 kcal/h

B. Calcularea necesarului de caldura pentru o camera

O astfel de evaluare este necesara atunci cand trebuiesc alese si ofertate radiatoare sau o instalatie de incalzire prin pardoseala.

Se aplica formula:

Q = (1+c) x V x qi Unde:

Q necesarul de caldura c coeficient de corectie V volumul camerei qi suma pierderilor de caldura specifice (pe mc) aferente fiecarui element de constructie prin care se pierde caldura

Coeficientul de corectie c are valorile:

4

c = 0,40 pentru case amplasate in locuri izolate c = 0,25 pentru case amplasate in interiorul localitatilor

Valorile qi se extrag din diagramele Fig.1, 2, 3 sau 4, in functie de temperatura exterioara de calcul a localitatii (vezi harta anexata) si de lungimea caracteristica L a respectivului element de constructie, stabilita astfel:

Pentru pardoseli si plafoane, L este egal cu inaltimea camerei Pentru celelalte elemente de constructie:

L = Volumul incaperii / Suprafata elementului respectiv

NOTA IMPORTANTA: Pentru elementele de inchidere perimetrale (pereti exteriori, ferestre), valorile qi extrase din diagrame vor fi multiplicate cu coeficientii de corectie in functie de orientare (conf. Tabel 5 de la cap. A). Aceasta corectie nu se aplica pentru pardoseli, tavane sau pereti interiori catre spatii neincalzite.

Semnificatia curbelor din cele patru figuri este urmatoarea: Curba 1 Ferestre simple Curba 2 Terase Curba 3 Tavane spre pod si ferestre duble Curba 4 Parsoseala Curba 5 Pereti exteriori

5

6

7

8

9

C. Necesarul de caldura al spatiilor cu volume mari (hale, depozite etc.)

Metoda de calcul are in vedere stabilirea unei pierderi specifice de caldura (pe m3 ) care se inmulteste cu volumul total al constructiei, rezultand necesarul total de caldura. Se admit urmatoarele ipoteze simplificatoare:

Se ignora pierderile de caldura prin pardoseala, valoarea acestora, in raport cu cele prin elementele de inchidere (pereti, ferestre, acoperis), fiind neglijabile;

Cuantumul pierderilor de caldura prin infiltratii de aer rece se considera a fi de 10 kcal / hm3 , ceea ce corespunde unei cantitati de aer exterior infiltrat echivalent cu un schimb pe ora.

Pentru calcul este necesar sa se cunoasca: o Dimensiunile halei (lungime, latime, inaltime); o Tipul si suprafata totala a ferestrelor; o Din ce sunt realizati peretii

Pasii calculului sunt urmatorii:

Pasul 1. In functie de materialul din care sunt realizati peretii exteriori, se identifica din Tabelul A (coloana 5) valoarea coeficientului global de transfer K;

Pasul 2. Se calculeaza valoarea coeficientului de vitrare al halei cu relatia:

= TOT

FE

SS

Unde: grad de vitrare SFE suprafata totala a ferestrelor exterioare STOT suprafata totala a elementelor de inchidere exterioare (pereti, ferestre, acoperis)

Pasul 3. In functie de coeficientul global de transfer K (v. pasul 1), gradul de vitrare (v. pasul 2) si tipul ferestrelor, se extrage din una din diagramele Fig. 3.1, Fig. 3.2 sau Fig. 3.3 valoarea coeficientului echivalent de transfer kec

Pasul 4. Se calculeaza factorul de forma al cladirii, folosind relatia :

f = hlb122

++

Unde : f factor de forma al cladirii b latimea cladirii [m] l lungimea cladirii [m] h inaltimea cladirii [m]

10

Pasul 5. Se calculeaza diferenta de temperatura intre interior si exterior (pentru temperatura exterioara vezi harta cu zonarea climatica a tarii, anexata):

t = ti te [C]

Pasul 6. Din una din diagramele de la Fig. 3.4, in functie de t, kec si factorul de forma al cladirii, se extrage valoarea pierderii specifice de caldura qT (in kcal / m3 h)

NOTA: Pentru alte valori ale t decat cele pentru care sunt trasate diagramele, se va calcula qT prin interpolare, respectiv prin extrapolare daca t este mai mic de 29 C sau mai mare de 33 C.

Pasul 7. Se calculeaza necesarul total de caldura al halei cu relatia:

QT = V qT [kcal / h]

11

Tabelul A Coeficienti de transmisie a caldurii la pereti exteriori cu diferite structuri

Coeficient global de transmisie K

Nr. crt.

Elementele inchiderii

Grosime (mm)

KmpW

Chmpkcal

1 2 3 4 5 24 1,39 1,20

36 1,02 0,88 48 0,81 0,69 60 0,67 0,58 72 0,57 0,49 84 0,50 0,43

1

Polistiren celular intre doua placi plane de azbociment (azbopan)

96 0,44 0,38 24 1,35 1,16 36 1,00 0,86 48 0,79 0,68 60 0,66 0,57 72 0,56 0,48 84 0,49 0,42

2

Polistiren celular cu suport din tabla cutata

96 0,44 0,38 24 1,32 1,14 36 0,98 0,85 48 0,78 0,68 60 0,65 0,56 72 0,56 0,48 84 0,49 0,42

3

Polistiren celular cu panou din produse aglomerate din deseuri de lemn

96 0,43 0,37

4 Polistiren celular intre doua placi de granulit

60 0,64 0,55

20 1,49 1,29 30 1,13 0,96 40 0,92 0,80 50 0,77 0,67 60 0,66 0,57 70 0,58 0,51 80 0,52 0,45 90 0,47 0,41

5

Poliuretan pe suport din tabla cutata

100 0,43 0,37

12

1 2 3 4 5 30 1,08 0,93 35 0,95 0,82

40 0,86 0,74 50 0,70 0,61 60 0,60 0,52 70 0,52 0,44 80 0,46 0,39

6

Vata minerala autoportanta (AP 120) pe placa ondulata din azbociment

100 0,38 0,32 30 1,11 0,95 35 0,98 0,85 40 0,87 0,75 50 0,71 0,62 60 0,60 0,52 70 0,53 0,45 80 0,47 0,40

7

Vata minerala autoportanta (AP 120) pe tabla cutata

100 0,38 0,32 8 Vata minerala (G 100) intre doua

placi de granulit 60 0,58 0,50

40 0,89 0,76 50 0,74 0,63 60 0,64 0,55 70 0,56 0,48

9

Vata minerala (G 100) intre o placa din PAL si alta din azbociment ondulat

80 0,50 0,43 175 0,97 0,83 200 0,87 0,75 225 0,79 0,68 250 0,72 0,62 300 0,60 0,51

10

Placi din beton celular autoclavizat

350 0,53 0,45 190 1,28 1,10 11 Zidarie din beton celular

autoclavizat 240 1,19 1,02 200 1,49 1,28 250 1,28 1,10

12

Zidarie din blocuri ceramice

300 1,11 0,95 240 1,53 1,31 13 Zidarie din blocuri micidin beton

cu agregete usoare 290 1,26 1,08 240 1,78 1,53 14 Zidarie din caramida cu goluri 290 1,56 1,34 240 2,08 1,79 15 Zidarie din caramida plina 365 1,58 1,36

13

14

15

16

17

2. Necesarul de caldura pentru preparare a.c.m.

Este evident ca, pe parcursul unei zile, consumul de apa calda cunoaste fiuctuatii importante, existand perioade cu varfuri de consum.

Dimensionare echipamentelor de preparare se face pentru debitul maxim orar, acesta fiind deci elementul ce trebuie calculat.

In literatura de specialitate se gasesc diferite metode de calcul, unele mai simple, altele mai laborioase. In cele ce urmeaza se prezinta o metoda simpla de calcul, cu rezultate suficient de precise pentru activitatea practica. Se vor analiza tipurile de consumatori mai frecvent intalniti, cu precizarea ca ne referim la colectivitati si nu la un apartament individual, unde nu sunt necesare astfel de calcule (este de presupus ca fabricantul microcentralei a avut in vedere astfel de analize):

2.1. Cladiri sau ansambluri de cladiri de locuit

Formula de calcul pentru debitul maxim orar:

]/[24max

hlNGG =

in care: G - norma de consum pentru o persoana pe zi N - numarul de persoane - coeficientul de neuniformitate orara (tabelul 7)

N 50 100 150 200 250 300 500 1000 4,5 3,5 3 2,9 2,8 2,7 2,5 2,3

Consumul G pentru o persoana pe fiecare zi (24 ore) se va considera (la temperatura de +600 C):

apartamente cu lavoar, chiuveta si dus -----------80 l apt. cu lavoar, spalator si cada 1200 mm --------100 l apt. cu lavoar, spalator si cada 1500 mm --------110 l apt. cu lavoar, spalator si cada 1700 mm --------130 l

Pentru ansambluri mici, coeficientul de neuniformitate orara se poate extrage din diagrama urmatoare:

18

In particular, pentru blocuri de garsoniere cu persoane singure sau familii putin numeroase, formula este: Gmax =167 n [ l/h ] Unde: n - numarul de garsoniere - coeficient de neuniformitate orara (tabelul 8)

Tabelul 8. Coeficient pentru garsoniere

n 6 10 25 50 100 150 200 300 400 1000 0,6 0,49 0,39 0,34 0,31 0,29 0,27 0,26 0,25 0,24

2.2. Cladiri social administrative

(camine, internate, cazarmi) Consumul pe zi si pe persoana (G):

Camine cu dusuri comune ----------- 40 50 l Camine cu dusuri comune, cantine si spalatorii ---------50 60 l

Consumul orar maxim se calculeaza cu formula:

][16

lNGGMAX

=

Semnificatiile notatiilor ca la pct. 2.1., coeficientul fiind cel din tabelul 9.

19

Tabelul 9. Valorile coeficientului

N 50 100 150 200 300 500 1000 2000 3000 >3000 6,6 5,1 4,4 4,2 3,9 3,7 3,4 3,2 3,1 3

2.3. Hoteluri , pensiuni

Formula de calcul:

16max

=

NGG [ l ]

Aceleasi semnificatii ca mai inainte. Consumul de apa calda la 600 C pentru un pasager (pat) pe zi: - dusuri in toate grupurile sanitare ------6080 l -cazi de baie la 25% din camere --------80100 l -cazi de baie la 75% din camere -------100160 l -cazi de baie la toate camerele ---------160200 l

Tabelul 10. Valorile coeficientului

N 60 150 300 450 600 900 3,1 2,5 2,2 2,06 2,0 1,95

Exista desigur si alte tipuri de constructii pentru care calculul prezinta particularitati specifice .De la caz la caz le putem analiza si gasi o solutie.

2.4. Stabilirea necesarului de caldura

In toate cazurile formula de calcul este aceeasi:

Qacm = Gmax c(tac - tar)

c caldura specifica a apei (1 kcal/kg 0 C) tac temperatura apei calde (+600 C) tar - temperatura apei reci (+100 C)

Deci: Q = 50 Gmax [kcal/h] Transformarea in [ kw] ca la punctul 1.