CURS 1

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE1.1 Generalităţi

Instalaţiile de ventilare şi climatizare reprezintă una din piesele componente ale volumului „instalaţii” pentru orice obiectiv de investiţii.

Microclimatul în care oamenii îşi desfăşoară activitatea are o influenţă deosebită asupra sănătăţii şi randamentului muncii lor.Parametrii principali ai microclimatului interior a căror valoare se controlează prin intermediul instalaţiilor de ventilare şi climatizare sunt:

- temperatura aerului.- umiditatea aerului.- puritatea aerului.- viteza aerului.- temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor radiante din încăperi.

Limitele acestor parametri depind în general de:- destinaţia încăperilor.- natura activităţii desfăşurate în încăperi.- specificul diverselor procese tehnologice care se desfăşoară în încăperile de

producţie.În orice sistem de ventilare (sau climatizare) menţinerea parametrilor microclimatului interior în limitele prescrise, se realizează prin:

introducerea în încăperi a unui anumit debit de „aer introdus” (aer tratatîntr-un anumit mod, astfel încât să poată prelua noxele în exces: căldură, umiditate, gaze, praf, vaporii anumitor substanţe, ș.a.m.d).

evacuarea din încăperi a unui anumit debit de „aer evacuat” (aer viciat, care a preluat excesul de noxe enumerate mai sus).

În funcţie de valoarea şi natura degajărilor de noxe în interiorul încăperilor, aerul introdus trebuie în prealabil tratat (încălzit, răcit, uscat, umidificat).În funcţie de ponderea pe care o au instalaţiile de ventilare şi climatizare în realizarea dezideratului menţinerii parametrilor microclimatului interior în limitele prescrise (de norme igienico-sanitare, normative, standarde, ș.a.m.d) distingem două situaţii oarecum diferite:

situaţia de vară (sezonul cald) în care instalaţiile de ventilare şi climatizare au un rol exclusiv.

situaţia de iarnă (sezonul rece) în care instalaţiile de ventilare şi climatizare funcţionează (sau nu) simultan cu instalaţiile de încălzire, situaţie în care în special temperatura aerului, în acest caz, se menţine în limitele prescrise prin intermediul instalaţiilor de încălzire.

1

2

1.2 Clasificarea instalaţiilor de ventilare

Criteriul: sursa de energie pentru circulația aerului

a. Ventilare naturală (aceea în care schimbul de aer dintr-o încăpere are loc datorită factorilor naturali - vântul şi diferenţa de temperatură).- neorganizată (atunci când schimbul de aer între interior şi exterior se

produce intr-un mod necontrolat prin neetanşeităţile elementelor de construcţii)

- organizată (atunci când schimbul de aer între interior şi exterior se efectuează prin deschideri special practicate, după necesitaţi)

b. Ventilare mecanică (aceea în care schimbul de aer dintr-o încăpere se efectuează mecanic, cu unul sau două ventilatoare).

În general prin vehicularea mecanică a unui debit de aer se urmăreşte limitarea temperaturii aerului interior (vara) sau menţinerea unei temperaturi cât mai constante în interior (iarna) situaţie în care se intercalează în circuitul aerului şi o baterie de încălzire, răcire, uscare sau umidificare.

- simplă (atunci când se efectuează fie doar o introducere, fie doar o evacuare a aerului, fără a se efectua vreo tratare a acestuia).

- combinată (atunci când pe circuitul aerului se intercalează una din bateriile menţionate mai sus, sau prin mai multe astfel de baterii, concomitent).

c. Ventilare mixtă (aceea în care se efectuează fie o introducere mecanică a aerului, cu evacuarea naturală a acestuia, fie o introducere naturală, combinată cu evacuarea mecanică).

Criteriul: tratarea aerului a. Fără tratarea aerului (situație în care se efectuează numai ventilare).

b. Cu tratarea aerului (situație în care avem de-a face cu climatizarea aerului. Aceasta presupune mult mai mult decât o ventilare mecanică complexă, în sensul că în acest caz se reglează simultan cel puţin doi parametri ai aerului).

Criteriul: presiunea interioară din încăpere

a. Ventilarea echilibrată – este aceea la care debitul de aer introdus este egal cu debitul de aer evacuat.

b. Ventilarea în suprapresiune – este aceea la care debitul de aer introdus este mai mare decât debitul de aer evacuat, ceea ce creează o suprapresiune în interiorul încăperii. Debitul de aer în exces se evacuează în acest caz pe cale naturală, prin intermediul unor grile de suprapresiune amplasate fie în peretele exterior pe fațada opusă celei unde se introduce

aerul, fie într-un perete interior opus care face legătura cu o încăpere adiacentă ventilată în depresiune.

c. Ventilarea în subpresiune (aceea la care debitul de aer introdus este mai mic decât debitul de aer evacuat, ceea ce creează o subpresiune în interiorul încăperii).

Ventilarea în suprapresiune a unor încăperi (sau zone) ale unei clădiri şi în subpresiune a altora, ne permite să realizam pe ansamblul clădirii, circulaţia de aer pe care ne-o dorim.

În acest caz trebuie să urmărim cu multă atenţie degajările nocive, astfel încât să nu contaminăm o încăpere ventilată în subpresiune cu nocivităţi din încăperile alăturate sau să răspândim nocivităţile dintr-o încăpere ventilată în suprapresiune în restul clădirii.

În toate situaţiile însă, pe ansamblul unei clădiri, este recomandat ca suma debitelor de aer introdus să fie egală cu suma debitelor de aer evacuat, pentru anu se produce subrăcirea anumitor încăperi.

Criteriul: dimensiunea spațiului ventilat

a. Ventilare generală (se efectuează acolo unde degajările nocive din interior sunt relativ uniform distribuite în încăpere, ceea ce presupune o amplasare uniformă atât a orificiilor pentru introducerea aerului proaspăt, cât şi al acelora pentru evacuarea aerului viciat).

b. Ventilare locală (se efectuează acolo unde degajările nocive sunt concentrate, situaţie în care ventilarea generală nu mai este eficientă, fiind necesară captarea nocivităţilor chiar la locul unde acestea se produc).

c. Ventilare combinată (aceea obținută prin combinarea ventilării generale cu ventilarea locală)

1.3 Clasificarea instalaţiilor de climatizare a. Instalații de climatizare numai aerb. Instalații de climatizare aer - apăc. Instalații de climatizare aer – agent frigorific

4

1.4 Schema generală a instalației de climatizare (numai aer) cu două circuite

CTA – centrală de tratare a aeruluiV.I – ventilator de introducere a aerului în încăperi V.E – ventilator de evacuare a aerului din încăperiG.I – guri de introducere (de refulare) a aerului în încăpere G.E – guri de evacuare (de aspirație) a aerului din încăpereP.A – priză de aer proaspătG.EV –gură de evacuare în exteriorul clădirii a aerului viciatC.R – clapetă de reglaj al debitului de aer

5

CURS 2

CAPITOUL 2. AERUL, AGENT DE LUCRU ÎN INSTALAŢIILE DE VENTILARE ŞI CLIMATIZARE

2.0 Atmosfera. Aerul atmosferic.

Atmosfera este compusă dintr-un amestec de gaze care înconjoară Pământul.Atmosfera participă împreună cu Pământul la mişcările de rotaţie şi revoluţie, fiind supusă atât forţei de atracţie gravitaţională cât şi forţei centrifuge.Limita superioară a atmosferei este situată la înălţimea de aproximativ 10.000 Km, însă 97% din conţinutul său se găseşte până la înălţimea de 29 Km, fapt datorită căruia în această zonă se produc şi schimbările meteorologice.Atmosfera se compune din două părţi diferite:

Homeosfera, 0...90 Km, caracterizată printr-o compoziţie chimică foarte uniformă.

La rândul său homeosfera se divide în:- troposferă, 0...12 Km.- stratosferă, 12...50 Km.- mezosferă, 50...90 Km.

Heterosfera, 90...10000 Km, caracterizată printr-o compoziţie chimică foarte neuniformă.La rândul său heterosfera se divide în:

- termosferă, 90...400 Km.- ionosferă, 400...10000 Km.

Greutatea aerului realizează la suprafaţa solului o presiune, numită presiune atmosferică, a cărei valoare este: p = 1,013 [bar].Aerul atmosferic este un amestec permanent în atmosferă, format din:

- aer curat uscat.- impurităţi (gaze şi vapori industriali, praf, nuclee de condensare,

agenţi patogeni etc.).- vapori de apă.

2.1 Aerul uscat

Aerul uscat este un amestec permanent în atmosferă, format din: - aer curat uscat, a cărui compoziţie se modifică local şi în timp foarte puţin la nivelul solului şi este cea din tabelul 2.1/a - impurităţi (gaze şi vapori industriali, praf, nuclee de condensare, agenţi patogeni etc.), datorate în principal activităţilor industriale, fapt pentru care valorile lor diferă local şi în timp la nivelul solului.

6

Tabelul 2.1/a Componenta aerului normal uscat

Denumirea componentului

ParticipaţiaMasa moleculară

Masa moleculară a amestecului

Volumică Masică

azot N2 oxigen 02

alte C02, N20, GH2, H2

gaze 03, Ar, Ne, He, Kr, Xe, Rn

0,78090,2095

0,0096

0,75520,2316

0,0132

28,01632,000

40,090

M=ΣViMi=

=28,966

Tabelul 2.1/b Variaţia presiunii şi temperaturii aerului cu altitudineaAltitudinea [km]

0 0,5 1 2 3 4 6 8 10 15 20 50 80 100 120

Presiunea [mbar]

1013 950 895 810 725 645 500 375 270 145 50 1 0.1 0.01

Temperatura [oC]

15 11,8 8,5 2,04 -4,5 -11 -24 -37 -50 -55 -55 0 -83 0 +100

Corespunzător compoziţiei din tabelul (2.1/a), rezultă masa moleculară a amestecului:

Ma = (1.1/1)

şi constanta caracteristică a aerului uscat:

(1.1/2) în care,

R – constanta universală a gazelor, R = 8314,41

2.2 Aerul umed

Aerul umed este un amestec binar format din: aer uscat vapori de apă

7

La presiunea normală (p=1,013 bar) cantitatea de vapori de apă din aer este cuprinsă între 3,82 [g/Kg] la 0 oC şi 42,41 [g/Kg] la 30 oC.

În aplicaţiile inginereşti, adică la limitele de temperatură şi presiune care se întâlnesc în instalaţiile de ventilare şi climatizare, aerul umed (acest amestec binar de aer uscat şi vapori de apă) poate fi tratat cu o aproximaţie absolut neglijabilă, ca un gaz perfect.

În ceea ce priveşte partea de gaz a amestecului, adică aerul uscat, acesta poate fi tratat ca un gaz perfect întrucât temperaturile aerului în instalaţiile de ventilare şi climatizare sunt foarte ridicate în raport cu temperatura de lichefiere.

În ceea ce priveşte vaporii de apă, aerul umed poate fi tratat ca un gaz perfect întrucât presiunea parţială a acestuia este foarte mică în raport cu presiunea totală a amestecului.

Prin urmare aerului umed îi este aplicabilă ecuaţia de stare a gazelor perfecte, atât pentru amestec, cât şi pentru fiecare componentă în parte și anume:

pV=nRT (2.2/1) pentru aer umed

paV=naRT=maRaT (2.2/2) pentru aer uscat

pvV=nvRT=mvRvT (2.2/3) pentru vapori de apă

p – presiunea [Pa]n – numărul de moli T – temperatura [K]V – volumul [m3]

R – constanta universală a gazelor

2.2.1. Mărimi caracteristice aerului umed

Presiunea aerului umed Exprimând legea lui Dalton („presiunea totală a unui amestec ce ocupă un volum dat, este egală cu suma presiunilor parţiale ale constituenţilor”) pentru aerul umed rezultă: p=pa+pv (2.2.1/1)

La saturaţie, presiunea parţială a vaporilor (pv) devine egală cu presiunea de saturaţie (ps).

Temperatura aerului umed

8

În tehnica instalaţiilor de ventilare şi climatizare deosebim următoarele moduri de exprimare a temperaturii: - temperatura după termometrul uscat (t) este cea măsurată cu un termometru protejat împotriva radiaţiilor termice. - temperatura după termometrul umed (t’) este cea măsurată cu un termometru al cărui bulb este înfăşurat într-un tifon îmbibat cu apă, fapt pentru care ea reprezintă temperatura de saturaţie adiabatică şi izobară a aerului umed. - temperatura punctului de rouă (tr) este temperatura pentru care presiunea parţială a vaporilor de apă din aerul umed (de o anumită temperatură şi conţinut de umiditate) răcit izobar, devine egală cu presiunea lor de saturaţie. Sau putem formula şi astfel: este temperatura la care începe condensarea vaporilor de apă la răcirea izobară cu conţinut de umiditate constant, a aerului umed.

Umiditatea aerului umedÎn tehnica instalaţiilor de ventilare şi climatizare umiditatea aerului umed poate fi exprimată în mai multe feluri şi anume prin: - conţinutul de umiditate (x) reprezintă masa vaporilor de apă conţinuţi într-un kilogram de aer uscat.

(2.2.1/2)

Trebuie să facem precizarea că majoritatea transformărilor de stare ale aerului sunt însoţite de variaţii ale umidităţii, ceea ce conduce la modificarea masei amestecului, în timp ce masa aerului uscat rămâne constantă.Acesta este motivul pentru care exprimarea conţinutului de umiditate se face prin raportarea masei vaporilor de apă la kilogramul de aer uscat şi nu la kilogramul de aer umed. - Umiditatea absolută (a) [Kg/mc] reprezintă masa vaporilor de apăconţinuţi într-un metru cub de aer umed, deci se măsoară prin densitatea ρv a vaporilor de apă din amestec. (a=ρv). - Umiditatea relativă (φ) [%] reprezintă raportul dintre masa de vapori de apă conţinute într-un metru cub de aer umed şi masa maximă de vapori de apă pe care ar conţine-o acel metru cub de aer umed (la aceeaşi temperatură şi presiune) la saturaţie.

[%] (2.2.1/3)

În practica inginerească, pentru un calcul rapid, cu o eroare neglijabilă, pentru determinarea parametrilor aerului umed se folosesc tabelele de valori sau diagrame psihrometrice.În Germania şi ţările Europei de Est inclusiv România, se utilizează „diagrama Mollier” ale cărei coordonate sunt: h-x (entalpie-conţinut de umiditate).În Franţa şi Statele Unite ale Americii se utilizează o diagramă în care pe axa orizontală se citeşte temperatura uscată (t), iar pe axa verticală în dreapta,

9

conţinutul de umiditate (x), fapt pentru care este cunoscută la noi sub denumirea de diagrama t-x.

10

CURS 3

CAPITOUL 3. PARAMETRI CLIMATICI DE CALCUL

3.1. Parametrii climatici exteriori de calcul (vara)

Parametrii climatici exteriori de calcul pentru perioada caldă (vara) au fost adoptaţi pentru luna iulie deoarece atât temperatura exterioară cât şi radiaţia solară au valorile cele mai mari, ceea ce conduce la a lua în calcul solicitarea termică exterioară cea mai defavorabilă.

3.1.1. Temperatura aerului exterior (te)

Temperatura aerului exterior în apropierea scoarţei terestre, este determinată pe de o parte, de radiaţia solară şi absorbţia sau cedarea medie a solului şi pe de altă parte, de vânt. Temperatura aerului exterior are oscilaţii: zilnice, lunare, anuale.

Oscilaţia zilnică a temperaturii aerului exterior este cvasicosinusoidală, având un minim înainte de răsăritul soarelui (respectiv vara, la ora 4) şi un maxim în mijlocul după amiezii (respectiv vara, între orele 14 şi 15). Amplitudinea acestei oscilaţii este:

6-7 [oC] în afara litoralului 4 [oC] în zona litoralului

Temperatura efectivă orară, a aerului exterior se calculează pentru fiecare oră a zilei cu relaţia:

te = tem + c .Az [oC] (3.1.1/1)

tem - temperatura medie zilnică [oC]. Valorile sale sunt prezentate în anexa T3.1/1 în funcţie de localitate şi gradul de asigurare al clădirii (sau al încăperii).Az - Amplitudinea oscilaţiei zilnice a temperaturii aerului exterior. Valorile sale se determină în acelaşi mod ca şi la „tem”.c - coeficient de corecţie.

Tabel 3.1.1/a Valorile orare ale coeficientului „c”ora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12c -0.70 -0.80 -0.90 -0.97 -1.00 -0.94 -0.75 -0.30 -0.10 0.45 0.68 0.83ora 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24c 0.91 0.97 1.00 0.97 0.87 0.70 0.43 0.09 -0.17 -0.35 -0.48 -0.59

Temperatura aerului exterior necesară la reprezentarea punctului de stare a aerului exterior se determină cu relaţia:

11

tev = tme + Az [oC] (3.1.1/2)

tme - temperatura medie lunară [oC]. Valorile sale sunt prezentate în anexa 3.1/1 în funcţie de localitate.

3.1.2. Umiditatea aerului exterior

Umiditatea aerului exterior are variaţii: zilnice, lunare, anuale. Umiditatea relativă a aerului exterior (φ) variază invers proporţional cu temperatura, astfel încât valoarea cea mai scăzută se înregistrează în iulie, crescând treptat către lunile de iarnă.În tehnica ventilării şi climatizării este recomandabil ca umiditatea aerului să se exprime sub forma conţinutului de umiditate (x) deoarece această mărime se modifică foarte puţin în timpul unei zile. Valorile sale se determină din anexa 3.1/1 în funcţie de localitate.

3.1.3. Intensitatea radiaţiei solare (I)

Energia pe care Pământul o primeşte anual de la Soare este de circa 2,8 .1021 [KJ]. Circa 97% din această energie este emisă în domeniul de undă 0,2...3 μm, iar restul de 3% în banda de emisie cuprinsă între 10-10...103 m.Energia termică corespunzătoare acestui spectru care cade pe o suprafaţă normală situată la limita atmosferei terestre se numeşte constanta solara cs = 1,355 [KW/m2]O parte din radiaţii sunt reţinute de vaporii de apă şi bioxidul de carbon din atmosferă, fenomen datorită căruia atmosfera se încălzeşte şi produce la rândul său, o radiaţie numită radiaţie atmosferică (radiaţie difuză).Pe cer senin, radiaţia directă este maximă, iar cea difuza minimă.Pe cer înnorat, radiaţia directă este minimă, iar cea difuză este maximă.Radiaţia globală (radiaţia directă + radiaţia difuză) scade totuşi cu creşterea nebulozităţii.Radiaţia solară directă (ID) este diferită în funcţie de orientarea suprafeţei receptoare.Radiaţia solară difuză (Id) este considerată aceeaşi, indiferent de orientarea suprafeţei receptoare, deşi, în realitate, există mici diferenţe.Radiaţia solară globală are variaţii: zilnice şi sezoniere datorate:

- unghiului de înălţime a Soarelui.- înclinării axei Pământului.- modificării distanţei Pământ – Soare.- latitudinii geografice

Intensitatea orară a radiaţiei solare (I) necesară la determinarea aporturilor de căldură din exterior, se calculează cu relaţia:

I = a1.a2

.ID + Id [W/m2] ( 3.1.3/1)

12

ID, Id - intensitatea radiaţiei solare directe, respectiv difuze pentru luna iulie.Valorile lor sunt prezentate în tabelul T 3.1.1.1/aa1 - coeficientul de corecţie în funcţie de gradul de poluare al locului considerat.Valorile sale sunt prezentate în tabelul T 3.1.1.1/ba2 - coeficientul de corecţie pentru localităţi situate la altitudini mai mari de 500 m.Valorile sale sunt prezentate în tabelul T 3.1.1.1/c

Tabelul 3.1.3/a Radiaţia solară directă, ID şi difuză, Id pentru 23 iulie [W/m2]

OrientareaOra zilei6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

ID

Sup

rafa

ţa v

erti

cala

N 53 3 - - - - - - - - - 3 53 5NE 333 402 301 130 4 - - - - - - - - 49E 383 568 575 498 338 144 - - - - - - - 105SE 188 370 468 514 485 393 241 58 - - - - - 113S - - 41 159 316 354 394 354 316 159 41 - - 89SV - - - - - 58 241 393 485 514 468 370 188 113V - - - - - - - 144 338 498 575 568 383 105NV - - - - - - - - 4 130 301 402 333 49

Suprafaţa orizontala

89 241 381 532 647 711 734 711 647 532 381 241 89 247

Id 53 80 103 123 136 146 147 146 136 123 103 80 53 60Observaţie: Orele din tabel reprezintă ore solare; *) – valoarea medie pe mare

Tabelul 3.1.3/b Valorile coeficientului de corecţie, a1, în funcţie de gradul de poluareZona Factorul a1

Localităţi rurale; parcuri 1,00Localităţi urbane mici şi medii

0,92

Localităţi urbane mari 0,85Platforme industriale, iarna 0,78Platforme industriale, vara 0,67

Tabelul 3.1.3/c Valorile coeficientului de corecţie, a2, în funcţie de altitudineAltitudinea h [m]

≤500 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

a2 1,00 1,03 1,04 1,06 1,08 1,10 1,12 1,14

13

3.1.4. Viteza vântului

Vântul reprezintă mişcarea curenţilor de aer pe orizontală, provocată de câmpuri barice diferite cauzate de încălzirea neuniformă a Pământului.În zonele mai încălzite, aerul are o mişcare ascensională verticală, de jos în sus, locul său fiind luat de alt aer mai rece din zonele alăturate.Vântul este o mărime vectorială, iar viteza sa are oscilaţii zilnice, lunare, sezoniere şi anuale.Variaţia zilnică a vitezei vântului este asemănătoare variaţiei temperaturii aerului exterior, în timpul amiezii înregistrându-se valori mai mari, iar dimineaţa şi seara valori mai scăzute.Observaţiile meteorologice au evidenţiat faptul că vântul se modifică permanent ca direcţie, sens şi intensitate, constatându-se însă, că pentru o anumită localitate vântul bate predominant dintr-o anumită direcţie, cu o anumită intensitate şi o frecvenţă dată. Viteza vântului creşte cu înălţimea atât vara cât şi iarna aproximativ în acelaşi mod.În tehnica ventilării şi climatizării cunoaşterea manifestărilor vântului este importantă în special pentru:

- calculul necesarului de căldură pentru încălzirea aerului infiltrat (iarna)- calculul perdelelor de aer- stabilirea poziţiilor relative dintre priza de aer proaspăt şi gura de evacuare a

aerului viciat.De asemenea vântul creează pe faţadele clădirilor suprapresiuni (pe faţa bătută de vânt) şi subpresiuni (pe faţa opusă).Pentru a combate pătrunderea aerului de infiltraţie, instalaţia de ventilare trebuie să realizeze în încăperi o anumită suprapresiune.Viteza medie a vântului în lunile: iulie, ianuarie este indicată în tabelul T 3.1.1.4/a.Coeficientul de transfer termic la exterior, vara este αe = 17,5 [W/m2K].

Tabelul 3.1.4/a Viteza medie a vântului în lunile iulie şi ianuarieNr.crt.

LocalitateaVm [m/s] Nr.

crt.Localitatea

Vm [m/s]iulie ian. iulie ian.

1. Alexandria 2,1 3,1 16. Giurgiu 2,3 2,7

2. Arad 2,8 2,9 17.Griviţa (Slobozia)

2,7 4,3

3. Bacău 2,8 5 18. Iaşi 3,1 4

4. Baia Mare 1,8 1,3 19.Miercurea Ciuc

1,6 1

5. Bistriţa Năsăud 1,3 1 20. Oradea 2,8 2,96. Botoşani 2,5 3,1 21. Piteşti 2,7 2,27. Braşov 2,25 2,8 22. Ploieşti 1,9 1,7

14

8. Bucureşti 2 2,9 23. Rm. Vâlcea 1,7 1,29. Călăraşi 2,5 3,7 24. Satu Mare 2,5 2,210. Cluj-Napoca 2,3 1,8 25. Timişoara 2,3 1,9

Nr.crt.

LocalitateaVm [m/s] Nr.

crt.Localitatea

Vm [m/s]iulie ian. iulie ian.

11. Constanta 4 5,8 26. Târgu Jiu 1,2 0,712. Craiova 3,5 3,8 27. Târgu Mureş 1,8 1,313. Deva 1,5 1,9 28. Târgu Neamţ 3 3,3

14.Drobeta-Tr. Severin

2,7 2,3 29. Tulcea 2,7 3,8

15. Galaţi 4,6 5,4 30. Vaslui 2,7 3,5

3.2. Parametrii climatici exterioti de calcul (iarna)

Parametrii climatici exteriori de calcul pentru perioada rece (iarna) au fost adoptaţi pentru luna ianuarie deoarece temperatura exterioară are valorile cele mai mici, ceea ce conduce la a lua în calcul solicitarea termică exterioară cea mai defavorabilă.

3.2.1. Temperatura aerului exterior

Aceasta are oscilaţii: zilnice, lunare şi de la o lună la alta în cadrul duratei perioadei de iarnă, dar pentru instalaţiile de încălzire (implicit de ventilare şi climatizare) este necesar să cunoaştem pentru o anumită localitate, variaţiile lunare de temperatură şi mai puţin cele zilnice.Conform SR 1907-1/97 („Instalaţii de încălzire. Necesarul de căldura ce calcul”) teritoriul României este împărţit în 4 zone de temperaturi exterioare convenţionale de calcul şi anume:Zona I, te= - 12 oC (pentru temperaturi exterioare de -13 ÷ -11oC)Zona II, te= - 15 oC (pentru temperaturi exterioare de -16 ÷ -14oC)Zona III, te= - 18 oC (pentru temperaturi exterioare de -19 ÷ -17oC)Zona IV, te= - 21 oC (pentru temperaturi exterioare de -22 ÷ -20oC)Pentru principalele localităţi din România aceste valori sunt prezentate în tabelul (3.2.1/a)

Tabelul 3.2.1/a Temperaturi exterioare convenţionale de calcul - iarna

Denumirea localităţii

te

[oC]Denumirea localităţii

te

[oC]Denumirea localităţii

te

[oC]

Denumirea localităţii

te

[oC]

Alba Iulia -18 Călăraşi -15 Lugoj -12Sangeorgiul de Pădure

-21

Alexandria -15 Ceahlău -21 Miercurea -21 Slatina -15

15

Ciuc

Arad -15Câmpulung Muscel

-18 Oradea -15 Slobozia -15

Bacău -18 Cluj-Napoca -18 Petroşani -18 Sovata -21

Baia Mare -18 Constanta -12Piatra Neamţ

-18 Suceava -21

Baraolt -21 Craiova -15 Piteşti -15 Tecuci -18

Beclean -21Cristuţu Secuiesc

-21 Ploieşti -15 Timişoara -15

Beiuş -18 Deva -15 Reghin -21 Târgovişte -15Bistriţa Năsăud

-21 Făgăraş -21 Reşiţa -12 Târgu Jiu -15

Bârlad -18 Focşani -18Râmnicu Vâlcea

-15 Târgu Mureş -21

Blaj -18 Galaţi -18 Roman -18 Târgu Ocna -18Botoşani -18 Gheorghieni -21 Satu Mare -18 Tulcea -15

Braşov -21 Giurgiu -15Sfântu Gheorghe

-21Drobeta-Tr. Severin

-12

Brăila -15 Huedin -18 Sibiu -18 Vaslui -18Bucureşti -15 Hunedoara -15 Sighişoara -18 Vatra Dornei -21Buzău -15 Iaşi -18 Sinaia -18 Zalău -15

3.2.2. Umiditatea aerului exterior

Umiditatea relativă a aerului exterior, pentru perioada de iarnă, se consideră aceeaşi indiferent de localitate şi anume φe = 80%.Conţinutul de umiditate al aerului exterior (x) necesar pentru reprezentarea stării aerului, se consideră cel din tabelul T3.1.2.2/a

Tabelul 3.2.2/a Conţinutul de umiditate al aerului exterior (x) iarna Temperatura aerului exterior, te [oC] -12 -15 -18 -21Conţinutul de umiditate, xe [g/Kg aer uscat] 1,0 0,8 0,6 0,6

3.2.3. Intensitatea radiaţiei solare

În tehnica instalaţiilor de ventilare şi climatizare, aceasta nu intervine în calcule pentru perioada de iarnă, decât în măsura în care este luată în considerare la calculul al adaosurilor pentru pierderile de căldură cuprinse în SR 1907-1/97.

3.2.4. Viteza vântului

Aceasta este importantă pentru perioada de iarnă deoarece conduce la mărirea infiltraţiilor de aer rece, din exterior, amplificând astfel senzaţia de inconfort.

16

Motiv pentru care este recomandat ca instalaţiile de ventilare şi climatizare să funcţioneze în suprapresiune în perioada de iarnă.Viteza convenţională de calcul a vântului (V) şi valoarea V4/3 în funcţie de zona eoliană în care se găseşte localitatea, precum şi în funcţie de amplasamentul clădirii faţă de localitate sunt conţinute în SR 1907-1/97. Valorile sunt prezentate în tabelul T3.1.2.4/aViteza medie a vântului în lunile: iulie şi ianuarie este indicată în tabelul 3.1.1.4/a.

Tabelul 3.2.4/a Viteza vântului de calcul, iarna, v [m/s]

Zona eoliana

Amplasamentul construcţiei

Note: 1 - Vitezele convenţionale ale vântului de calcul sunt valabile pentru altitudini sub 1100 m. Pentru clădiri amplasate la altitudini mai mari, vitezele convenţionale ale vântului de calcul se stabilesc pe baza datelor meteorologice privitoare la concomitenta vântului cu temperaturi scăzute, astfel încât necesarul de căldura de calcul rezultat să nu fie depăşit în mai mult de 10...20 ore pe an.2 - Pentru toate nivelurile situate deasupra etajului 12 al clădirilor înalte, din cuprinsul oraşelor, vitezele convenţionale ale vântului de calcul sunt cele

corespunzătoare clădirilor amplasate în afara localităţilor.

în localitateîn afara localităţii

v v4/3 v v4/3

I 8,00 16,00 10,00 21,54II 5,00 8,55 7,00 13,39III 4,50 7,45 6,00 10,90IV 4,00 6,35 4,00 6,35

3.3. Parametrii climatici interiori de calcul (vara)

Parametrii climatici interiori sunt aceia care pe de o parte, dictează nivelul confortului interior şi anume:

- nivelul confortului interior, pentru cazul încăperilor civile.- condiţiile de muncă din încăperile de producţie.- condiţiile tehnologice necesare pentru realizarea anumitor produse.

Pe de altă parte parametrii climatici interiori, constituie ipoteze pe baza cărora se dimensionează instalaţiile de ventilare şi climatizare.

3.3.1. Temperatura aerului interior (ti)

Temperatura aerului interior se stabileşte diferit după destinaţia încăperii sau după tipul instalaţiei (ventilare sau climatizare) şi anume:

Pentru climatizarea de confort,

ti = 10 + 0,5.tev [oC] (T 3.1.3.1/1)

Pentru climatizarea tehnologică, ti se alege după necesităţile tehnologice cuprinse în tema de proiectare.

Pentru ventilare (naturală sau mecanică) ti se stabileşte conform Normativ I5 - şi anume:

ti ≤ te + 3 [oC] (T3.1.3.1/2) pentru degajări mici de căldură (≤23W/m2)

17

ti ≤ te + 5 [oC] (T3.1.3.1/3) pentru degajări mari de căldură (>23W/m2)

în care te se determină cu relaţia:

te=tme + Az [oC] (T3.1.3.1/4)

tme - temperatura medie lunară în luna iulie (valoare extrasă funcţie de localitate din anexa 3.1/1).Az - amplitudinea oscilaţiei zilnice a temperaturii aerului exterior (valoare extrasă funcţie de localitatea din anexa 3.1/1).

3.3.2. Umiditatea aerului interior

Umiditatea relativă a aerului interior (φi) se stabileşte ca şi temperatura interioară şi anume:

Pentru climatizare de confort φi = 50...60 [%] (T3.1.3.2/1)Pentru evitarea senzaţiei de zăpuşeală, umiditatea relativă se limitează superior în funcţie de temperatură astfel:

Tabel 3.3.2/a Umiditatea relativati [oC] 22 23 24 25 26 27φi [%] ≤70 66 63 60 56 53

Pentru climatizarea tehnologică, φi se alege după necesităţile tehnologice cuprinse în tema de proiectare.

Pentru ventilare (naturală sau mecanică) φi nu se controlează. Pentru încăperi cu degajări importante de umiditate, φi se limitează la

65...80 [%].

3.3.3. Viteza de mişcare a aerului interior (vi)

Viteza de mişcare a aerului interior (vi) se corelează cu temperatura aerului interior şi categoria muncii prestate de ocupanţii încăperii, astfel încât să nu se creeze senzaţia de curent.

Pentru climatizare de confort,vi = 0,15...0,20 [m/s] (T3.1.3.3/1) pentru confort sporitvi = 0,20...0,25 [m/s] (T3.1.3.3/2) pentru confort mediu

Pentru climatizare tehnologică,vi = 0,5...1,5 [m/s] (T3.1.3.3/3)

3.3.4. Temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor delimitatoare (θmr)

Temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor delimitatoare (θmr) este un parametru care poate să fie important în cazul unor încăperi cu instalaţii tehnologice speciale,

18

fie pentru ca aceasta (θmr) să nu influenţeze negativ instalaţiile tehnologice, fie pentru ca anumite instalaţii tehnologice să nu afecteze ocupanţii încăperii.

3.4. Parametrii climatici interiori de calcul (iarna)

3.4.1. Temperatura aerului interior (ti)

Aceasta se determină astfel: - Pentru clădiri de locuit administrative şi social culturale, t i se alege conform SR 1907-2/97Valorile sunt prezentate în tabelul 3.4.1/1

Tabelul 3.4.1/a Temperaturi interioare de calcul pentru clădiri, iarna.a. Locuinţe, clădiri administrative şi social culturale

ti [oC]b. Creşe, grădiniţe de copii

ti [oC]

c. Spitale, clinici, maternităţi

ti [oC]

15÷20 18÷22 20÷22

bai, dusuri, cabinete medicale

20÷22băi, dusuri, cabinete medicale

24rezerve, chirurgie, saloane, săli operaţie

24÷25

holuri, intrări, casa scării

10÷15holuri, intrări, camere anexe

8÷12intrări, camere anexe, WC, coridoare

8÷18

- Pentru clădiri industriale în general, cărora nu le sunt impuse condiţii speciale de microclimat tehnologic, ti se alege conform tabel T 3.1.4.1/b.

Tabel 3.4.1/b Temperaturi interioare pentru încăperi de producţie fără condiţii tehnologice de microclimă impusă

Procesul tehnologic Categoria muncii prestateTemperatura interioară [oC]

Procese de producţie cu degajări mici de căldura, cu sau fără degajări de umiditate

uşoară 16medie 15

grea 10

Procese de producţie cu degajări importante de căldură, mai ales sub formă radiantă

uşoară 15medie 13

grea 8

Observaţii: „Munca uşoară” – activitate caracterizată printr-o degajare mai

19

mică de 1400 Wh în timpul unui schimb de lucru „Munca medie” – idem, 1400...2300Wh/schimb „Munca grea” – idem, peste 2300Wh/schimb

- Pentru clădiri industriale din diverse ramuri de producţie t i se alege conform tabel 3.4.1/c.

Tabelul 3.4.1/c Temperatura şi umiditatea relativa a aerului interior în încăperile industriale, iarnaNr.crt.

Ramura industriala

SecţiaTemperatura [oC]

Umiditatea relativa [%]

1 2 3 4 5

1 Panificaţie

Depozite de faina 15...25 50...60Depozite de drojdie 0...5 60...75Încăperi pentru producerea aluatului 23...25 50...60Depozite de zahăr 25 35

2 Fabrici de bereÎncăperi de fermentaţie 4...8 60...70Platforme pentru malţ 10...15 80...85

3 Tipografii

Depozite de hârtie 20...26 50...60Imprimare 22...26 45...60Imprimare multicolora 24...28 45...50Fotoimprimare 21...23 60Restul încăperilor 21...23 50...60

4Industria electrotehnica

Fabricaţie generala 21 50...55Fabricarea termometrelor şi higrostatelor

24 50...55

Fabricate cu tolerante mici 22 40...45Fabricarea izolaţiilor 24 65...70

5Industria cauciucului

Depozitare 16...24 40...50Fabricaţie 31...33 -Vulcanizare 26...28 25...30Material chirurgical 24...33 25...30

6Industria ceramica

Depozitare 16...26 35...65Fabricaţie 26...28 60...70Decoraţie (ornamentare) 24...26 45...50

7Industria linoleumului

Oxidarea uleiului de in 32...38 20...28Imprimare 26...28 30...50

8Industria mecanica

Birouri, asamblare, montaj 20...24 35...55Montaj precizie 22...24 40...50

9 Industria hârtiei Încăperea maşinilor de hârtie 22-...30 -

20

Depozite de hârtie 20...24 40...50

10Industria farmaceutica

Depozite de produse 21...27 30...40Producerea tabletelor 21...27 35...50

11Industria fotografica

Producerea filmelor normale 20...40 40..65Producerea filmelor cu garanţie 15...20 45...50Prelucrarea filmelor 20...24 40...60Depozitarea filmelor 18...22 40...60

12Industria blănurilor

Depozitare 5...10 50...60

13 CiupercăriiPerioada de creştere 10...18 -Depozitare 0...2 80...85

14Industria chibriturilor

Producere 18...22 50Depozitare 15 50

15Industria dulciurilor

Depozitare (fructe uscate) 10...13 50Bomboane moi 21...24 45Producerea bomboanelor tari 24...26 30...40Ambalarea bomboanelor tari 24...26 40...45Producerea ciocolatei 15...28 50...55Învelirea ciocolatei 24...27 55...60Ambalarea ciocolatei 18 55Depozitarea ciocolatei 18...21 40...50Producerea checurilor şi napolitanelor 18...20 50

16Industria tutunului

Depozitarea tutunului brut 21...25 60...65Pregătirea tutunului 22...26 75...85Fabricarea ţigaretelor şi pipelor de foi 21...24 55...65Ambalare 23 65

17 Industria textila Secţii bumbacBătătoare 22...25 40...50Carde 22...25 45...55Pieptănat 22...25 55...65Laminoare 22...25 50...55Flaier (maşina de filat cu aripioare) 22...25 50...55Ringuri (maşini de filat cu inele) 22...25 55...65Secţii mosoare, răsucit fire, urzit, tragerea urzelii

22...25 60...70

Ţesătorii 22...25 70...80Condiţionarea torsului (in) şi ţesăturilor

22...25 90...95

Secţii de in: - pregătire 18...20 80- carde 20...25 50...60- filatură 24...27 60...70- ţesătorie 27 80

21

Secţii de lână:- pregătire 27...29 60- carde 27...29 65...70- filatură 27...29 50...60- ţesătorie 27...29 60...70- finisaj 24 50...60Secţii mătase naturală:- pregătire 27 60...65- filatură 24...27 65...70- ţesătorie 24...27 60...75Secţii de mătase artificiala:- carde, filatura 21...25 65...75- ţesătorie 24...25 60...65

3.4.2. Umiditatea aerului interior

Umiditatea relativă a aerului interior (φi) se alege astfel: Pentru climatizarea de confort se adoptă valori similare situaţiei de vară, (φ i

= 50...60%) cu recomandarea de a se adopta pe cât posibil valorile inferioare, în vederea reducerii consumului de energie.

Pentru clădiri industriale din diverse ramuri de producţie φ i se alege conform tabel T3.1.4.1/c, de asemenea cu recomandarea de a se adopta pe cât posibil valorile inferioare, în vederea reducerii consumului de energie.

3.4.3. Viteza de mişcare a aerului interior (vi)

Viteza de mişcare a aerului interior (vi) se alege la fel ca pentru situaţia de vară (conform § 3.3.3).

3.4.4. Temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor delimitatoare (θrm)

Temperatura medie de radiaţie a suprafeţelor delimitatoare (θrm) este un subiect mai „sensibil” pentru situaţia de IARNĂ comparativ cu cea ce VARA, din cauza senzaţiei de „radiaţie rece” pe care o pot crea în special:

- suprafeţele vitrate mari (situaţie în care pentru a înlătura senzaţia de inconfort se adoptă o amplasare corespunzătoare a corpurilor de încălzire, sau a dispozitivelor de introducere a aerului).

- pardoselile reci (situaţie în care pentru a înlătura senzaţia de inconfort se recomandă o izolare mai bună a pardoselilor)

CURS 4

22

CAPITOLUL 3. SARCINA TERMICĂ A UNEI ÎNCĂPERI

3.0. Generalități

Sarcina termică a unei încăperi reprezintă fluxul termic care trebuie evacuat sau introdus într-o încăpere pentru a păstra în interiorul acesteia parametrii de microclimat optim din punct de vedere al confortului termic.

Sarcina termică de calcul rezultă în urma suprapunerii tuturor fenomenelor de transfer termic care au loc în legătură cu încăperea și anume: - cele care se produc între încăpere și exteriorul acesteia, respectiv aporturi de căldură din exterior (vara) și invers, pierderi de căldură către exterior (iarna). - cele care se produc în interiorul încăperii, respectiv degajări de căldură de la oameni, iluminat electric, aparatură de birou, sau alte surse calde.

În toate cazurile sarcina termică a unei încăperi rezultă din suma fluxurilor de căldură care intră sau ies din încăpere.

3.1. Sarcina termică de răcire (de vară)

Sarcina termică de răcire (de vară) pentru o încăpere ventilată sau climatizată, se calculează cu relaţia:

Qv = Qap + Qdeg [W] (3.1/1)

Qap – Aporturi de căldură, respectiv fluxul termic pătruns în încăpere din exterior prin elementele de construcţie cu inerţie termică (pereţi exteriori, terasă), fără inerţie termică (ferestre, luminatoare) precum şi de la încăperile vecine.Qdeg –Degajări de căldură, respectiv fluxul termic degajat de sursele interioare (oameni, iluminat, maşini acţionate electric, surse calde ș.a.m.d.)

3.1.1. Aporturi de căldură. Calcul.

Fluxul termic care pătrunde într-o încăpere ventilată sau climatizată, prin elementele de construcţie exterioare sau interioare se calculează cu relaţia:

Qap=QPE + QFE + Qi [W] (3.1.1/1)

QPE - fluxul termic pătruns în încăpere prin elementele de construcţie exterioare cu inerţie termică (pereţi, terase).QFE - fluxul termic pătruns în încăpere prin elementele de construcţie exterioare fără inerţie termică (ferestre, luminatoare).Qi- fluxul termic pătruns în încăpere prin elementele de construcţie interioare (de la încăperile vecine).

23

3.1.1.1. Aporturi de căldura prin elemente de construcţie cu inerţie termică (QPE)Particularitatea calculului fluxului termic care străbate un element de

construcție cu inerție termică (masivitate termică) constă în faptul că fluxul termic ce cade la un anumit moment pe suprafața exterioară a sa, se resimte efectiv la interior amortizat ca intensitate și defazat (întârziat) în timp.

Modul de calcul al aporturilor de căldură prin elemente de construcţie cu inerţie termică se bazează pe o analogie dintre mărimile fizice care intervin în transferul termic și mărimile care apar într-un circuit electric, considerând că elementul de construcție este echivalent, în acest sens cu o rezistență electrică. nu intrăm în detaliile acestui calcul......

Fluxul termic pătruns în încăpere prin elementele de construcţie exterioare cu inerţie termică (opace la radiația solară) se calculează cu relaţia:

QPE = [W] (3.1.1.1/1)

j = 1...n - numărul elementelor de construcţie cu inerţie termicăSj - suprafaţa elementului de construcţie considerat [m2]k - coeficientul global de transfer de căldură [W/m2K]ts - temperatura exterioară echivalentă de calcul (temperatura aerului însorit) [oC].

Aceasta reprezintă o temperatură convenţională care ţine seama de efectul combinat al radiaţiei solare şi al temperaturii aerului exterior asupra elementului de construcţie considerat. Ea se determină pentru o anumită localitate, orientare, oră cu relaţia:

ts = te + [oC] (3.1.1.1/2)

te - temperatura efectivă orară a aerului exterior [oC], conform § (3.1.1)αe - coeficient de transfer de căldură superficial la exterior, care are valoarea 17,5 [W/m2K] A - coeficient de absorbţie a radiaţiei solare de către elementul de construcţie considerat. Valorile sale se determină din tabelul (3.1.1.1/a).I - intensitatea radiaţiei orare[W/m2] ,calculată conform §(3.1.3)tsm - temperatura medie exterioară echivalentă de calcul [oC]. Are aceeaşi semnificaţie ca şi ts, doar că fiind o temperatură medie (şi nu una orară) se calculează cu tem (nu cu te) şi cu Im(nu cu I). Ea se determină pentru o anumită localitate şi orientare cu relaţia:

tsm = tem + [oC] (3.1.1.1/4)

tem, Im, A, αe - au semnificaţiile de la calculul lui ts (doar că tem şi Im sunt valorile medii ale lui te şi I).

24

ti - temperatura de calcul a aerului interior [oC] considerată constantă (dată în tema de proiectare).αi - coeficient de transfer de căldură superficial la interior care are valoarea 8 [W/m2K] pentru pereţi, sau trecerea căldurii de jos în sus şi 5,8 [W/m2K] pentru planşee, poduri sau trecerea căldurii de sus în jos.η - coeficientul de amortizare a fluxului termic pătruns în încăpere. Acesta se calculează conform STAS 6648/1-82.

Precizare Fluxurile termice QPE sunt cauzate de „te” (temperatura orară) a aerului

exterior şi „I” (radiaţia solară orară) şi în consecinţă se calculează pentru fiecare oră a zilei. Ele se resimt însă în interior după un interval de timp „ε” [ore] numit defazaj. Valoarea lui ε se calculează conform STAS 6648/1-82.

25

26

27

28

29

30

Tabel 3.1.1.1/a Valorile coeficientului de absorbţie A pentru diverse materialeDenumirea materialului şi calitatea suprafeţei

AA/αe

[m2K/W]

Denumirea materialului şi calitatea suprafeţei

AA/αe

[m2K/W]

A. Materiale B. Materiale de construcţiiAluminiu polizat

0,04...0,06 0,0028...0,003,42 Ardezie 0,93 0,0531

Aluminiu oxidat

0,11...0,19 0,0063...0,0108 Azbociment 0,93 0,0531

Alamă polizată

0,032...0,035 0,001,82...0,002Cărămidă cu asperităţi

0,80 0,0457

Crom 0,08...0,26 0,00457...0,00148 Cuarţ0,93 0,8...0,92

0,0531

Cositor strălucitor

0,064 0,00365 Cauciuc 0,0457...0,0525

Cupru polizat

0,02 0,0014Carton bituminat terase

0,91 0,052

Cupru oxidat 0,47...0,55 0,0268...0,0314 Cărămidă 0,93 0,0531Fontă strunjită 0,50...0,70 0,0286...0,040 Email alb 0,90 0,0514

Fontă cu asperităţi

0,95 0,0543 Ghips 0,80 0,0457

Fontă oxidată

0,65...0,78 0,0371...0,044Geamuri duble

0,12 0,0068

Nichel polizat

0,045...0,087 0,0025...0,00497Geamuri simple

0,06 0,0034

Nichel oxidat

0,110,0063

Hârtie 0,8...0,9 0,0457...0,0514

Oţel polizat 0,57...0,56 0,0297...0,032Lemn de construcţii

0,8...0,9 0,0457...0,0514

Oţel cu asperităţi

0,94...0,97 0,0537...0,055 Lac negru 0,8...0,95 0,0457...0,0543

Tabel T3.2.1.1/a Valorile coeficientului de absorbţie A pentru diverse materiale (continuare)Denumirea materialului şi calitatea suprafeţei

AA/αe

[m2K/W]

Denumirea materialului şi calitatea suprafeţei

AA/αe

[m2K/W]

A. Materiale B. Materiale de construcţiiOţel oxidat 0,82 0,0468 Marmură 0,94 0,0537Plumb oxidat 0,28...0,63 0,016...0,036

Negru de fum

0,93...0,98 0,0531...0,056

Tablă zincată nouă 0,23 0,0131

Piatră de calcar

0,95 0,0542

Tablă zincată oxidată

0,278 0,0159Plăci ceramice

0,95 0,0542

Zinc polizat 0,045...0,053 0,0029...0,003 Sticlă netedă,

0,93...0,94 0,0531...0,0537

31

groasăStuc 0,93 0,0531Şamotă 0,59 0,0337Tencuială, mortar

0,91 0,052

Vopsele de aluminiu

0,2...0,35 0,0114...0,020

Vopsele de ulei

0,8...0,9 0,0457...0,0514

32

CURS 5

3.1.1.2. Aporturi de căldura prin elemente de construcţie fără inerţie termică (QFE)

Fluxul termic pătruns în încăpere prin elementele de construcţie exterioare fără inerţie termică (ferestre, luminatoare) se calculează cu relaţia:

QFE = QI + QT [W] (3.1.1.2/1)

QI - fluxul termic cauzat de radiaţia solară directă şi difuză. [W]QT - fluxul termic cauzat de diferenţa de temperatură dintre exterior şi interior.

Calculăm:

QI = c1.c2

.c3.m(Si

.a1.a2 + SFE ) [W] (3.1.1.2/2)

c1 - coeficient de calitate a ferestrei în funcţie de tipul sticlei şi alcătuirea ferestrei. Valorile sale sunt date în tabelul (3.1.1.2/b).c2 - coeficient de ecranare a ferestrei în funcţie de tipul dispozitivului de ecranare şi locul său de montaj. Valorile sale sunt date în tabelul (3.1.1.2/b).c3 - raportul între suprafaţa sticlei şi suprafaţa totală a ferestrei. Valorile sale sunt date în nomograma (3.1.1.2/c).m - coeficient de acumulare a fluxului termic radiant în elementele de delimitare interioară a încăperii, în funcţie de coeficientul mediu de asimilare termică Smed. Valorile sale sunt date în tabelul (3.1.1.2/d).

Si - suprafaţa însorită a ferestrei [m2], care se calculează cu relaţia:

Si = (H-hu).(B-bu) [m2] (3.1.1.2/3)

B,H - lăţimea, respectiv înălţimea ferestrei [m]bu, Hu - lăţimea, respectiv înălţimea umbrei în planul ferestrei [m]. Acestea se calculează cu relaţia:

hu = c [m] bu = c [m] (3.1.1.2/4)

S1, S2 - lăţimea elementului de umbrire în plan orizontal, respectiv vertical.c1’, c2’ - coeficienţi în funcţie de unghiul de înălţime solară şi azimut. Valorile lor sunt date în tabelul (T3.2.1.1/e)

33

T3.2.1.1/e Valorile coeficienţilor şi pentru determinarea suprafeţelor umbrite ale ferestrei

Orient. LunileOra de calcul6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

NIV; VIII 7,11/1,00 - - - - - - - - - - - 7,11/1,00 IV; VIII

NV; VII 4,01/1,04 14,3/6,76 - - - - - - - - - 14,3/6,76 4,01/1,04 V; VIIVI 3,27/1,03 8,14/4,25 - - - - - - - - - 8,14/4,25 3,27/1,03 VI

NE

IV; VIII 0,75/0,18 1,11/0,51 1,66/1,08 3,08/2,62 28,64/31,8 - - - IV; VIII

NVV; VII 0,60/0,29 0,87/0,61 1,28/1,14 2,05/2,35 5,67/8,27 - - - V; VIIVI 0,53/0,34 0,78/0,65 1,11/1,12 1,60/2,10 4,01/6,40 - - - VI

IX - 1,43/0,33 2,36/0,97 5,67/3,37 - - - - IX

X - - 3,73/0,89 28,63/10,9 - - - - X

E

IV; VIII 0,014/0,14 0,05/0,34 0,25/0,57 0,51/0,91 0,93/1,52 2,05/3,14 - - IV; VIII

VV; VII 0,25/0,25 0,07/0,47 0,12/0,71 0,34/1,09 0,70/1,75 1,60/3,55 - - V; VII

VI 0,30/0,34 0,12/0,52 0,05/0,75 0,23/1,14 0,60/1,79 1,43/3,76 - - VI

IX - 0,18/0,19 0,40/0,41 0,70/0,71 1,24/1,24 2,50/2,70 - - IX

X - - 0,58/0,27 0,93/0,52 1,54/0,98 3,27/2,13 - - X

S-E

IV; VIII 1,32/0,23 0,90/0,46 0,60/0,64 0,32/0,85 0,03/1,11 0,34/1,46 1,00/1,12 2,90/4,25 - - - - IV; VIII

SVV; VII 1,66/0,49 1,15/0,71 0,78/0,89 0,49/1,15 0,18/1,45 0,23/1,93 1,00/1,06 4,33/8,40 - - - - - V; VIIVI 1,88/0,63 1,28/0,84 0,90/1,01 0,62/1,31 0,25/1,59 0,18/2,18 1,00/1,48 5,57/12,6 - - VIIX - 0,70/0,23 0,42/0,41 0,18/0,59 0,10/0,78 0,44/1,06 1,00/1,42 2,25/2,36 9,51/7,46 - - - IXX - - 0,27/0,24 0,17/0,38 0,21/0,54 0,53/0,71 1,00/0,96 1,88/1,33 4,70/2,56 - - - - X

S

IV; VIII - 19,08/6,54 4,01/2,29 1,96/1,08 1,07/1,64 0,49/1,53 -71,48 0,49/1,53 1,07/1,64 1,96/1,80 4,01/2,29 19,08/- - IV; VIII

SV; VII - - 8,14/5,80 2,90/3,17 1,43/2,50 0,62/2,22 -72,14 0,64/2,22 1,43/2,50 2,90/3,17 8,14/5,80 - - V; VIIVI - - 19,08/14,40 3,37/4,27 1,66/3,02 0,70/2,61 -/2,47 0,70/2,61 1,66/3,02 3,73/4,27 19,08/14,40 - - VIIX - 5,67/1,09 2,47/1,02 1,43/1,01 0,81/1,00 0,38/1,04 71,00 0,38/1,04 0,81/1,00 1,43/1,01 2,47/1,02 5,67/1,09 - IXX - - 1,73/2,46 1,07/0,56 0,65/0,63 0,30/0,65 70,57 0,30/0,65 0,65/0,63 1,07/0,56 1,73/2,46 - - X

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Lunile Orient.

Ora de calculObservaţie: orientările în stânga se citesc cu orele de calcul de sus, iar cele din dreapta cu orele de jos, la numărător este valoarea iar la numitor

SFE - suprafaţa ferestrei (a golului în zidărie) [m2]- intensitatea maximă a radiaţiei solare directe pentru orientarea considerată

[W/m2] - intensitatea maximă a radiaţiei solare difuze [W/m2]

a1 - factor de corecţie în funcţie de starea atmosferei, conform §(T3.1.1.3)a2 - factor de corecţie în funcţie de altitudine, conform §(T3.1.1.3)

Calculăm:

QT = SFE . kFE (ts

*-ti) [W] (T3.2.1.1/9)

SFE - are semnificaţia anterioarăkFE - coeficientul global de schimb de căldură al ferestrei [W/m2K]ti - temperatura de calcul a aerului interior [oC]ts

* - temperatura exterioară echivalentă de calcul [oC]. Ea se calculează cu expresiile:

- pentru ferestre simple:

ts* = te + [oC] (T3.2.1.1/10)

- pentru ferestre duble:

ts* = te + [oC] (T3.2.1.1/10)

te, A, I, αe - au semnificaţiile anterioare

- pentru ferestre din lemn simple (sau duble) cu geamuri din sticlă obişnuită:

ts* = te

- pentru ferestre metalice simple şi geamuri din sticlă obişnuită: ts* = te + 10

- pentru ferestre metalice duble şi geamuri din sticlă obişnuită: ts* = te + 15

3.1.1.3. Aporturi de căldură de la încăperi vecine (Qi)

Există două situaţii diferite de calcul a fluxului termic (Q i) pătruns din încăperile vecine şi anume:

a) Încăperi vecine slab însorite (caz întâlnit mai des)În această situaţie fluxul termic pătruns din aceste încăperi este considerat constant şi se calculează cu relaţia:

Qi = SPi kPi (ta - ti) [W] (3.1.1.3/1)

SPi - suprafaţa peretelui interior prin care pătrunde căldura din încăperea vecină [m2]kPi - coeficientul global de transfer termic al peretelui considerat [W/m2K]ti - temperatura de calcul a aerului interior în încăperea climatizată [oC]ta - temperatura aerului în încăperea vecină [oC]

Valorile orientative ale termenului Δta = (ta - ti) sunt date în STAS 6648/1-82 în funcţie de orientarea peretelui exterior al încăperii vecine.

b) Încăperi vecine puternic însorite (caz întâlnit mai rar)

În această situaţie fluxul termic pătruns din aceste încăperi nu este constant şi se calculează cu relaţia:

Qi = SPi kPi (tim - ti) + ηΔQV [W] (3.1.1.3/2)

SPi, kPi, ti - au semnificaţiile anterioaretim - temperatura medie a aerului în încăperea vecină [oC]. Aceasta se calculează cu o relaţie similară cu relaţia (3.1.1.1/2).η - coeficientul de amortizare a fluxului termic datorat peretelui despărţitor ΔQIV - fluxul termic variabil pătruns din încăperea vecină [W].

Acesta se calculează cu relaţia:

QV = [W] (3.1.1.3/3)

36

Tabelul 3.1.1.2/b Valorile coeficientului de calitate c1 şi ale coeficientului de ecranare a ferestrelor c2

Tipul sticlei Tipul şi alcătuirea ferestrei c1Locul de montare Tipul dispozitivului de ecrane c2

Obişnuită simplă, geam obişnuit (δ < 5 mm) simplă, geam grosdublă, geamuri obişnuitedublă, ambele geamuri groase

1,00 0,940,900,80

La exterior

jaluzele din aluminiujaluzele din lemn

0,150,20

Absorbanta simpla, cu coeficient de absorbţie 49-56%dubla, cel exterior absorbant (49-56%),cel interior obişnuitidem, cel interior gros

0,730,52

0,50

Intre gemuri

jaluzele metalicerulouri - culoare deschisă

rulouri - culoare semiînchisărulouri - culoare închisă

0,500,50

0,600,70

Reflectanta simpla, cu pelicula de oxid metalic la exterior dubla, geamul exterior reflectant, cel interior obişnuit idem, cu filtru reflectant din metal nobil

0,600,50

0,40

La interior

jaluzele - culoare deschisăjaluzele - culoare semiînchisă

jaluzele - culoare închisădraperii - culoare deschisădraperii - culoare închisă

rulouri - culoare deschisărulouri - culoare semiînchisărulouri - culoare închisă

0,600,70

0,800,550,70

0,500,700,85

Cărămizi goale din sticla (100x100 mm) fără culoare

cu suprafeţe nervurate (modele în relief - profilit etc.) idem, plus inserţie de fibrecu suprafeţe netedeidem şi inserţii de fibre

0,40

0,300,600,40

3.1.1.2/d Valorile coeficientului de acumulare m pentru ferestre neprotejate laexteriorSmedW/m2K

Ori-en-ta-re

Ora zilei (τ)4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

>10,5

N 0,25 0,31 0,39 0,47 0,54 0,59 0,62 0,65 0,69 0,71 0,72 0,71 0,68 0,66 0,64 0,60 0,54 0,46 0,37NE 0,16 0,21 0,28 0,37 0,43 0,47 0,47 0,44 0,40 0,37 0,34 0,31 0,29 0,25 0,23 0,20 0,18 0,16 0,14E 0,16 0,20 0,27 0,35 0,44 0,50 0,53 0,52 0,48 0,42 0,37 0,32 0,28 0,24 0,21 0,19 0,16 0,14 0,13SE 0,14 0,18 0,23 0,30 0,39 0,47 0,53 0,56 0,56 0,53 0,48 0,41 0,35 0,30 0,25 0,21 0,17 0,15 0,13S 0,11 0,12 0,15 0,18 0,23 0,29 0,37 0,45 0,51 0,56 0,57 0,55 0,50 0,43 0,36 0,29 0,23 0,19 0,15SV 0,11 0,11 0,13 0,15 0,17 0,20 0,24 0,29 0,35 0,43 0,49 0,55 0,57 0,56 0,52 0,45 0,37 0,30 0,23V 0,11 0,12 0,13 0,14 0,16 0,18 0,20 0,23 0,27 0,32 0,37 0,44 0,50 0,53 0,51 0,49 0,41 0,33 0,26NV 0,11 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,25 0,26 0,30 0,33 0,37 0,42 0,45 0,48 0,47 0,42 0,35 0,28Oriz, 0,15 0,17 0,21 0,26 0,33 0,41 0,48 0,56 0,61 0,65 0,66 0,65 0,59 0,55 0,48 0,40 0,33 0,27 0,22

37

T3.2.1.1/d Valorile coeficientului de acumulare m pentru ferestre neprotejate laexterior (continuare)SmedW/m2K

Ori-en-ta-re

Ora zilei (τ)

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

1,5......10,5

N 0.31 0.42 0.52 0.59 0.63 0.66 0.70 0.74 0.77 0.76 0.74 0.70 0.68 0.65 0.60 0.51 0.40 0.30NE 0.16 0.25 0.33 0.43 0.50 0.53 0.50 0.45 0.40 0.36 0.33 0.30 0.27 0.23 0.21 0.18 0.15 0.13 0.10E 0.16 0.22 0.32 0.42 0.51 0.57 0.59 0.55 0.48 0.41 0.35 0.29 0.25 0.22 0.19 0.16 0.13 0.11 0.09SE 0.13 0.18 0.26 0.35 0.45 0.55 0.61 0.63 0.61 0.56 0.48 0.40 0.32 0.26 0.22 0.18 0.14 0.11 0.09S 0.08 0.13 0.13 0.18 0.25 0.33 0.43 0.52 0.59 0.64 0.63 0.58 0.50 0.41 0.32 0.25 0.19 0.15 0.11SV 0.08 0.09 0.11 0.13 0.17 0.21 0.25 0.32 0.41 0.49 0.57 0.62 0.63 0.59 0.53 0.44 0.34 0.25 0.18V 0.08 0.10 0.11 0.13 0.15 0.17 0.21 0.25 0.29 0.36 0.44 0.51 0.56 0.59 0.56 0.49 0.36 0.30 0.22NV 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23 0.26 0.29 0.33 0.36 0.41 0.47 0.52 0.53 0.49 0.48 0.31 0.23Oriz, 0.12 0.15 0.21 0.36 0.37 0.46 0.55 0.63 0.69 0.72 0.72 0.68 0.62 0.54 0.45 0.36 0.28 0.21 0.16

<4,5

N 0.22 0.31 0.48 0.59 0.65 0.68 0.70 0.75 0.80 0.82 0.80 0.75 0.71 0.69 0.66 0.59 0.47 0.33 0.21NE 0.17 0.27 0.40 0.52 0.59 0.58 0.53 0.47 0.41 0.35 0.32 0.28 0.25 0.21 0.18 0.15 0.13 0.09 0.07E 0.16 0.25 0.28 0.50 0.61 0.66 0.64 0.58 0.43 0.39 0.31 0.26 0.22 0.19 0.16 0.13 0.10 0.08 0.06SE 0.12 0.19 0.29 0.41 0.54 0.64 0.69 0.70 0.64 0.56 0.48 0.36 0.28 0.22 0.18 0.14 0.10 0.07 0.06S 0.06 0.09 0.13 0.19 0.28 0.38 0.50 0.61 0.69 0.71 0.68 0.60 0.49 0.38 0.27 0.19 0.14 0.10 0.07SV 0.05 0.07 0.10 0.13 0.17 0.21 0.28 0.36 0.46 0.57 0.66 0.70 0.69 0.63 0.52 0.40 0.28 0.19 0.13V 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.21 0.26 0.31 0.40 0.49 0.57 0.65 0.67 0.60 0.49 0.35 0.24 0.16NV 0.07 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.28 0.31 0.35 0.39 0.46 0.54 0.59 0.58 0.51 0.38 0.26 0.15Oriz, 0.10 0.15 0.21 0.31 0.40 0.53 0.63 0.72 0.77 0.79 0.72 0.72 0.68 0.62 0.41 0.30 0.22 0.15 0.11

CURS 6

3.1.2 Degajări de căldură. Calcul.

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

c 3

S [m²]

1

2

3

Fig. 3.2.1.1/c Nomoframa pentru coeficientul c3 (care tine seama

de suprafata cercevelelor):1- ferestre metalice; 2 - ferestre simple; cuplate din lemn; 3 - ferestre duble din lemn;pentru vitrine c3 = 1; pentru usi de balcoane cu geam c3 = 0,5.

38

Fluxul termic degajat de sursele interioare se calculează cu relaţia:

Qdeg = QOM + QIL + QAS [W] (3.1.2/1)

QOM - fluxul termic degajat în încăpere de la oameni [W]QIL - fluxul termic degajat în încăpere de la corpurile de iluminat [W]QAS - fluxul termic degajat în încăpere de alte surse interioare [W]

3.1.2.1. Degajări de căldură de la oameni

Fluxul termic degajat în încăpere de oameni se calculează cu relaţia:

QOM = N . qOM [W] (3.1.2.1/1)

N- numărul de persoane din încăpere qOM - fluxul termic unitar degajat de o persoană [W/pers]. Valoarea sa se determină din nomograma (T3.2.1.2/a) în funcţie de efortul fizic depus şi temperatura aerului interior.

3.1.2.2. Degajări de căldură de la corpurile de iluminat

3.1.2.2/a Degajări de căldură şi umiditate la oameni:1 - muncă grea; 2 - muncă medie; 3 - muncă uşoară; 4 - repaus; - degajare totală de căldură; --- degajare de căldură latentă.

39

Fluxul termic degajat în încăpere de la corpurile de iluminat se calculează cu relaţia:

QIL = B . NIL [W] (3.1.2.2/1)

NIL - puterea instalată a corpurilor de iluminat [W] în funcţie de nivelul de iluminare (NIL = N [W/m2] . Sincapere [m2])

B - coeficient care ţine seama de partea de energie electrică transformată în căldură. Pentru ventilare sus-sus, B=0,75.

3.1.2.3. Degajări de căldură de la alte surse interioare

Pentru aprofundarea calculului fluxului termic degajat în încăpere de alte surse interioare recomand: „Manualul de instalaţii - Volumul V”

3.2. Sarcina termică de încălzire (de iarnă)

Sarcina termica de încălzire (de IARNĂ) pentru o încăpere ventilată sau climatizată, se calculează cu relaţia:

QI = Q deg - QP [W] (3.2/1)

Qdeg - fluxul de căldură degajat în încăpere de la sursele interioare [W] Qp - fluxul de căldură pierdut de încăpere [W]

3.2.1. Degajări de căldură. Calcul

Calculul este identic cu cel de al situaţia (de vară) prezentat la § (T3.2.1.2), fapt pentru care se preia în calcule valoarea rezultată din calcule de la situaţia (de vară).Se modifică această valoare doar:

- Dacă au loc în interiorul încăperii degajări de căldură ale căror valori depind de temperatura interioară de calcul (ti), care diferă în situaţia de iarnă de cea de vară.

- Daca în încăpere sunt montate corpuri statice de încălzire care să asigure temperatura „de gardă” la nefuncţionarea instalaţiei de climatizare. în acest caz, fluxul de căldură degajat de corpurile statice se adăugă evident la fluxurile termice degajate în încăpere de la celelalte surse interioare (oameni, iluminat, alte surse).

3.2.2. Pierderi de căldură

40

Fluxul de căldură pierdut în încăpere se calculează conform SR1907-1/97 - „Necesarul de căldura de calcul”.

3.3. Sarcina de umiditate a unei încăperi

Sarcina de umiditate a unei încăperi ventilate (climatizate) reprezintă debitul de vapori de apă care trebuie preluat sau cedat aerului din încăpere de către aerul de ventilare (climatizare).

3.3.1. Sarcina de umiditate (de vară)

Sarcina de umiditate (de vară) pentru o încăpere ventilată (climatizată) se calculează cu relaţia:

GV = ΣGdeg-ΣGcons [Kg/s] (3.3.1/1)

ΣGdeg - suma degajărilor de umiditate în interiorul încăperii [Kg/s]ΣGcons - suma consumurilor de umiditate în interiorul încăperii [Kg/s]

3.3.1.1 Degajări de umiditate la oameni

Debitul de vapori de apă eliminat de oameni prin respiraţie şi transpiraţie se calculează cu relaţia:

G=N.go [Kg/s] (3.3.1.1/1)

N - numărul oamenilor din încăperego - debitul unitar (degajat de o persoană) de vapori de apă degajaţi de om [Kg/s.pers] care depinde de intensitatea muncii prestate şi temperatura de calcul a aerului interior (ti). Valorile sale se determină din nomograma (T3.2.1.2/a).

3.3.1.2 Degajări de umiditate de la alte surse

Pentru calculul acestora recomand: „Manualul de instalaţii - Volumul V”.3.3.2 Sarcina de umiditate (de iarnă)

Aceasta se determina analog cu cea pentru situaţia (de VARĂ).

CURS 7

41

3.4. Debitul de aer pentru încăperi climatizate sau ventilate

Prin „debit de aer” se înţelege: cantitatea orară de aer necesar a fi introdus într-o încăpere, pentru a menţine concentraţia unei anumite noxe la o valoare dată. Atunci când într-o încăpere se degajă mai multe feluri de noxe, se determină câte un debit de aer pentru fiecare noxă în parte şi se adoptă valoarea cea mai mare rezultată din calculele efectuate. Pentru marea majoritate a încăperilor climatizate (ventilate) debitul de aer necesar pentru climatizare (ventilare) rezultă din condiţia preluării simultane a degajărilor de căldură şi umiditate. Exemplificativă din acest punct de vedere este situaţia (de vară), când atât sarcina de umiditate, cât mai ales sarcina termică de răcire sunt mai mari decât cele corespunzătoare situaţiei de iarnă. Calculul debitului de aer pentru climatizare (ventilare) este influenţat de asemenea de sistemul de climatizare (ventilare) adoptat, în sensul că (deşi este neeconomic) pentru a nu creea inconfort, trebuie limitată diferenţa de temperatură între aerul existent în interior şi cel introdus în încăpere în funcţie de amplasarea gurilor de introducere (respectiv “sus” sau “jos”).

3.4.1 Debitul de aer pentru încăperi climatizate În cazul instalațiilor de climatizare debitul de aer calculat pentru perioada de vară este mai mare decât cel calculat pentru perioada de iarnă, mai ales din cauza necesității limitării diferenței de temperatură dintre temperatura aerului de condiționare (tc) introdus în încăpere și temperatura interioară (ti), limitare impusă în vederea evitării senzației de inconfort pe care ar putea să o creeze o temperatură prea scăzută a aerului de condiționare introdus în încăpere. Se crează astfel două situații distincte în ceea ce privește alegerea debitului de aer al instalației de climatizare și anume: - În cazul în care ventilatoarele nu au turație variabilă, se adoptă atât pentru vară cât și pentru iarnă debitul de aer calculat pentru situația de vară. Aceasta reprezintă o soluție mai puțin economică, datorită funcționării în perioada de iarnă cu un debit de aer mai mare decât cel necesar. - În cazul în care ventilatoarele au turație variabilă, se adoptă soluția economică de funcționare a instalației de climatizare, respectiv cu debite de aer diferite pentu vară și iarnă, rezultate din bilanțurile de căldură și umiditate corespunzătoare fiecărei perioade în parte. De asemenea metoda de calcul a debitului de aer este influențată de sistemul de climatizare adoptat. Din acest punct de vedere avem două situații diferite și anume: - în cazul sistemului ”sus-jos” sau ” sus-sus”, starea aerului evacuat din zona de lucru este cunoscută, ceea ce permite ca debitul de aer să poată fi calculat cu ecuațiile de bilanț termic ale zonei de lucru.

42

- în cazul sistemului ”jos-sus”, starea aerului evacuat sus nu este cunoscută,fapt pentru care este necesar să se întocmească bilanțuri separate pentru zona de lucru, respectiv pentru partea de sus a încăperii.

3.4.1.1. Situaţia (de vară)

a. Sistemul „sus-jos” sau „sus-sus”

Pentru calculul debitului de aer se utilizează diagrama h-x.Etapele calculului debitului de aer sunt următoarele:1. Se înscrie în diagrama h-x punctul de stare al aerului interior, vara IV(ti,φi).

ti - temperatura aerului interior [oC] (adoptată pe considerente de confort sau tehnologice)φi - umiditatea relativă a aerului interior [%] (adoptată pe considerente de confort sau tehnologice)

2. Se calculează raza procesului, vara:

(3.4.1.1/1)

3. Se stabileşte temperatura aerului introdus („de climatizare”) tc ştiind că diferența de temperatură Δt = ti - tc este:

8......10 [oC] pentru introducere aer „sus”2......3 [oC] pentru introducere aer „jos”

4. Se duce prin punctul IV, o paralelă la raza procesului εV. Intersecţia acestei paralele cu izoterma tc = ti - Δt [oC] determină punctul C (punctul de stare al aerului introdus).5. Citim în diagramă valorile hc şi xc.Calculăm debitul de aer din ecuaţiile de bilanţ și anume: - pentru preluarea excesului de căldură,

LQ = (T3.4.1.1/2)

- pentru preluarea excesului de umiditate,

LG = (T3.4.1.1/3)

6. Se adoptă pentru debitul de aer (L) valoarea cea mai mare a lui LQ şi LG.

b. Sistemul „jos-sus”

Acest sistem se întâlneşte în special în cazurile:

43

- Săli de spectacole (sau conferinţe) aglomerate, la care introducerea aerului se face „jos” pentru ca acesta să pătrundă direct în zona de şedere (prin contratrepte sau piciorul ori spătarul scaunelor). - Hale industriale de înălţime mare, la care introducerea aerului se face „jos” pentru ca acesta să pătrundă mai aproape de zona de lucru.

La acest sistem bilanţurile termice şi de umiditate se întocmesc separat pentru zona de lucru respectiv pentru partea superioară a încăperii. Debitul de aer se determină pe baza bilanţurilor pentru zona de lucru şi anume:

L = [Kg/s] (T34.1.1/4)

Parametrii aerului evacuat „sus” se determină pe baza bilanţurilor globale şi anume: - entalpia aerului evacuat sus, din ecuația de bilanț termic a zonei superioare a încăperii

hs = hc + [KJ/Kg];

- conținutul de umiditate al aerului evacuat sus, din ecuația de bilanț de umiditate a zonei superioare a încăperii

xs = xc + [g/kg aer uscat]

OBSERVAŢIE

În lipsa altor precizări: QZL = (0,4÷0,5)Q şi GZL = (0,4÷0,5)G

3.4.1.2 Situaţia de iarnă

a. Sistemul „sus-jos” sau „sus-sus”

În cele mai multe situaţii debitul de aer calculat pentru situaţia (de vară) se menţine şi pentru cea (de iarnă). În acest caz se face o recalculare a parametrilor aerului introdus în încăpere, iarna. Etapele după care se efectuează această recalculare sunt următoarele:1. Se înscrie în diagrama h-x, punctul de stare al aerului interior, iarna Ii (ti, φi).

ti, φi - aceleaşi semnificaţii ca pentru situaţia (de VARĂ)2. Se citesc di diagrama h-x, parametrii hi , xi.3. Se calculează din ecuaţia de bilanţ termic hc şi din ecuaţia de bilanţ de umiditate xc şi anume:

hc = hI - ; xc = xI - (3.4.1.2/1)

44

4. Se calculează raza procesului, iarna:

εI = (T3.4.1.2/2)

5. Se duce prin punctul II o paralelă la raza procesului6. Punctul CI (punctul de stare al aerului introdus, iarna) se determină prin intersecţia acestei paralele cu unul din parametrii calculaţi anterior (hc sau xc).

OBSERVAŢIE

Dacă LVARA ≠ LIARNA, determinarea lui LIARNA se face ca pentru situaţia (de VARĂ), adică în mod identic ca în § (T3.4.1.1).

3.4.2. Debitul minim de aer proaspăt

Debitul minim de aer proaspăt se determină din condiţia menţinerii concentraţiei diverselor noxe în limitele prescrise de norme igienico-sanitare sau de protecţia muncii.Astfel pentru fiecare noxă degajată: Y1, Y2, Y3...... Yn [g/s] se calculează un debit de aer proaspăt: LP1, LP2,....,LPn [Kg/s] necesar pentru menţinerea concentraţiei noxelor în valorile admisibile ya1, ya2, ya3.....yan [g/s] şi anume:

LP1 = , LP2 = ,......., LPn = [Kg/s] (3.4.2/1)

yr1, yr2,...., yrn - concentraţiile aceloraşi noxe în aerul exterior.

Dacă singura noxă degajată într-o încăpere este CO2 degajat de oameniavem:

LP = [Kg/s] cu =N . [g/m3] (3.4.2/2)

N - numărul de persoane.- degajarea de CO2 a unei persoane [g/oră]. Valorile sale sunt date în tabelul

(T3.4.2/a).ya - concentraţia admisibilă a CO2 în funcţie de durata de şedere [g/m3]. Valorile sale sunt date în tabelul (T3.4.2/b).yr - concentraţia de CO2 în aerul exterior [g/m3]. Valorile sale sunt date în tabelul (T3.4.2/c).

Tabel T3.4.2/a Degajări de CO2 Tabel T3.4.2/b Concentraţia admisibila ya Tabel T3.4.2/c

45

ale oamenilor [g/m3] de CO2 în aerul încăperilor Concentraţia de CO2 yr

[g/m3] în aerul exterior Vârsta omului şi caracterul muncii

CO2 In care oamenii se afla permanent (locuinţe) 1,5 Mediu rural 0,5[l/h] [g/h] Pentru copii sau bolnavi 1,0 Oraşe mici 0,6

Adulţi In care oamenii se afla periodic (instituţii) 1,75 Oraşe mari 0,75- munca fizica 45 68 In care oamenii se afla un timp scurt (1-2h) 3,0- munca uşoara 23 35- repaus 23 35

Copii pana la 12 ani 12 18

RECOMANDĂRI

1. Pentru încăperi cu volum mare, debitul de aer proaspăt (LP) trebuie să respecte condiţia:

LP ≥ 0,1L (3.4.2/3)

2. Normele igienico-sanitare din diverse ţări impun un debit specific (unitar) de aer proaspăt de 20...30 [m3/h.persoană].3. Pentru temperaturi exterioare în afara intervalului 0...26 [oC] se admite reducerea debitului specific de aer proaspăt, fără a coborâ sub 10 [m3/h.persoană].

OBSERVAŢIE

Dacă debitul de aer (L) calculat din condiţia preluării simultane a excesului de căldură şi umiditate este mai mare decât debitul de aer proaspăt (LP) pe considerente economice diferenţa de debit (LR=L-LP) se recirculă.

3.4.3. Numarul orar de schimburi de aer

Numărul de schimburi de aer (n) este definit prin raportul:

n= [schimburi/h] (3.4.3/1)

V - volumul încăperii [m3]Valorile recomandate pentru „n” sunt date în tabelul (3.4.3/a).

Tabelul 3.4.3/a Numărul orar de schimburi de aer, n [h1]

Nr. Destinaţia încăperii n Nr. Destinaţia încăperii nA. după Normativul I. 5 12. Duşuri (săli) 20...30

1. Teatre 10...15 13. Garaje 4...52. Magazine - mici

- mijlocii - universale

4...6 4...8 6...8

14. Garderobe 4...615. Laboratoare: - săli mici

- săli mari8...12 6...8

46

3. Cinematografe - sala de spectacol - cabina de proiecţie

6 3...4

16. Magazine - mici - mijlocii - universale

6...84...6 4...64. Săli de dans - fumatul interzis

- fumatul permis6...8

12...16 17. Piscine - sala bazinului - 10 m3/h, m2 suprafaţă apă sau vara: 150...200 m3/h, duş iarna: 75... 100 m3/h, duş - sala duşurilor (maximum) - camera de îmbrăcare

3...4

25...30 8...10

5. Restaurante - fumatul interzis - fumatul permis

5...10 8...12

|6T Spitale - balneofizioterapie - săli de operaţii - săli postoperatorii - săli sterilizare instrumente - saloane de bolnavi - săli de aşteptare, vestiare - radiologie - cabinete dentare - laboratoare - dezinfectarea prealabilă a rufăriei - coridoare

3...656...8 8...12 5...85...85...663...45...85

18. Săli de baie 5...819. Săli de mese 5...1020. Săli de operaţii 15...20

21. Săli de sport 2...322. Săli de şedinţe 6...823. Spălătorii 10...1524. Spitale - debitul de aer proaspăt: m3/h,m2 încăpere

a) Cu cerinţe deosebit de mari în privinţa lipsei germenilor patogeni - săli de operaţii - încăperile anexe sălilor de operaţii - saloane pentru bolnavi

6045 45

7. Spălătorii mecanice - săli cu maşini de spălat - săli cu maşini de călcat - calandre cu abur

15...25 10...15 10...15

8. Garaje - mici - mari

10...15 6...8 b) Cu cerinţe ridicate în privinţa lipsei germenilor

patogeni - săli de operaţii - încăperile anexe sălilor de operaţii - săli de operaţii pentru urgenţe - săli pentru deşteptare - tratament intensiv (chirurgie, interne) - maternităţi - staţionar pentru prematuri - staţionar pentru nou născuţi - staţionar pentru sugari

60 30 45 20 30 30 25 25 15

9. Bucătării comerciale (hoteluri, restaurante, cantine, spitale, şcoli, cazărmi) - mici - mijlocii - mari - spălare vase

20 15 10 5

10. Băi publice - băi cu abur- băi cu aer cald

4 4

11. Biblioteci publice-depozite de cărţi 312. Centrale telefonice 5...1013. Fumoare 8...1014. W.C.-uri comune sau publice - pisoar

- scaun WC25 m3/h 50 m3/h

c) Cu cerinţe normale în privinţa lipsei germenilor patogeni - saloane pentru bolnavi - săli de zi - coridoare - încăperi pentru intervenţii şi tratamente - cabine de îmbrăcare - diagnostic Rontgen - săli de terapie (prin radiaţie) - săli pentru intervenţii uşoare - săli de masaj - săli de gimnastică - săli de odihnă - grupul central de sterilizare - prosectură

10 15 10 18 60 18 18 18 15 10 10 20 30

B. După Recknagel - Sprenger - Schramek1. Acumulatoare - încăperi joase

- încăperi înalte4...6 3...4

2. Ateliere, fără murdărirea deosebită a aerului 3...63. Aule 8...104. Biblioteci 4...55. Birouri 4...86. Bucătării - înălţimea [m].

- locuinţe, vile, 2,5 - 3,5- restaurante, 3-4- hoteluri, cantine 4-6- spitale, cazărmi 3-4 4-6 > 6- dietetice, 3-4- reci, 3-4 4-6- camere pt. copt 3-4 4-6- curăţat zarzavat, spălător 4 - 6

15...2520...3015...2020...3015...2010...155...205...84...68...156...85...8

d) încăperi cu aer contaminat - secţia infecţioasă - încăperi pentru tratamentul cu izotopi

10 10

e) W.C.-uri 1525. Scoli 6...826. Teatre - fumatul interzis

- fumatul permis4...6 5...8

7. Cantine 6...8 27. Trezorerii 3...68. Cabine de vopsit 20...50 28. Vopsitorii chimice 5...159. Călcătorii mecanice 8...12 29. W.C.-uri - publice pe străzi, în pieţe

- în fabrici - în instituţii - în locuinţe

10...15 8...10 5...84...5

10. Cinematografe cu - fumatul interzis - fumatul permis

4...6 5...8

11. Decapare (încăperi) 5...15

47

48

CURS 8

CAPITOLUL 6. PROCEDEE DE TRATARE A AERULUI6.0. Generalităţi Înainte de a fi introdus în încăperi, aerul de ventilare (climatizare) este în prealabil tratat pentru a-i conferi parametrii necesari astfel încât el să îndeplinească funcţia pe care o are în procesele din încăpere.În tehnica ventilării şi climatizării această tratare se realizează prin înserierea unor procese simple, care sunt prezentate în tabelul T2.2.2/a.Cum nu ne interesează practic, decât parametrii aerului la începutul şi la sfârşitul unui proces de tratare (fără să existe o preocupare pentru stările intermediare) reprezentarea acestor procese în diagrame, apar ca linii drepte între cele două puncte care marchează stările iniţială şi finală ale aerului (chiar dacă în realitate stările intermediare se înscriu de fapt pe nişte curbe între cele două puncte).

Raza procesului (ε) este o mărime ce caracterizează transformarea termodinamică a aerului umed (modul în care se produce transformarea) şi este definită de raportul:

(6.0/1)

Q - debitul de căldură preluat (cedat) de aer în cadrul proceselorGV - debitul de umiditate preluat (cedat) de aer în cadrul proceselorΔh - variaţia de entalpie între starea iniţială şi finalăΔx - variaţia de umiditate între starea iniţială şi finală

Orice proces caracterizat printr-o valoare ε a razei procesului este reprezentat printr-o dreaptă paralelă cu dreapta ε = constant.

Parametrii de stare ai aerului interior din clădirile civile şi industriale se modifică continuu, ca urmare a variaţiei permanente a sarcinilor termice şi de umiditate. Menţinerea acestor parametri în limite prescrise presupune extragerea căldurii şi umidităţii în exces (sau introducerea acestora), permanent în funcţie de necesitate, lucru care se poate realiza în două moduri:

cu debit de aer constant, situaţie în care menţinerea stării de echilibru în interior, se realizează prin modificarea permanentă a parametrilor aerului introdus. Aceasta se produce cu echipamente speciale amplasate în incinte amenajate, în exteriorul încăperilor climatizate (exceptând unele situaţii particulare în care umidificarea aerului cu abur sau apă se efectuează chiar în interiorul încăperilor climatizate).

cu debit de aer variabil, situaţie în care menţinerea stării de echilibru în interior, se realizează prin modificarea permanentă a debitului de aer introdus (cu parametrii constanţi ai aerului introdus).Chiar şi în acest caz parametrii aerului introdus sunt de fapt tot variabili de-a lungul anului (de la un sezon la altul).

49

6.1. Transformări simple ale aerului umed

6.1.1. Procesul de încălzire a aerului (procesul 1-2)

Încălzirea aerului este un proces simplu de tratare a acestuia care se realizează cu ajutorul bateriei de încălzire aflată în componența C.T.A.Cum la trecerea transversală prin bateria de încălzire aerul nu primește și nu cedează umiditate (variația umidității în cadrul procesului este zero), procesul de încălzire a aerului în bateria de încălzire este în fapt un proces de încălzire uscată.Cum variația umidității în cadrul procesului este zero (x1= x2, deci: x1- x2=0), aceasta înseamnă că raza procesului de încălzire uscată este: ε = + ∞, respectiv direcția după care se desfășoară procesul este o dreaptă verticală în diagrama h-x , așa cum se poate observa în fig.6.1.1/a.

Fig. 6.1.1/a Reprezentarea procesului de încălzire uscată în diagrama h-x.

Fluxul termic preluat de aer, respectiv cedat de agentul termic în cadrul procesului este: QBI = L. (h2 -h1) [w] (6.1.1/1)Sau cu aproximație: QBI = L. (t2 - t1) [w]

6.1.2. Procesul de răcire a aerului (procesul 1-2)

Răcirea aerului este de asemenea un proces simplu de tratare a acestuia care se realizează cu ajutorul bateriei de răcire aflată în componența C.T.A.În ceea ce privește procesul de răcire a aerului întâlnim două situații distincte în funcție de temperatura bateriei de răcire (tBR) și anume: a. (tBR ≥ tr1), respectiv temperatura bateriei de răcire este mai mare decât temperatura punctului de rouă corespunzătoare aerului de stare 1.

50

În acest caz nu are loc condensarea vaporilor de apă din aer pe țevile bateriei de răcire, deci aerul nu cedează umiditate. Cum nici nu primește umiditate în urma trecerii prin bateria de răcire, rezultă că în acest caz procesul de răcire a aerului este un proces de răcire uscată.În mod similar cu procesul de încălzire uscată, cum variația umidității în cadrul procesului este zero (x1= x2, deci: x1- x2=0), aceasta înseamnă că raza procesului de răcire uscată este: ε = - ∞, respectiv direcția după care se desfășoară procesul de răcire uscată este o dreaptă verticală în diagrama h-x , așa cum se poate observa în fig.6.1.2/a.

Fig. 6.1.2/a Reprezentarea procesului de răcire uscată în diagrama h-x.

Fluxul termic cedat de aer, respectiv preluat de agentul termic în cadrul procesului este: QBR = L. (h1 –h2) [w] (6.1.2/1)Sau cu aproximație: QBR = L. (t1 – t2) [w]

b. (tBR<tr1), respectiv temperatura bateriei de răcire este mai mică decât temperatura punctului de rouă corespunzătoare aerului de stare 1.În acest caz vaporii de apă din aer condensează pe țevile bateriei de răcire, deci aerul cedează umiditate(x1>x2, deci: x1- x2>0). În acest caz procesul de răcire a aerului este un proces de răcire cu uscare.Raza procesului în acest caz nu mai este zero, ci are o valoare ε > 0, respectiv direcția după care se desfășoară procesul de răcire cu uscare este o dreaptă oblică (paralelă cu ε – raza procesului) în diagrama h-x , așa cum se poate observa în fig.6.1.2/b.

51

Fig. 6.1.2/b Reprezentarea procesului de răcire cu uscare în diagrama h-x.

Fluxul termic cedat de aer, respectiv preluat de agentul termic în cadrul procesului este: QBR = L. (h1 –h2) [w] (6.1.2/2)Sau cu aproximație: QBR = L. (t1 – t2) [w]Debitul de vapori de apă condensaţi în timpul procesului este: Gv = L. (x1 - x2) (6.1.2/3)

6.1.3. Procesul de amestec al aerului

În urma amestecului a două debite de aer (L1; L2), de stări 1, respectiv 2, rezultă un debit de aer (L1+ L2) de stare M.

52

Direcția după care se desfășoară procesul de amestec este reprezentată în diagrama h-x de dreapta care unește punctele 1și 2, așa cum se poate observa în fig.6.1.3/a.

Fig. 6.1.3/c Reprezentarea procesului de amestec în diagrama h-x.

Entalpia ( hm) şi conţinutul de umiditate ( xm), ale aerului rezultat în urma amestecului se determină din ecuația de bilanț termic, respectiv de umiditate ale procesului de amestec:

(6.1.3/1)

(6.1.3/2)

CURS 953

6.2. Tratarea aerului cu apă

6.2.1. Procese posibile de modificare a stării aerului în contact cu apa

Tratarea aerului cu apă reprezintă modificarea stării aerului prin punerea sa în contact cu apa şi este un procedeu des folosit în instalaţiile de tratare a aerului. Analiza proceselor posibile de schimbare a stării aerului în contact cu apa se poate face în două moduri și anume:

a) Pornind de la expresia fluxului elementar de căldură schimbat între aer şi apă la punerea lor în contact.

Expresia acestui flux este:

[W] (6.2.1/1)σ

ΔQP - fluxul elementar de căldură perceptibilă schimbat între aer şi apă [W] ΔQl - fluxul elementar de căldură latentă schimbat între aer şi apă [W] t - temperatura aerului [oC] ta - temperatura apei [oC] σ – coeficientul de schimb de substanță între aer și apă. ro- căldura latentă de vaporizare x - conţinutul de umiditate a aerului xa - conţinutul de umiditate a apei

Din analiza termenului care exprimă fluxul elementar de căldură perceptibilă,

respectiv: ...........................................apar următoarele situații (procese) posibile: proces de răcire a aerului, dacă t > ta , rezultă ΔQP>0, adică aerul cedează apei

căldură perceptibilă, ceea ce face ca aerul să se răcească. proces izotermic, dacă t = ta, rezultă ΔQP=0, adică nu are loc schimb de căldură

perceptibilă între aer și apă, ceea ce face ca aerul să își păstreze aceeași temperatură.

proces de încălzire a aerului, dacă t < ta , rezultă ΔQP<0, adică apa cedează aerului căldură perceptibilă,ceea ce face ca aerul să se încălzească.

Din analiza termenului care exprimă fluxul elementar de căldură latentă,

respectiv: ...........................................apar următoarele situații (procese) posibile: proces de uscare a aerului, dacă x > xa, ceea ce înseamnă că ta< tτ rezultând

ΔQl>0, adică aerul cedează apei căldura latentă odată cu vaporii ce condensează. proces după x=ct., dacă x = xa, ceea ce înseamnă că ta= tτ rezultând ΔQl=0, adică

nu are loc nici condensare, nici evaporare a aerului, schimbul de căldură latentă fiind nul.

54

proces de umidificare a aerului, dacă x < xa, ceea ce înseamnă că ta> tτ rezultând ΔQl<0, adică aerul primește de la apă căldură latentă odată cu apa evaporată.

b) Pe cale grafică

În acest caz procesele posibile de schimbare a stării aerului în contact cu apa sunt figurate în diagrama h-x (vezi figura 6.2.1/a) şi prezentate în tabelul 6.2.1/A.

t – temperatura aerului după termometrul uscat.t’ – temperatura aerului după termometrul umed. tτ – temperatura punctului de rouă.

După cum se poate observa în figura 6.2.1/a, procesele pot evolua după 7 direcţii.A – reprezintă starea iniţială a aerului.1 , 2 , ..., 7 – reprezintă stările finale ale aerului (în procesele reale). 1’, 2’, ..., 7’ –reprezintă stările finale ale aerului (în procesele ideale).

Tabelul 6.2.1/A Procese posibile de modificare a stării aerului în contact cu apaProces după direcţia

Temperatura apei, ta

Raza procesului, ε

Δx Δh Δt Denumirea procesului

A - 1 ta > t ε > hv >0 >0 >0 umidificare cu încălzire t = const. (A-2) ta = t ε = hv >0 >0 =0 umidificare izotermicăA-3 ta > t > t’ 0 < ε < hv >0 >0 <0 umidificare cu răcire şi creşterea entalpieih = const. (A-4) ta = t’ ε ≈ 0 >0 =0 <0 umidificare adiabaticăA-5 t’ > ta > tτ - ∞ < ε < 0 >0 <0 <0 umidificare cu răcire şi scăderea entalpiei

Fig. 6.2.1/a Cazurile posibile de modificare a stării aerului in contact cu apa.

55

x = const. (A-6) ta = tτ ε = - ∞ =0 <0 <0 răcire la x = constantA-7 tτ > ta > 0 0C ε > 0 <0 <0 <0 răcire cu uscare

Procesele: A - 2 (t=ct.), umidificare izotermică; A - 4 (h=ct.), umidificareadiabatică; A - 6 (x=ct.), răcire uscată, sunt cele mai utilizate în instalaţiile de tratare a aerului.

Procesele A- 1; A- 3; A- 5; A- 7, sunt procese politropice.

6.2.1.1. Umidificare izotermică (t=ct.)

Cu notaţiile din figura 6.2.1.1/a, putem scrie: tA = t2 = t. Raza procesului este:

hv - entalpia vaporilor de apă

În realitate temperatura apei pulverizate nu depăşeşte 30 oC, ceea ce înseamnă că în practică se poate considera că umidificarea izotermică are loc după direcţia ε = 2500.

6.2.1.2. Umidificare adiabatică (h=ct.)

Cum h = ct. → Δh = 0 → hA= h4, ceea ce înseamnă:

sau

Cum cpv.(t4x4 - tAxA) << ro

.(x4 - xA) se poate neglija acest termen, obţinând:cp(tA - t4) = r0(x4 - xA) adică:Aerul răcindu-se de la tA la t4, cedează apei cantitatea de căldură perceptibilă cp(tA -t4). Această căldură este absorbită de apă (sub forma căldurii latente ro(x4 - xA)), ceea ce conduce la

evaporarea a Δx [kg apă], vapori preluaţi de aer.

Fig. 6.2.1.1/a Umidificare izotermică

Fig. 6.2.1.2/a Umidificare adiabatică

56

Aerul primeşte odată cu vaporii şi căldura perceptibilă conţinută în apa care s-a evaporat, adică (ro + cata)Δx.Diferenţa entalpiilor finală şi iniţială este:

Prin urmare, raza procesului real (A - 4”) este:

În realitate temperatura apei pulverizate este mică (valoarea ε” este mică) ceea ce înseamnă că în practică se poate considera că umidificarea adiabatică are loc după direcţia ε = 0.

COMPLETĂRI

- Umidificarea adiabatică este larg utilizată în instalaţiile de climatizare, mai ales în situaţia (de iarnă), pentru unele procese de tratare complexă a aerului folosindu-se tot timpul anului. - Este un procedeu simplu, avantajos, uşor de realizat (o pompă preia apa din bazinul camerei de pulverizare şi o pulverizează prin nişte diuze în curentul de aer). - Temperatura apei pulverizate se menţine permanent la valoarea temperaturii după termometrul umed (nefiind necesară nici încălzirea nici răcirea acesteia).

6.2.1.3. Procese politropice

Spre deosebire de „umidificarea adiabatică” (la care temperatura apei pulverizate este constantă) în procesele politropice temperatura apei pulverizate se modifică.În procesul politropic prezentat în figura 6.2.1.3/a, aerul de stare iniţială 1, se pune în contact cu apa de stare iniţială 3.Se constată că starea aerului se deplasează de la 1 la 2 iar apa se încălzeşte de la 3 la 4.Dacă se măreşte coeficientul de pulverizare μ, starea finală a aerului va fi 5 (în loc de 2) şi cea a apei 6 (în loc de 4) în aşa fel încât punctele 5 şi 6 să se găsească pe aceeaşi adiabată.Mărind în continuare debitul de apă starea aerului va

evolua de la 5 la 6 (umidificare adiabată).

OBSERVAŢIE Procesul 5-6 (umidificare adiabatică) este nedorit pentru procesul de răcire şi uscare 1-5.

Fig. 6.2.1.3/a Procese politropicede răcire şi uscare

57

S-a constatat că în camerele de pulverizare, picăturile (inerente) de apă se evaporă instantaneu, astfel încât procesul de răcire şi uscare este însoţit de o nedorită umidificare adiabatică.

CURS 10

58

6.3. Tratarea complexă a aerului de climatizare

În vederea trasării proceselor de tratare complexă a aerului în diagrama h-x, trebuiesc stabilite punctele de stare determinantă, care pe măsura ce se definesc se înscriu intr-un tabel şi se reprezintă în diagrama h-x.

6.3.1. Situaţia (de vară)

Pentru situaţia (de vară) procedura este următoarea:

1. Se reprezintă în diagrama h-x, punctul I (punctul de stare al aerului interior VARĂ). Acesta este definit: I(ti;φi). Corespunzător punctului I se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: xi, hi şi se completează în tabel.

2. Se reprezintă în diagrama h-x, punctul E (punctul de stare al aerului exterior de VARĂ). Acesta este definit: E (te; xe). Corespunzător punctului E se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: he, φe şi se completează în tabel.

3. Se determină starea aerului amestecat (punctul M). Acesta este situat pe dreapta IE, la intersecţia acesteia cu unul din parametrii:

din ecuaţia de bilanţ termic a amestecului

(Le=Lp şi Li=LR=L-Lp)

din ecuaţia de bilanţ de umiditate a amestecului

Corespunzător punctului M se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: tM, φM şi se completează în tabel.

4. Se trasează raza procesului .

5. Se determină starea aerului de climatizare (introdus) (punctul C). Acesta este situat la intersecţia paralelei prin I la raza procesului (εv) cu izoterma tc, determinată dintr-o condiţie de confort şi anume tc= ti - Δt [oC]

Δt = 4...7 [oC] pentru introducerea aerului „sus”Δt = 4...7 [oC] pentru introducerea aerului „jos”

Corespunzător punctului C se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume : xc, hc, φc şi se completează în tabel.6. Se reprezintă starea punctului de rouă (R) corespunzător parametrilor aerului

de climatizare (introdus) C. Acesta este situat la intersecţia verticalei (xc=ct.) coborâte din C, cu curba 85÷90%.Corespunzător punctului R se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: tR, hR şi se completează în tabel.

59

7. Se reprezintă punctul „ajutător” 1 la intersecţia izotermei tBR (temperatura bateriei de răcire) cu φ=100%.

8. Se reprezintă punctul de stare a aerului uscat (U). Acesta este situat la intersecţia dreptei 1M cu adiabata hR.Corespunzător punctului U se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: tU, xU, φU şi se completează în tabel.

................................ Aici intercalez diagrama și schema CTA

CONCLUZIE

Aşadar procesele complexe de tratare a aerului, situaţia (de vară), în acest caz sunt:I+E → M proces de amestec (în camera de amestec).M-U proces de răcire cu uscare (în bateria de răcire).U-R proces de umidificare adiabatică (în camera de pulverizare)R-C proces de reîncălzire (în bateria de reîncălzire)C-I evoluţia aerului în încăpere (în încăpere)

6.3.2. Situaţia (de iarnă) - punctul de amestec deasupra curbei de saturaţie

Pentru situaţia (de iarnă) procedura este următoarea:

1. Se reprezintă în diagrama h-x, punctul I (punctul de stare a aerului interior IARNĂ). Acesta este definit: I(ti;φi). Corespunzător punctului I se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: xi, hi şi se completează în tabel.

2. Se reprezintă în diagrama h-x punctul E (punctul de stare al aerului exterior IARNĂ). Acesta este definit: E(te; xe). Corespunzător punctului E se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: he, φe şi se completează în tabel.

3. Se determină starea aerului amestecat (punctul M). Acesta este situat pe dreapta IE, la intersecţia acesteia cu unul din parametrii:

din ecuaţia de bilanţ termic a amestecului

(Le=Lp şi Li=LR=L-Lp)

din ecuaţia de bilanţ de umiditate a amestecului

Corespunzător punctului M se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: tM, φM şi se completează în tabel.

4. Se trasează raza procesului .

60

5. Se determină starea aerului de climatizare (introdus) (punctul C). Acesta este situat la intersecţia paralelei prin I la raza procesului (εI) cu unul din parametrii:

Corespunzător punctului C se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şianume: tc, φc şi se completează în tabel.

6. Se reprezintă starea punctului de rouă (R) corespunzător parametrilor aerului de climatizare introdus (C). Acesta este situat la intersecţia verticalei (xc = ct.) coborâta din C, cu curba φ = 90÷95%.Corespunzător punctului R se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: tR, hR şi se completează în tabel.

7. Se reprezintă punctul de stare al aerului preîncălzit (P). Acesta este situat la intersecţia dreptelor xM = ct. şi hR = ct. Corespunzător punctului P se citesc din diagrama h-x şi ceilalţi parametri şi anume: tP, φP şi se completează în tabel.

................................ Aici intercalez diagrama și schema CTA

CONCLUZIEAşadar procesele complexe de tratare a aerului, situaţia (de IARNĂ), în acest caz sunt:

I+E → M proces de amestec (în camera de amestec)M-P proces de preîncălzire (în bateria de preîncălzire)P-R proces de umidificare adiabatică (în camera de pulverizare)R-C proces de reîncălzire (în bateria de reîncălzire)C-I evoluţia aerului în încăpere (în încăpere)

CURS 13

61

CAPITOLUL 7. CALCULUL GURILOR DE AER ŞI AL CANALELOR DE AER

7.1. Mişcarea aerului în încăperile ventilate (climatizate)

În interiorul încăperilor prevăzute cu ventilare generală trebuie să se realizeze o mișcare dirijată a aerului. Această mișcare este determinată în special de tipul gurilor de introducere și evacuare a aerului în și din încăpere, precum și de poziția relativă a acestora. Performanțele instalațiilor de climatizare sunt influențaate în mare măsură de circulația aerului în interiorul încăperilor, fapt pentru care aceasta trebuie să realizeze o serie de cerințe și anume: - să se asigure ventilarea întregului spațiu astfel încât să nu apară zone în care mișcarea aerului să stagneze, ceea ce ar putea să conducă la acumularea de nocivități în acele zone. - în zona de lucru să se realizeze o distribuție uniformă a debitului de aer introdus. - temperatura și viteza curenților de aer în zona de lucru să se încadreze în limitele necesare asigurării confortului sau a celor impuse de considerente tehnologice după caz.Introducerea aerului în încăperi se poate efectua: - Concentrat, prin intermediul unor guri de introducere. În acest caz aerul introdus în încăpere cu viteze relativ mari ( vI= 2....5 m/s) formează jeturi, care în dezvoltarea lor antrenează aerul interior imprimând acestuia o mișcare generală. După stingerea jetului, mișcarea aerului este influențată de aspirație, care se realizează prin intermediul gurilor de evacuare a aerului amplasate corespunzător. - Pe un front larg, prin deschideri de suprafață mare uniform repartizate, amplasate la nivelul plafonului, al pardoselii sau al pereților. În acest caz aerul introdus cu viteze mici realizează o mișcare uniformă, parcurgând întreaga secțiune a încăperii, după care este evacuat prin deschideri similare amplasate de obicei pe elementul de construcție opus celui prin care s-a realizat introducerea. Prin combinarea variantelor de poziționare a gurilor de introducere și evacuare a aerului în și din încăpere, se obțin o serie de scheme de ventilare și anume: -sus-sus(introducere pe la partea superioară – evacuare pe la partea superioară ) -sus-jos(introducere pe la partea superioară – evacuare pe la partea inferioară ) -jos-sus(introducere pe la partea inferioară – evacuare pe la partea superioară )Probleme complexe în ceea ce privește mișcarea aerului în interiorul încăperilor apar în acele încăperi în care se produc degajări importante de căldură prin convecție. În acest caz mișcarea aerului generată de suprafețele convective se suprapune circulației generale a aerului imprimată de instalația de ventilare, aspectul aerodinamic al mișcării fiind modificat în funcție de nivelul de temperatură, dimensiunea și poziția surselor de căldură.Practic nu se pot da soluții unice, general valabile în ceea ce privește amplasarea gurilor de introducere și evacuare a aerului, fiecare caz în parte necesitând o analiză atentă, în vederea adoptării celei mai bune soluții.

62

O recomandare generală foarte importantă este aceea ca prin amplasarea gurilor de introducere și evacuare să se realizeze o mișcare a aerului în încăpere în sensul propagării nocivităților, pentru a asigura îndepărtarea eficientă a acestora.

Astfel, în încăperile în care au loc degajări importante de căldură și umiditate , sau în cele în care se fumează, este indicat să se realizeze o evacuare a aerului la partea superioară a încăperii. În acest caz este recomandată introducerea aerului pe la partea inferioară a încăperii la o înălțime maximă de 1,5m de la nivelul pardoselii, sau chiar la înălțimi mai mici, de 0,15m în cazul încăperilor curate. (respective adoptarea sistemului de ventilare jos - sus).

La încăperi obișnuite, cu degajări neimportante de căldură și umiditate se preferă adoptrea sistemului sus – jos. Acesta reprezintă un sistem mai economic în acest caz, în sensul că dimensiunile gurilor de introducere pot fi mult mai mici ca urmare a posibilității de a adopta viteze mari de refulare a aerului în încăpere. Aceste viteze mari nu incomodează întrucât ele se amortizează în lungul jetului până la pătrunderea aerului refulat în zona de lucru.În astfel de încăperi se recomandă amplasarea gurilor de refulare la nivelul plafonului, dacă înălțimea acestuia este mai mică de 3,00m sau la un nivel minim de 3,00m pentru încăperi înalte.De asemenea în cazul acestor încăperi poate fi adoptat și sistemul sus – sus, care este unul mai puțin eficient, dar mai simplu de adoptat din punct de vadere constructiv.

În cazul încăperilor social–culturale în special, o cerință deosebită o reprezintă încadrarea sistemului de ventilare în arhitectura încăperii.

În figura 7.1.1/I, de mai jos sunt prezentate câteva modalităţi de rezolvare a problemelor de circulaţie a aerului, pentru situaţii tip.

Fig. 7.1.1/I Mişcarea aerului in încăperi:a, b, c - birouri; d, e - amfiteatre; f, g - săli de spectacol.

63

7.2. Introducerea și evacuarea aerului în încăperi

7.2.1.Anemostate pentru introducerea și evacuarea aerului.

În multe situații, mai ales în cazul clădirilor administrative, gurile de introducere și evacuare adoptate sunt anemostatele. Anemostatul este un aparat folosit pentru difuzarea aerului în încăperi. Prin construcţia sa, anemostatul conduce la formarea unor jeturi cu caracteristici deosebite de alte guri de refulare şi anume:

- turbulentă mare a curgerii- unghi de împrăştiere foarte mare- amortizarea rapidă a vitezei- micşorarea, uneori pană la dispariţie, a miezului central.

În majoritatea cazurilor, curentul de aer introdus prin anemostat se lipeşte de plafon ca urmare a efectului Coandă. Jeturile anemostatelor din câmp se întâlnesc şi formează un jet vertical care coboară spre zona de lucru.Jeturile anemostatelor de lângă pereţi coboară, lipindu-se de aceştia. (Vezi figura 7.2.1/I).Alegerea anemostatelor trebuie să se facă pentru situaţia dezavantajoasă, a vitezei maxime din zona de lucru. Variaţia vitezei în jetul vertical, format între două anemostate, se determină cu aproximaţie din nomograma 7.2.1/II.Cum detaliile constructive ale anemostatelor au o influentă majoră asupra dezvoltării mişcării jeturilor, fiecare tip de anemostat se alege după o nomograma proprie.

Fig. 7.2.1/I Mişcarea aerului introdus prin anemostate

64

Metodologia de calcul şi stabilirea amplasamentului anemostatelor presupune parcurgerea următoarelor etape:

- pentru o anumită viteză a aerului (impusă) în zona de lucru (v zl) şi înălţime (h) care rezultă din proiect (vezi „h” în figura 7.2.1/I), din nomograma 7.2.1/II se determină viteza maximă din jet (vx).

- cu această viteză calculăm bătaia jetului (s1):

în funcţie de care se calculează distanţa minimă de amplasare a anemostatelor: în câmp → lmin = 2s1

în margine → l = s1 - h7.2.2. Guri de introducere și evacuare a aerului în încăperi

Gurile de introducere și evacuare a aerului trebuiesc amplasate în aşa fel încât să se realizeze schema propusă de circulaţie a aerului în încăpere.Tipul şi numărul gurilor se aleg urmărind fie o amplasare uniformă a lor, fie una concentrată în zonele cu acumulări de nocivităţi.

Fig. 7.2.1/II Nomogramă de calcul a vitezei la jetul format între două anemostate.

65

Secţiunea totală a unei guri de aer este:

[m2] (7.2.2/1)

La - debitul de aer aspirat [m3/h]vo - viteza aerului în secţiunea liberă [m/s]r - coeficientul secţiunii libere

(Tabel 7.2.2/I)

Valorile recomandate pentru vo sunt mari datorită amortizării rapide a vitezei la gurile de aspiraţie.

vo = 2,0...2,5 m/s (în zonele ocupate de oameni, în apropierea scaunelor) vo = 2,5...3,0 m/s (în zonele mai depărtate de scaune) vo ≥ 3,0 m/s (în afara zonelor ocupate)

Viteza vx la o distanţă „x” de gura de aspiraţie se determină cu relaţia (Bromley):

ko - coeficient care depinde de dimensiunile: a (latura mare), b(latura mică) ale gurii ko=7,7 (a/b)0,34.

7.3. Canale de aer

7.3.1. Trasarea şi dimensionarea constructivă

Canalele de aer trebuiesc concepute în aşa fel încât să-şi îndeplinească rolul în instalaţie şi anume:

- să asigure debitele de aer pentru fiecare încăpere.- să asigure posibilităţi de reglare la punerea în funcţiune şi ulterior, la

eventualele modificări ale instalaţiei.- să realizeze o instalaţie eficientă şi silenţioasă.

În multe cazuri, în instalaţiile de ventilare şi climatizare se folosesc canale din tablă cu secţiune rectangulară, care se compun din:

- tronsoane drepte cu secţiunea constantă (axb); , formate din module cu

lungimea maximă de 2 m.- curbe cu secţiunea constantă cu raza medie de curbură R = (1...2) .d (latura după

care se face curbura)- curbe cu secţiunea variabilă (mărirea de secţiune să se facă după o singură

latură). Raportul dintre secţiunea de ieşire şi cea de intrare să nu fie mai mare de 1,5...1,75.

Tabel 7.2.2/I Coeficientul secţiunii libere r, pentru dispozitivele prevăzute

la gurile de aerTipul dispozitivului rGrătare Detzer, trafaoare 0,4...0,6Jaluzele fixe sau reglabile 0,7...0,95Plase de sarma 0,65...0,9Dispozitive de uniformizare la fante

0,9...1,0

66

- difuzoare şi confuzoare care realizează trecerea de la secţiunea (axb) la secţiune (a1xb1) în mod simetric sau asimetric, în unul sau două planuri. Unghiul de deschidere al difuzoarelor să nu fie mai mare de 12...14o pentru a preântâmpina desprinderea curentului de aer, ceea ce ar mări pierderea locală de sarcină şi ar accentua zgomotele în instalaţie.

- ramificaţii (bifurcaţii, trifurcaţii) realizate prin divizarea secţiunii în arii proporţionale cu debitele de aer (pentru a se menţine constantă viteza).

Pentru dimensionarea canalelor de aer este necesar să cunoaştem următoarele date:- numărul, dimensiunile, locurile de amplasare şi debitele gurilor de introducere

şi evacuare.- componenta centralei de ventilare (climatizare) şi locul ei de amplasare.- tipul, dimensiunile, poziţia de montare şi locul de amplasare a prizei de aer

proaspăt şi a celei de evacuare a aerului viciat în atmosferă.Dimensionarea geometrică a canalelor de aer presupune parcurgerea următoarelor etape:

- stabilirea traseului canalelor și trasarea schemei izometrice monofilare a acestuia, ţinând seama de posibilităţile de amplasare a canalelor de aer funcţie de planurile de arhitectură şi de rezistenţă ale clădirii, de locul de amplasare al centralei de ventilare (climatizare) ş.a.m.d.

- determinarea debitelor de aer care se transportă pe fiecare tronson, ceea ce conduce de fapt la stabilirea preliminară a tronsoanelor reţelei de canale.

- stabilirea pe bază de viteze alese, a secţiunii şi a dimensiunilor (laturilor) pe fiecare tronson. Vitezele recomandate ale aerului sunt prezentate în tabelul 7.3.1/ I.

Tabel 7.3.1/ I Viteze recomandateInstalaţii de confort [m/s]

Instalaţii de ventilare industriala [m/s]

priza de aer 2...4 4...6canal de aer proaspăt 4...6 6...8canal principal 4...8 8...12canal secundar 2...5 5...8

Evident secţiunea oricărui canal „i” este:

[m2] (7.3.1/1)

Li - debitul de aer pe tronsonul „i” [m/s]vi - viteza aerului pe tronsonul „i” [m/s]

- desenarea la scară a reţelei de canale (inclusiv toate piesele speciale) pentru a verifica dacă soluţia aleasă se încadrează efectiv în particularităţile

67

constructive ale clădirii. Această etapă este necesară pentru că numai după parcurgerea ei se pot calcula efectiv pierderile de sarcină liniare şi locale.

Canalele circulare sunt avantajoase din punct de vedere economic.Ele se folosesc cu precădere în:

- instalaţii de ventilare industrială.- sisteme de transport hidraulic.- sisteme de climatizare de presiune mare.

Ramificaţiile şi coturile pentru aceste canale se execută mai greu pentru că se realizează din segmente.În prezent, în special pentru instalaţiile de climatizare din clădirile civile, se foloseşte tubulatură din alte materiale decât tablă zincată.Oferta diverşilor furnizori de astfel de tubulaturi este extrem de generoasă.

7.3.2. Calculul pierderilor de sarcină

Pentru orice sistem de canale de aer (de introducere sau de evacuare) pierderile de sarcină hidraulică se calculează cu relaţia:

[Pa] (7.3.2/1)

λ - coeficient (adimensional) de rezistenţă l - lungimea tronsonului de canal [m]de - diametrul echivalent pentru canale rectangulare calculat cu relaţia:

, sau determinat din nomograma 7.3.2/I.

Pentru canale circulare de = d (diametrul canalului)Σξ - suma rezistentelor locale de sarcină pe tronsonul „i”vi - viteza medie a aerului pe tronsonul „i”ρi - densitatea aerului la temperatura medie pe tronsonul „i” [kg/m3]R - pierderea unitară de sarcină liniară pe tronsonul „i” [Pa/m]Z - pierderea de sarcină locală pe tronsonul „i” [Pa]

Pierderile liniare de sarcină sunt date de relaţia:

ΔPlin = [Pa] (7.3.2/2)

Pentru canale netede, valorile lui R sunt date în nomograma 7.3.2/II.Pentru canale rugoase valorile lui R (R’) sunt date în nomograme sau secalculează cu relaţia:

R’ = R(k.v)0,25 [Pa/m] (7.3.2/3)

R’ - pierderea liniară de sarcină pentru canale rugoase [Pa/m]R - pierderea liniară de sarcină pentru canale netede [Pa/m]

68

v - viteza aerului pe tronsonul respectiv [m/s]k - rugozitatea absolută a canalului de aer.

Pierderile locale de sarcină sunt date de relaţia:

[Pa] (7.3.2/4)

Pentru calculul exact al pierderilor locale de sarcină este necesară oapreciere corectă a coeficienţilor de rezistentă locală de sarcină (ξi) a cărorvaloare este dată în nomograma 7.3.2/III.

Nomaograma 7.3.2/I pentru determinarea diametrului echivalent, de pentru canale dretunghiulare

69

Fig. 7.3.2/A Detalii constructive din reţeaua de canale

Nomograma 7.3.2/II pentru determinarea pierderiide sarcină liniare unitare R.

Nomograma 7.3.2/III. Coeficientul de rezistenţă locală ξ,pentru ramificaţii raportată la viteza w1.

70

71