CURS INCALZIRE 2.1 [Compatibility Mode]

INSTALATII DE INCALZIRE 2

INSTALATII DE INCALZIRE CENTRALA CU APA CALDA

Clasificarea instalatiilor de incalzire cu apa calda

• Sistemele de incalzire centrala cu apa calda folosesc ca agent termic apa cu temperatura sub 115oC. Agentul termic preparat in generatoarele de caldura aflate in centrala termica sau in punctul termic este trimis prin reteaua de conducte de distributie la corpurile de incalzire aflate in incaperi unde se raceste cedand o parte din caldura si se reintoarce la sursa pentru a se reincalzi si reintra in circuit.

Sistemele de încălzire centrală cu apă caldă se clasifică după următoarele criterii: • După modul în care se face transferul de căldură încăperilor: – prin convecţie şi radiaţie (încălzire cu corpuri statice); – prin convecţie (încălzire cu aer cald sau folosind convectoare); – prin radiaţie (încălzire cu panouri radiante);

După modul de circulaţie a apei calde: – naturală (gravitaţie); – forţată (pompare);

După numărul de conducte care alimentează corpurile de încălzire: – bitubulare; – monotubulare;

După tipul corpurilor de încălzire: – radiatoare; – convectoare; – registre; – serpentine; – panouri radiante.

După modul de preparare, distribuţie şi alimentare cu apă caldă: sisteme cu preparare, distribuţie şi racordare centralizată a apartamentelor (cazul locuinţelor multifamiliale); sisteme de preparare şi distribuţie centralizată şi racordare individuală cu module termice de apartament (cazul locuinţelor multifamiliale); sisteme de preparare, distribuţie şi racordare individuală a apartamentelor (cazul locuinţelor multifamiliale şi unifamiliale);

După modul de distribuţie al conductelor: • radială; • arborescentă; • inelară;

După natura materialului din care sunt executate conductele: • oţel; • materiale plastice; După modul de funcţionare şi exploatare a instalaţiei: • manual; • semiautomatizat; • complet automatizat.

Incalzirea cu apa calda cu circulatie naturala. Instalatii bitubulare

Aceste instalatii, denumite si cu circulatie prin “gravitatie” sau prin ″termosifon″, sunt utilizate la cladiri putin intinse pe orizontala. Sunt instalatii simple in care cazanul, reteaua de distributie a apei si corpurile de incalzire sunt amplasate in cadrul aceleasi cladiri. La aceste instalatii se prevede o retea de conducte de ducere, de la cazan la corpurile de incalzire din incaperi, si o retea de conducte de intoarcere a apei de la consumator la cazan. In functie de posibilitatile locale, se pot realiza instalatii cu distributie: superioara, inferioara sau mixta.

1) Sistemul cu distributie superioara. Fata de sistemul cu distributie inferioara, acesta prezinta avantajul unei circulatii mai active a apei in circuite datorita faptului ca, la presiunea termica realizata prin racirea apei in corpurile de incalzire, se adauga cea produsa prin racirea apei in coloane, atat pe conducta de ducere, cat si pe cea de intoarcere.

5

VE

3

3 2 CSD

6

CS~

7

4 4 1 RG

Schema instala]iei de incalzire cu apa calda cu circuatie naturala cu distributie superioara bitubulara 1 – cazan;

5 – vas de expansiune;

2 – corpuri de incalzire;

6 – conducta de siguranta de ducere;

3 – conducte de ducere;

7 – conductade siguranta de intoarcere.

4 – conducte de intoarcere;

Generatorul de caldura este amplasat in punctul cel mai de jos al instalatiei, de obicei in subsol. Legatura dintre cazan si reteaua de distributie principala (conducta de ducere) aflata in podul cladirii sau la plafonul ultimului nivel sa face printr-o conducta verticala care indeplineste si functia de conducta de siguranta de ducere, fiind legata la vasul de expansiune. Pe aceasta conducta nu se prevede nici un organ de inchidere.

La conducta de ducere superioara sunt racordate conductele de ducere ale coloanelor la care sunt legate corpurile de incalzire prin intermediul unui robinet de reglare. Pentru intoarcerea la cazan a apei racite in corpurile de incalzire, acestea sunt legate la conductele de intoarcere ale coloanelor, racordate la conducta principala de intoarcere amplasata de obicei la plafonul subsolului.

Conductele principale de distributie, de ducere si de intoarcere, precum si conductele de legatura la coloane ale corpurilor de incalzire se prevad cu pante astfel realizate incat, la umplerea cu apa a instalatiei (care se face in punctul cel mai de jos al conductei de intoarcere), aerul sa fie eliminat in exterior prin vasul de expansiune

Scaderea temperaturii apei in conducte, pe langa avantajul pe care il prezinta, contribuind la activarea circulatiei apei in instalatie, are inconvenientul ca necesita marirea suprafetelor corpurilor de incalzire. Cu cat consumatorii sunt mai indepartati de coloana principala de alimentare, cu atat temperatura agentului termic este mai scazuta si in consecinta suprafata corpurilor de incalzire trebuie sa fie mai mare. Pentru reducerea efectului neeconomic al racirii apei in conducte se pot lua masuri de izolare termica

• 2) Sistemul cu distributie inferioara. La acest sistem conductele principale de ducere si de intoarcere sunt amplasate in partea inferioara a instalatiei, de obicei la plafonul subsolului.

8

5

2 6

7

2

3

9

4 1

Schema instalatiei de incalzire cu apa calda cu circuatie naturala cu distributie inferioara bitubulara 1 – cazan;



7 – conducta de siguranta de intoarcere;


8 – conducta de aerisire;

La aceste conducte sunt racordate coloanele bitubulare. Fata de distributia superioara apare in plus sistemul de aerisire al coloanelor, care este bine sa fie centralizat. Astfel, aerul este colectat prin conducte de diametru mic (3/8″) de la partea superioara a conductei de ducere a fiecarei coloane si este eliminat in exterior, prin conducte orizontale racordate la conducta de siguranta de ducere.

• Pentru evitarea circulatiei nedorite a apei intre coloane, legatura conductei de aerisire la conducta de siguranta se face in ″sac″. • La sistemul cu distributie inferioara circulatia apei in conducte este asigurata numai de presiunea termica produsa prin racirea apei in corpurile de incalzire. Efectul gravitational rezultat din racirea apei pe conducte este neglijabil.

3) Sistemul cu distributie mixta– este o combinatie intre sistemul cu distributie superioara si inferioara. Se utilizeaza la cladirile prevazute doar partial cu subsol.

5

8 3 2 2 6

7

2 3 4 4 1

Schema instalatiei cu distributie mixta 1 – cazan;





8 – conducta de aerisire;

4 – conducte de `ntoarcere;

9 – robinet de aerisire.

• Incalzirea cu apa calda cu circulatie naturala. • Instalatii monotubulare

Aceste instalatii se caracterizeaza prin aceea ca alimentarea si colectarea apei de la corpurile de incalzire se face prin aceeasi conducta, adica o coloana este formata dintr-o singura conducta. La functionarea prin gravitatie este posibil de folosit numai sistemul cu distributie superioara.

Instalatiile monotubulare pot fi realizate in mai multe variante. La sistemul din figura a , corpurile de incalzire aferente unei coloane sunt alimentate in serie, astfel incat apa racita intr-un corp de incalzire este introdusa in urmatorul. Ca urmare temperatura apei de alimentare este cu atat mai scazuta cu cat numarul corpurilor inseriate este mai mare. Aceasta duce la necesitatea maririi suprafetelor corpurilor de incalzire, cu cat acestea sunt mai jos plasate. Un alt dezavantaj il constituie faptul ca nu pot fi prevazute robinete de reglare la fiecare corp de incalzire intrucit inchiderea unui astfel de robinet ar intrerupe ciculatia apei pe intrega coloana.

a)

b)

Variante ale schemei instalatiei de incalzire monotubulare cu apa calda cu circulatie naturala

Pentru imbunatatirea acestui sistem se introduc conducte de scurt-circuitare a corpurilor de incalzire, fig. b), putandu-se astfel alimenta acestea cu apa avand o temperatura mai ridicata, obtinuta din amestecul apei venite direct din conducta de ducere (prin scurtcircuitare) cu apa racita in corpul precedent. Instalatiile de incalzire monotubulare se preteaza in mod deosebit la prefabricare, ceea ce face ca in unele tari ele sa fie larg aplicate cladirilor de locuit si administrative. Economic, consumul de otel este mai redus (pentru conducte) decat la instalatiile bitubulare, in schimb consumul de fonta (in cazul folosirii radiatoarelor) este mai ridicat.

Incalzirea cu apa calda cu circulatie fortata. Instalatii bitubulare.

Alcatuirea acestor instalatii este asemanatoare cu cea prin gravitatie, insa circulatia apei este realizata de una sau mai multe pompe montate pe conducta de ducere sau de intoarcere. Este sistemul de incalzire cel mai larg folosit in tara noastra precum si in alte tari. Desi, spre deosebire de instalatiile cu circulatie naturala, acestea presupun dependenta si consum de energie electrica, diametrele conductelor rezulta mult mai mici, ceea ce constituie un avantaj din punct de vedere al consumului de otel si posibilitati mai usoare de montaj in cladire. Se utilizeaza obligatoriu pentru incalzirea cladirilor cu intindere mare sau a complexelor de cladiri, adica acolo unde circulatia naturala nu se poate realiza din cauza presiunii termice relativ mici.

Instalatiile de incalzire cu apa calda cu circulatie fortata (prin pompare) pot fi realizate in sistem bitubular sau monotubular, distributia putand fi inferioara, superioara sau mixta. Schemele acestor instalatii sunt asemanatoare cu cele ale instalatiilor cu circulatie naturala - cu particularitati si variante datorate circulatiei fortate a apei, a extinderii instalatiei in cladire, a posibilitatii de alimentare cu caldura a mai multor cladiri.

In majoritatea cazurilor, instalatiile de incalzire cu apa calda cu circulatie prin pompare sunt realizate cu distributie inferioara, fig. .a, aceasta mai ales deoarece majoritatea cladirilor sunt cu terasa, fara pod, iar in acest caz montarea conductelor principale la plafonul ultimului nivel ar prezenta dificultati. Aerisirea centralizata este racordata in sac la conducta de siguranta de ducere. In cazul cand vasul de expansiune si conductele de siguranta nu se gasesc in cladirea respectiva, aerisirea se racordeaza la vase de aerisire prevazute cu robinete amplasate in locuri accesibile (casa scarii, coridoare, etc.).

8

5 2 2

6

7

4 P1

P2

1

Fig. a. Schema instalatiei de incalzire cu apa calda cu circula]ie prin pompare (distributie inferioara) 1 – cazan;

5 – vas de expansiune;





4 – conducte de intoarcere;

8 – conducta de aerisire.

3

In cazul cladirilor cu mai multe niveluri este necesar sa se ia masuri de preluare a dilatatiilor conductelor, determinate de variatiile de temperatura ale apei. Legaturile normale la coloane ale corpurilor de incalzire se executa astfel incat apa calda sa intre pe la partea de sus a acestora si sa iasa pe la partea de jos. Daca lungimea corpului de incalzire este mai mare de 1,2 m se recomanda ca legaturile sa se faca in diagonala, pentru a se obtine o incalzire mai uniforma a acestuia. Este necesar ca legaturile corpurilor de incalzire sa pemita compensarea dilatarii conductelor; daca distanta la coloana este prea mica, corpurile de incalzire se vor racorda la capatul opus coloanei.

Reteaua principala de distributie se poate realiza in sistem arborescent sau inelar . Alegerea schemei de distributie este dependenta de forma si marimea suprafetei cladirii, de posibilitatile de realizare a traseului conductelor pe contur sau in axul cladirii, urmarind asigurarea echilibrarii hidraulice a retelei, in acest sens urmarindu-se ca ramurile sa fie cat mai scurte.

a)

b)

Fig. Variante pentru reteaua de distributie arborescenta

c)

a) cu un inel

b) cu doua inele Fig. Retea cu distributie inelara

Distributia inelara se caracterizeaza prin aceea ca lungimile conductelor de ducere si de intoarcere (de la sursa la baza fiecarei coloane) sunt practic egale, obtinandu-se astfel mai usor echilibrarea retelei (daca dimensionarea este corecta, toate coloanele sunt in aceleasi conditii de functionare, avand la baza lor aproximativ acelasi disponibil de presiune). Dezavantajele distributiei inelare constau in aceea ca lungimea si diametrul conductelor sunt mai mari decat la distributia arborescenta, precum si in faptul ca instalatia nu poate fi impartita in zone (ramuri) dupa orientarea incaperilor alimentate cu caldura.

Incalzirea cu apa calda cu circulatie fortata. Instalatii monotubulare

Schemele folosite in cazul circulatiei naturale pot fi folosite si in cazul circulatiei fortate. In plus se pot utiliza schemele cu distributie inferioara si cele cu racordarea pe orizontala a corpurilor de incalzire. La instalatiile cu distributie inferioara se realizeaza circulatia succesiva a apei prin coloana ascendenta si cea descendenta, fig. .a). Schemele de racordare orizontala a corpurilor de incalzire, fig. .b), permit reglarea acestora pe fiecare nivel. Corpurile de incalzire sunt racordate pe la partea inferioara iar aerisirea se poate realiza prin robinete locale de aerisire sau prin retea de conducte legate in sac la coloana.

a)

b)

Fig. Scheme ale instalatiei de incalzire monotubulare cu circulatie fortata

a)– schema cu distributie inferioara cu racordare pe verticala a corpurilor de incalzire; b)– schema cu distributie inferioara cu racordare orizontala a corpurilor de incalzire.

Sisteme moderne de distributie a agentului termic in instalatiile de incalzire cu apa calda cu circulatie fortata.

Instalatii de incalzire individuala centralizata cu butelii de amestec si de rupere a presiunii

Sistemele de incalzire “clasice” , pe langa avantajele verificate in timp au relevat si o serie de inconveniente atat pentru consumatorul cat si pentru furnizorul de energie termica, cum ar fi: Imposibilitatea asigurarii unui necesar optim de caldura in fiecare apartament in raport cu structura constructiva si functionala a acestuia; Imposibilitatea efectuarii de catre consumatori a reglajelor functie de dorinte si necesitati;

Imposibilitatea realizarii unei gestiuni a energiei termice pe apartament si prin aceasta a incurajarii unor economii, cum exista de exemplu in domeniul energiei electrice, acest lucru favoriz=nd interventia consumatorilor asupra instalatiilor interioare de incalzire. Astfel, s-a ajuns la modificarea suprafetelor de schimb de caldura (marirea corpurilor de incalzire), modificarea diametrelor legaturilor si chiar a coloanelor , interventii care au dus la dezechilibrarea hidraulica a retelelor si la repartitia neuniforma si nerationala a energie termice mai ales in blocurile cu un numar mare de etaje;

Noul concept imprumuta ce e mai bun atat din tehnicile clasice de incalzire cat si din cele moderne, avand drept scop de a aduce raspunsul dorit, adica un confort superior consumatorului. Ideea de baza a noului sistem consta in combinarea avantajelor incalzirii individuale si anume controlul personal asupra confortului si a cheltuielilor cu cele oferite de incalzirea centralizata clasica, adica exploatarea in comun a echipamentelor de producere a caldurii.

• Noul sistem de incalzire se poate aplica cu succes la constructiile noi, cu numar redus de apartamente si cu o izolatie termica la standarde europene, fapt care conduce la puteri termice instalate mai mici pentru realizarea acelorasi conditii de confort ca si in cazul constructiilor vechi, mari consumatoare de energie termica (izolate necorespunzator).

• Schema de principiu a unei instalatii de incalzire individuala centralizata

Distribu]ia primar\

Termostat

Sursa de c\ldur\

Modul termic de apartament

Bucl\ de apartament

Fig. 8.8 Schema de principiu a instala]iei de `nc\lzire individual\ centralizat\

Partile principale care compun sistemul prezentat sunt: • sursa de caldura; • distributia colectiva (primara) a apei pentru incalzire; • bucla individuala de incalzire pe apartament; • modulul termic de apartament.

Distributia primara a apei pentru incalzire Sistemul clasic de distributie (coloane verticale strabatand fiecare apartament si alimentand unul sau doua corpuri de incalzire) prezinta o serie de dezavantaje cum ar fi: numar mare de conducte verticale montate aparent si inestetic; lipsa izolatiei fonice dintre apartamente, la trecerea coloanelor prin plansee; imposibilitatea contorizarii caldurii; echilibrarea hidraulica fragila (instabila).

Noul sistem de distributie utilizeaza un singur circuit vertical, alimentat superior sau inferior, instalat in spatiile comune ale cladirii si nu in camerele de locuit. Acest circuit vertical este cuplat cu unul sau mai multe circuite orizontale care alimenteaza toate corpurile de incalzire ale aceluiasi apartament. Circuitul vertical se poate amplasa si intr-una din incaperile “tehnice” ale apartamentului: bucatarie, baie sau camara fapt care permite evitarea risipei caldurii pe distributia verticala.

Bucla individuala de incalzire pe apartament – se racordeaza la circuitul vertical, la fiecare nivel al cladirii, oferind urmatoarele avantaje: • individualizarea distributiei si a reglarii; • posibilitatea sectorizarii fiecarui apartament; • alegerea celei mai convenabile solutii de contorizare a energiei termice consumate pe apartament.

Trebuie mentionat ca acest sistem de distributie permite tehnologii de realizare eficiente si estetice (distributii incastrate, racorduri demontabile) si poate conduce la costuri mai reduse in raport cu distributia clasica chiar daca uneori necesita lungimi mai mari de conducte. Elementul de noutate al sistemului de incalzire individuala centralizata se gaseste in legatura dintre distributia primara si bucla de apartament.

Aceasta legatura este realizata de modulul termic de apartament si asigura urmatoarele functiuni: independenta hidraulica si termica a unui apartament in raport cu celelalte; reglarea cantitatii de caldura furnizate pe apartament; contorizarea energiei termice furnizate pe apartament; reglarea termperaturii interioare la nivelul hotarat de consumator

Modulul termic de apartament, este format din: doua vane de separare (una pe tur, cealalta pe retur), o vana de echilibrare, o pompa de circulatie conectata la un termostat, dispozitivul de derivatie individuala (butelia) si contorul de energie termica.

6 1

4

5

8

7 2

3

Fig. 8.9 Modul termic de apartament 1 – circuit primar; 2 – vane de separare; 3 – van\ de echilibrare; 4 – butelie; 5 – pomp\ circuit secundar; 6 – termostat; 7 – contor de energie termic\; 8 – circuit secundar.

Din punct de vedere hidraulic, dispozitivul de derivatie individuala (butelia) este elementul esential al modulului de apartament. Datorita faptului ca viteza apei in acest dispozitiv este mica se asigura o independenta hidraulica a apartamentului in raport cu distributia primara si deci in raport cu alte apartamente. Distributia primara poate functiona deci cu debit constant. Dispozitivul de derivatie permite astfel simplificarea operatiilor de echilibrare care sunt dealtfel indispensabile pentru a asigura buna functionare, la parametrii proiectati, a instalatiei de incalzire.

• • • •

Acest nou concept de functionare si realizare a instalatiilor de incalzire ofera posibilitatea utilizarii unor materiale si tehnologii moderne, ca de exemplu: retele incastrate de “hidrocabluri”; contoare de energie termica de apartament; integrarea contoarelor intr-o retea de “tratare” a informatiilor; informatizarea gestiunii.

Calculul si montajul buteliilor de amestec si de rupere a presiunii

Functionarea optima a instalatiilor de incalzire este o problema esentiala ce se are in vedere inca din etapa de conceptie, ea inscriindu-se in exigentele de calitate. In acest context, dezvoltarea tehnologica a instalatiilor a condus implicit, mai ales pentru instalatiile mari, la necesitatea corelarii functionarii acestora atat la nivel global dar si la nivel de zone, cum este cazul sursei sau al utilizatorului. In practica pentru atingerea unui astfel de obiectiv se utilizeaza buteliile, care in raport cu valorile debitelor pot fi de rupere a presiunii sau de amestec.

Pentru buteliile de rupere a presiunii, debitul din circuitul primar (Q1) este mai mare sau egal cu debitul din circuitul secundar (Q2), iar pentru Q    cele de amestec raportul debitelor  Q  este invers proportional  ∆t1  cu raportul ecartelor de   ∆ t 2 temperatura   aferente celor doua circuite. 1

2

•

Dimensionarea unor astfel de butelii are la baza ecuatia de continuitate sau in practica regula celor “3D”, unde D este diametrul racordului circuitului primar. • Pornind de la ecuatia de continuitate, diametrul buteliei (D’) se determina cu o relatie de forma:

D '=

4G πv

sau D ' = 1,13

G v

Rezolvarea unei astfel de ecuatii in care sunt doua necunoscute, in practica curenta se finalizeaza prin adoptarea unor valori pentru viteza apei v, cuprinse intre 0,04 si 0,07 m/s. Este de retinut ca domeniul vitezelor apei se poate extinde pana la 0,09 ÷ 0,1 m/s.

• Corespunzator regulei celor "3D", diametrul racordului circuitului primar se determina cu relatia: D ≥ 5 Pi in care Pi este puterea termica instalata.

• In acest context diametrul interior al buteliei (D’) va fi determinat conform relatiei: D’ =3D • sau

D' = 15 Pi

In functie de diametrul racordului circuitului primar, constructiv se stabilesc pozitiile racordurilor si inaltimea buteliei. Inaltimea buteliei (H) se determina cu relatia: H =(13 ÷ 16)⋅D

Pozitia racordurilor la butelie se va face astfel incat decalajele pe verticala ale racordurilor sa fie module de "3D",

3D 3D

3D 1D 2D 2D

1D

2D

3D

3D

3D

3D

3D

6D 3D

3D

2D

2D

3D 2D

Fig. 8.10 Modalitatea de amplasare a racordurilor

Pentru functionare adecvata este importanta respectarea regulilor, de dimensionare dar si constructive, deoarece fiecare zona a buteliei are o functiune bine definita,

3D

-zon\ de dezaerisire

3D

d1 d2

3D

3D

3D

3D 3D 3D

-zon\ de golire 3D

Fig. 8.11 Schema buteliei standard

Amplasarea buteliilor in instalatii este in str=nsa corelatie atat cu regimurile de temperaturi de pe cele doua circuite cat si cu dezechilibrul hidraulic creat. In acest sens, se desprind o serie de ipoteze a caror rezolvare necesita solutii distincte. In cazul in care temperaturile agentului termic primar corespund cu cele ale agentului termic secundar (90/70oC) debitul de pe circuitul primar este teoretic egal cu cel de pe circuitul secundar, dar pentru o buna functionare se impune majorarea debitului de pe circuitul primar cu 10 – 15 %.

Intr-un astfel de caz daca exista mai multe circuite secundare, cu un pronuntat dezechilibru hidraulic, se impune pentru atenuarea acestuia, montarea unei butelii pe fiecare circuit secundar, fig. .

20 m3/h 90 oC

20 m3/h 90 oC

21 m3/h

90 oC 21 m3/h

90 oC

464 kW

464 kW

70 oC

70 oC

71 oC 42 m3/h 90 oC

71 oC

928 kW 72 oC

Fig. 8.12 Schema de amplasare a buteliilor c=nd temperaturile pe primar [i secundar sunt 90/700C

In cazul in care temperaturile agentului termic sunt mai mari decat ale agentului termic secundar, reducerea debitului pe primar este considerabia, butelia de amestec impunanduse de la sine, ea realizand prin amestec reducerea temperaturii de la 110oC la 90oC (fig. 8.13) sau de la 90oC la 40oC (fig. 8.14

110 oC

110 oC 20 m3/h

90 oC

10 m3/h

20 m3/h 10 m3/h

464 kW

464 kW 70 oC

70 oC

20 m3/h 110 oC

70 oC

110 oC

70 oC

928 kW 70 oC

90 oC

70 oC

Fig. 8.13 Schema de amplasare a buteliilor c=nd temperaturile pe primar sunt 110/700C, iar pe secundar 90/70oC

90 oC

90 oC 40 m3/h

50 oC

8 m3/h

40 m3/h

50 oC

8 m3/h

464 kW

464 kW 40 oC

40 oC

16 m3/h 90 oC

40 oC

90 oC

40 oC

928 kW 40 oC

40 oC

Fig. 8.14 Schema de amplasare a buteliilor c=nd temperaturile pe primar sunt 90/400C, iar pe secundar 50/40oC

In cazul instalatiilor de incalzire cu mai multe circuite secundare, racordarea acestora direct in butelia de amestec este considerata o eroare de conceptie. In acest context rezolvarea optima a unei astfel de situatii consta in prevederea a doua colectoare la care urmeaza sa se racordeze circuitele secundare (fig. 8.15).

Fig. 8.15 Schema de amplasare a buteliei cu colectoare auziliare

•

In cazul in care se doreste prepararea apei calde menajere cu prioritate se poate racorda schimbatorul de caldura (ECS) dupa caz la circuitul primar (fig. 8.16) sau direct la butelie (fig. 8.17).

ECS

Fig. 8.16 Schema de amplasare a buteliei cu racordarea ECS pe primar

ECS

Fig. 8.17 Schema de amplasare cu racordarea ECS la butelie

Enumerarea modalitatilor de amplasare a buteliilor care poate continua cu diverse variante tehnologice la care se au in vedere dupa caz, prioritatea de folosinta a agentului termic, modul de amplasare a pompei de circulatie sau a sistemului global de reglaj si autoamortizarea intregii instalatii. In final se poate aprecia ca introducerea in instalatii a buteliilor de rupere a presiunii si de amestec este o modalitate tehnologica prin care se poate stapani regimul termohidraulic atat la sursa cat si la utilizator, cu o eficienta sporita si cu o robustete adecvata in exploatare.

Instalatii de incalzire monotubulare cu ejectoare tip Venturi.

•

Ejectorul de tip Venturi este un racord special in T care permite realizarea instalatiei monotub in otel cu circuit derivat. • Introducerea circuitului derivat (unul sau mai multe radiatoare) se efectueaza cu un racord normal T pe derivatia de ducere si cu un ejector pe derivatia de intoarcere, fig. 8.18.

Ventil Ventil dezaerisire

Robinet reglaj Circuit derivat

Inel

Ejector

Fig. 8.18 Schema unui circuit derivat cu un ejector tip Venturi

• Acest dispozitiv, prin intermediul unei reduceri corespunzatoare de sectiune, provoaca pierderea de sarcina necesara repartizarii debitelor. • Al doilea si cel mai interesant fenomen care intervine sa favorizeze aceasta repartitie este efectul Venturi: marirea vitezei care, in mod evident, se produce in sectiunea contractata, provoaca pe baza principiului conservarii energiei o scadere a presiunii si, deci, o aspiratie pe derivatia de intoarcere. •

• Suma acestei aspiratii si a pierderii de sarcina produsa in sectiunea contractata, exprima presiunea locala, mai precis sarcina disponibila pe circuitul derivat. • Pentru a face evidenta actiunea acestui dispozitiv este potrivita recurgerea la o analogie: ejectorul, introdus intr-o conducta parcursa de un fluid, se comporta ca o mica pompa, care preia o parte din fluidul acestei conducte, pentru a-l trimite intr-un al doilea circuit (circuitul derivat), care utilizeaza energia termica; dupa aceea fluidul se intoarce in conducta din care a fost preluat (inel), fig. 18.19.

• Ca si pompele, ejectorul este caracterizat de o curba “debit – presiune”, variabila cu debitul fluidului in circuitul principal. • La orice valoare a debitului in inel (Ga) va corespunde deci o valoare bine definita a presiunii disponibile la capetele circuitului derivat (Hd). • Pentru o valoare determinata a presiunii Hd, debitul in derivatie va fi invers proportional cu rezistentele la miscare intalnite in acest circuit.

Fig. 8.19 Analogia `ntre ejector [i pomp\: cele dou\ circuite sunt echivalente

Calculul hidraulic al conductelor la instalaţiile de încălzire cu apă caldă

Ansamblul de conducte impreuna cu accesorile respective, care asigura transportul si distibutia fluidelor formeaza sistemul hidraulic sau instalatia hidraulica. In instalatiile de incalzire, asemenea sisteme sunt numeroase, de aceea este necesar sa se cunoasca fenomenele care au loc la miscarea fluidelor in aceste sisteme, pentru a putea realiza proiectarea, executia si exploatarea lor in conditii bune.

Relaţii generale de calcul privind curgerea fluidelor în conducte. Pierderi de sarcină liniare, locale şi totale.

.

Curgerea fluidelor `n conductele instala]iilor de `nc\lzire este considerat\ ca o mi[care pemanent\ [i unidimensional\, fiind caracterizat\ prin dou\ marimi principale: viteza fluidului v [i cota p piezometric\ Hp # z ^ ρ⋅g

~ntr-o sec]iune transversal\ a unui curent paralel, cota piezometric\ are aceea[i valoare `n toate punctele, dar variaz\ `n lungul curentului de la o sec]iune la alta. Aceast\ varia]ie se datore[te faptului c\, la curgerea fluidelor reale `n conducte, se produce o disipare continu\ a energiei hidraulice `n c\ldur\ prin lucrul mecanic la for]elor interne de v=scozitate. De aceea, la calculul curen]ilor unidimensionali se introduce `n plus o m\rime numit\ pierdere de sarcin\ hr (∆p), care are dou\ componente: pierderea de sarcin\ liniar\ hd (∆pd) [i pierderea de sarcin\ local\ hl (∆pl).

hr = hd + hl [m] Folosind nota]iile din tehnica instala]iilor de `nc\lzire unde pierderea de sarcin\ se exprim\ ca o c\dere de presiune: ∆p # ρ⋅g⋅hr # ∆pd ^ ∆pl [N/m2] sau [Pa]

• Pierderi de sarcina liniare Pierderile de sarcin\ liniare hd sau ∆pd , caracteristice mi[c\rii uniforme reprezint\ consumul de energie mecanic\ al unit\]ii de greutate de fluid c=nd acesta parcurge distan]a ″l″, adic\ este energia consumat\ pentru `nvingerea rezisten]elor de frecare a fluidului pe pere]ii interiori ai conductelor: ∆pd # ρ⋅g⋅hd # R⋅l # λ ⋅ l ⋅ v 2 ⋅ ρ [N/m2] d

2

,

Aceast\ pierdere de sarcin\ este dependent\ de raza hidraulic\ r #d/2 de viteza medie a fluidului v, de natura fluidului (caracterizat prin densitatea ρ [i coeficientul dinamic de v=scozitate µ), precum [i de rugozitatea absolut\ ε a pere]ilor conductelor exprimat\ prin coeficientul lui Darcy, λ (λ coeficient de rezisten]\ hidraulic\ liniar\). ,

~n tehnica instala]iilor unde regimul de mi[care a fluidelor `n conduct\ este `n general turbulent, valoarea coeficientului λ se poate calcula cu formula lui Colebrook – White: 1 ε/d   2,51 = −2 ⋅ lg +  λ  Re⋅ λ 3,72 

Panta hidraulic\ R sau pierderea de sarcin\ liniar\ raportat\ la lungime se calculeaz\ cu rela]ia: 2 h ∆ p λ v R # d = d = ⋅ ⋅ρ l l d 2

• Pierderi de sarcina locale Pierderile de sarcin\ locale hl sau ∆pl , caracteristice zonelor cu mi[c\ri neuniforme, reprezint\ suplimentul de pierderi de sarcin\ care apar de-a lungul curen]ilor de fluid `n zonele cu schimb\ri de direc]ie, cu organe de reglare, schimb\ri de sec]iune pe conducte: 2 v ∆pl # ρ⋅g⋅hl # Z # ∑ ξ ⋅ ⋅ ρ [N/m2] 2

unde ξ este un coeficient de rezisten]\ local\, dependent de forma obstacolului care produce rezisten]a local\ [i de num\rul Reynolds al curentului.

• Pierderi de sarcina totale Pentru dimensionarea conductelor este necesar s\ se cunoasc\ pierderea de sarcin\ total\ hr (∆p) `ntre dou\ puncte (sec]iuni) ale re]elei, deoarece `n general este cunoscut\ presiunea disponibil\ cu ajutorul c\reia se pot `nvinge rezisten]ele hidraulice pe parcurs. Pentru un tronson de conduct\ pierderile de sarcin\ totale sunt: ∆p =∆pd + ∆pl

}in=nd seama de definirea lui ∆pd [i ∆pl se poate scrie: λ ⋅ l v2 v2 ∆p = R * l + Z =

⋅

d

2

⋅ ρ + ∑ξ ⋅

2

⋅ρ

~n cazul unei re]ele formate din mai multe tronsoane, pierderea de sarcin\ total\ este: ∆p T = ∑ (R ⋅ l + z ) n 1

Rela]ia: λ ⋅ l v2 v2 ∆p = ⋅ ⋅ ρ + ∑ξ ⋅ ⋅ρ d 2 2

se mai poate scrie: v2 λ⋅l  ∆p = ⋅ρ⋅ + ∑ξ 2  d 

}in=nd seama de ecua]ia de continuitate, G #v⋅s⋅ρ, `n care se exprim\ sec]iunea S func]ie de diametrul conductei d [mm] [i debitul de fluid G `n [kg/h], se ob]ine forma final\ a pierderilor de sarcin\ totale `ntr-o por]iune de conduct\: ∆p =

G2

λ⋅l  ⋅ρ⋅ + ∑ ξ  d 

π2 ⋅ d 4 2 2⋅ ⋅ρ 16 G2  λ ⋅ l  4 ∆p = 6,25 ⋅ 10 ⋅ 4 ⋅  + ∑ξ d ⋅ρ  d 

[N/m2]

aceast\ rela]ie fiind rela]ia `n baza c\reia de face calculul de dimensionare a re]elelor de conducte din instala]iile de `nc\lzire central\.

~n calculele practice pot interveni dou\ cazuri: •Cunoscuta fiind re]eaua instala]iei, cu caracteristicile fiec\rui tronson (lungime l, diametru d [i debitul de fluid G) [i traseul cu rezisten]ele locale, se determin\ u[or piederea de sarcin\ ∆p, `nlocuind valorile men]ionate `n rela]ia determinat\ anterior. Cunoscut fiind traseul re]elei de conducte [i caracteristicile fiec\rui tronson (lungimea l, debitul de fluid G) [i `n unele cazuri [i presiunea disponibil\ H, se cere s\ se determine diametrele tronsoanelor conductelor. Problema este mai complicat\ deoarece coeficientul Darcy, λ, depinde at=t de diametrul ″d″ al conductei (care este standardizat) c=t [i de viteza ″v″ a fluidului.

• ~ntruc=t ecua]ia prezint\ dou\ necunoscute (λ [i d) calculul de dimensionare se face prin `ncerc\ri `mp\r]indu-se `n dou\ etape: •calculul preliminar, `n care se stabilesc dimensiunile preliminare ale conductelor, presupun=nd cunoscute fie presiunea H (`n cazul instala]iilor de `nc\lzire cu circula]ie prin gravita]ie [i abur de joas\ presiune) fie viteza fluidului v (`n cazul instala]iilor de `nc\lzire cu circula]ie prin pompe); •calculul de verificare, `n care se determin\ pierderea de sarcin\ real\ `n func]ie de diametrele preliminare ale conductelor stabilite la primul punct

Elemente de calcul hidraulic la instalaţiile de încălzire cu apă caldă cu circulaţie forţată

.

La instala]iile de `nc\lzire cu ap\ cald\ cu circula]ie prin pompare ca urmare a influen]ei presiunii termice (gravimetrice) care se exercit\ pe coloanele instala]iei, se recomand\ ca dimensionarea re]elelor de conducte s\ se fac\ separat pentru coloane [i separat pentru re]eaua de distribu]ie. Influen]a presiunii termice `n circuitul apei pe coloanele instala]iei. Se consider\ schema unei coloane (fig. 8.39) dimensionat\ pentru o presiune disponibil\ ∆Pa , R

n,b

≤ H Pc

Rn

Rn - 1

hn R2

hn-1 h2

R1 h1 a b

Fig.8.39. Influen]a presiunii termice `ntr−o coloan\ a instala]iei de `nc\lzire cu ap\ cald\ cu circula]ie for]at\.

~n situa]ia `n care apa vehiculat\ este rece, se vor putea asigura debitele normale `n circuitele corpurilor de `nc\lzire de pe coloan\, aceasta deoarece presiunea termic\ este nul\

H gn# 0 (`ntruc=t ∆ρ # 0).

~n cazul `n care apa vehiculat\ este cald\, pe coloan\ apare presiunea termic\ care `n func]ie de temperatura agentului termic pe conducta de ducere td sau pe cea de `ntoarcere tr ac]ioneaz\ diferit, astfel: − pentru valori ale temperaturilor td [i tr egale cu cele de regim, apare o dezechilibrare hidraulic\ `n circuitele coloanei `n sensul avantaj\rii corpurilor de `nc\lzire de la nivelurile superioare, care vor primi debite de ap\ mai mari dec=t cele de la nivelurile inferioare. Aceasta deoarece presiunea termic\ se exercit\ puternic la corpurile de `nc\lzire de la nivelurile superioare, activ=nd circula]ia apei `n circuitele acestora;

− pentru valori ale temperaturilor td [i tr inferioare celor de regim, `n timpul regl\rii centrale calitative, fenomenul de dezechilibrare hidraulic\ a circuitelor coloanei se exercit\ invers, adic\ `n sensul avantaj\rii corpurilor de `nc\lzire de la nivelurile inferioare, care vor primi debite de ap\ mai mari dec=t cele de la nivelurile superioare. Explica]ia const\ `n aceea c\ efectul presiunii termice este mai redus ca urmare a sc\derii valorilor temperaturilor td [i tr, circuitele coloanei fiind mai mult sub influen]a presiunii pompei, care produce o activare a circula]iei apei `n circuitele din apropierea bazei coloanei.

H Tc = H PC + a * H gn

[N/m2]

Din practica curent\ s-a constatat c\ pentru a asigura o repartizare normal\ a debitelor de c\ldur\ la consumatorii de pe coloane, pentru majoritatea zilelor din perioada de H `nc\lzire, se poate lua H`n calculul de stabilire a presiunii disponibile la baza coloanei HTc , jum\tate din presiunea gravimetric\ H gn calculat\ `n raport cu corpul de `nc\lzire cel mai sus amplasat (adic\ a# 0,5). Tc

gn

Dimensionarea conductelor de pe o coloana. Se consider\ schema coloanei din figura 8.40, unde se cunosc: debitele de c\ldur\ la corpurile de `nc\lzire QI, QII,…,Qv, c=t [i debitele de c\ldur\ pe tronsoanele de conducte Q1, Q2, …, Q5 ; pozi]ia corpurilor de `nc\lzire `n raport cu baza coloanei h1, h2, …, h5, lungimile tronsoanelor l1, l2, …, l9 [i temperatura agentului termic td/tr.

5

6 4

7 3

h5 h4 8 h3

2 h2 9 h1

1 a b

Fig. 8.40 Calculul conductelor la o coloan\ a instala]iei de `nc\lzire cu ap\ cald\ cu circula]ie for]at\ 1 … 9 − tronsoane de calcul

• Calculul preliminar se `ncepe cu alegerea circuitului corpului de `nc\lzire cel mai defavorizat, care trebuie s\ fie cel mai sus plasat [i cel mai `nc\rcat `n raport cu baza coloanei (`n cazul de fa]\ corpul de `nc\lzire RV).

Presiunea disponibila se determina cu ajutorul relatiei

H T = H PC + 0,5 * H gV V

H T = H PC + 0,5 g h 5 ( ρ r - ρ d ) V

Intruc=t presiunea asigurat\ de pomp\ la baza coloanei este necunoscut\, ea se poate estima astfel:

HPc

= 400…500 [Pa/nivel]

De asemenea, tot `n cadrul calculului preliminar, `ntruc=t nu se cunoa[te presiunea asigurat\ de pompa Hpc , "Normativul pentru proiectare [i executarea instala]iilor de `nc\lzire central\ I.13-96" recomand\ ca presiunea disponibil\ total\ la baza Hcoloanei s\ fie de cel pu]in Pc trei ori mai mare dec=t presiunea gravimetrica Hgn considerata la valoarea corespunzatoare temperaturii exterioare a perioadei de incalzire

H ∗g n

Astfel, pentru cazul de fa]\: H T = 3H g n V

*

[N/m2]

Cu rezultate bune se poate utiliza [i rela]ia: H Tc = 1,5....1,7 H g n

[N/m2]

stabilit\ pe baza unor calcule efectuate pe un num\r destul de mare de coloane de diverse `n\l]imi [i cu `nc\rc\ri termice diferite.

~n continuarea calcului de stabilire a diametrelor preliminare pentru circuitul corpului de incalzire RV se adopta metodologia indicata la instalatiile de incalzire bitubulare cu circulatie naturala, adica se calculeaza pierderea de sarcina liniara unitara medie Rm, si cunoscand debitele de caldura pe tronsoane Q1, Q2, … , Q5 se determina cu ajutorul relatiei (8.55) diametrele preliminare d1, d2, … , d5.

•Calculul de verificare const\ `n stabilirea `n mod analog ca la circula]ia prin gravita]ie a pierderii de sarcin\ totale pe `ntregul circuit al corpului de `nc\lzire RV, care trebuie s\ `ndeplineasc\ condi]ia:

( R * l + Z )1,...,5 ≤ H T

V

• Calculul se continu\ cu dimensionarea racordurilor la celelalte corpuri de `nc\lzire de pe coloan\. Astfel, pentru circuitul corpului de `nc\lzire RIV, presiunea disponibil\ total\ este: HT

IV

= H PC + H gIV

in care presiunea asigurata de pompa Hpc se obtine din relatiile anterioare H P c = H TV − 0,5H gV

H P c = ∑ (Rl + Z)1,…, 5 − 0,5⋅g⋅h5⋅∆ρ

•

Inlocuind in relatia (8.79) se obtine: H TIV= ∑ (Rl + Z) 1,…, 5 − 0,5⋅g⋅h5⋅∆ρ + 0,5⋅g⋅h4⋅∆ρ Sau H TIV = ∑ (Rl + Z)1,…, 5 − 0,5⋅g⋅ ∆ρ(h5 – h4)

}in=nd seama de pierderile de sarcin\ pe tronsoanele comune 1, 2, 3, 4, din rela]ia (8.81) se ob]ine presiunea disponibil\ pentru dimensionarea conductelor racordului corpului de `nc\lzire RIV, H6 # H TIV − ∑ (Rl + Z)1,…, 4 ,

~n mod analog se ob]in [i celelalte presiuni disponibile la racordurile corpurilor de `nc\lzire R III, R II [i R I astfel: − pentru racordul corpului de `nc\lzire R III (tronsonul 7) H7 = ∑ (Rl + Z)5, 4 − 0,5⋅g⋅∆ρ(h5 − h3) − pentru racordul corpului de incalzire R II (tronsonul 8)

H8 = ∑ (Rl + Z)5, 4, 3 − 0,5⋅g⋅∆ρ(h5 − h2)

− pentru racordul corpului de `nc\lzire R I (tronsonul 9) H9 # ∑ (Rl + Z)5, 4, 3, 2 − 0,5⋅g⋅∆ρ(h5 − h1)

Calculul se continu\ cu stabilirea diametrelor preliminare, utiliz=nd metodologia dimension\rii de la instala]iile de `nc\lzire prin gravita]ie. Calculul de verificare const\ `n stabilirea pierderilor de sarcin\ totale pe fiecare racord al corpului de `nc\lzire respectiv, care trebuie s\ `ndeplineasc\ condi]ia: ∑ (Rl + Z)racord ≤ Hracord Metodologia folosit\ este cea prezentat\ de asemenea `n detaliu la calculul de dimensionare al conductelor instala]iilor de `nc\lzire cu circula]ie prin gravita]ie. Pentru situatiile in care nu este asigurat echilibrul hidraulic (ecua]ia 8.86) excedentul de presiune disponibila va fi consumat prin rezistenta locala a robinetului de la corpul de incalzire (realizand reglajul corespunzator la robinet

Dimensionarea retelei de distributie. Se consider\ schema unei re]ele de distribu]ie (figura 8.41) unde se cunosc debitele de c\ldur\ pe fiecare tronson Q1,…,Q9, lungimile tronsoanelor l1, …, l9 [i parametrii agentului termic td [i tr.

I

3 3

1 Q1 l1

Q3 1

l3

Q9 l9

3 Q6

9

l6

6

S

5

s 8

Q8

Q7

l8

l7

Q5 7

l5

Q2 l2 II

2

V 5

Q4 2

4

l4 IV

4 4

Fig. 8.41 Calculul conductelor la o re]ea de distribu]ie dintr-o instala]ie de `nc\lzire cu ap\ cald\ [i circula]ie prin pompare

• Calculul de dimensionare a conductelor se `ncepe cu circuitul coloanei cel mai defavorabil plasat din punct de vedere al pierderilor de sarcin\ (coloana cea mai dep\rtat\ de punctul de alimentare S), [i cea mai `nc\rcat\ din punct de vedere termic (`n cazul de fa]\ se presupune ca fiind coloana V).

• Diametrele preliminare ale fiec\rui tronson se stabilesc `n func]ie de debitele de c\ldur\ transportate Q5, Q6, Q7, Q8 [i Q9 [i vitezele optime (alese cresc\toare de la coloan\ spre punctul de alimentare). Vitezele optime se aleg at=t pe considerente economice, c=t [i tehnice, adic\ a asigur\rii unui echilibru hidraulic `n re]eaua de conducte. Se poate adopta pentru conductele principale din apropierea punctelor de alimentare viteza de 0,8 … 1,0 m/s, descresc=nd continuu p=n\ la 0,2…0,3 m/s. Se recomand\ ca `n calculul preliminar s\ se porneasc\ ini]ial cu viteza de calcul de pe ultimul tronson al coloanei de la care se `ncepe dimensionarea (`n cazul de fa]\ pe tronsonul 5 se va lua `n calcul viteza de pe ultimul tronson al coloanei V).

Pe baza vitezelor alese [i a debitelor de c\ldur\ transportate pe fiecare tronson se determin\ diametrele preliminare folosind rela]ia (8.55). • Calculul se continu\ cu determinarea pierderilor de sarcin\ totale pentru circuitul de la baza coloanei V la punctul de alimentare S (circuitul pentru care s-au stabilit diametrele preliminare), ∑ (Rl ^ Z)5,…, 9. Aceast\ pierdere de sarcin\ devine presiune disponibil\ Hd `n raport cu celelalte circuite ale instala]iei adic\: ∑ (Rl + Z)5,…, 9 = Hd [N/m2]

~n continuare se verific\ dac\ aceast\ presiune disponibil\ poate fi consumat\ pe oricare din circuitele re]elei adic\: Hd ≥ ∑ (Rl ^ Z)S, col IV ≈ ∑ (Rl ^ Z)S, col III ≈ ≈ ∑ (Rl + Z)S, col II ≈ ∑ (Rl + Z)S, col I .

~n cazul `n care aceast\ condi]ie nu este `ndeplinit\ (nu este asigurat echilibrul hidraulic pe fiecare din circuitele re]elei de distribu]ie), se redimensioneaz\ conductele circuitului principal (punctul de alimentare S [i baza coloanei V), m\rind sau mic[or=nd diametrele unor tronsoane de conducte. Presiunile disponibile la care se dimensioneaz\ racordurile celorlalte coloane sunt: − racord coloana IV HIV # ∑ (Rl ^ Z)5 ; − racord coloana III HIV # ∑ (Rl ^ Z)5, 6 ; − racord coloana II HIV # ∑ (Rl ^ Z)5, 6, 7 ; − racord coloana I HIV # ∑ (Rl ^ Z)5, 6, 7, 8 . iar diametrele se calculeaz\ dup\ metodologia indicat\ `n cazul `n care se cunoa[te presiunea disponibil\ [i debitele de c\ldur\.

Considera]ii pe marginea dimension\rii conductelor instala]iilor de încălzire cu apă caldă şi circulaţie prin pompare. La acest gen de instala]ii pentru asigurarea echilibr\rii hidraulice a tuturor circuitelor, este indicat s\ se adopte urm\toarele m\suri: − tronsoanele extreme ale re]elei de distribu]ie trebuie dimensionate mai larg, iar cele din apropierea punctelor de alimentare, mai str=ns; − pe fiecare coloan\, indiferent de `nc\rcarea termic\ a acesteia s\ se realizeze aproximativ aceea[i pierdere de sarcin\, surplusul de presiune disponibil\ fiind preluat de racordul coloanei la re]eaua de distribu]ie principal\; − pentru asigurarea echilibr\rii hidraulice a tuturor circuitelor trebuie acordat\ aten]ia cuvenit\ tras\rii re]elei de distribu]ie (gruparea coloanelor cu putere instalat\ mic\, evitarea aliment\rii acestor coloane direct din re]eaua principal\, leg\turi scurte pentru coloanele `nc\rcate [i leg\turi lungi pentru cele mai pu]in `nc\rcate, devierea circuitelor mai pu]in `nc\rcate din cele `nc\rcate [i nu invers etc.).

Bilantul termic si hidraulic pentru diferite scheme de distributie a agentului termic

Schema de distribu]ie trebuie s\ asigure corelarea `ntre parametrii nominali de temperatur\ ai re]elei [i cei de func]ionare optim\ a aparatelor consumatoare de c\ldur\. Apreciind c\ un aparat consumator de c\ldur\ poate ceda c\ldura la orice debit de agent termic intrat `n aparat, eficien]a sa func]ional\ este optim\ pentru o anumit\ zon\ de valori ale debitului de ap\ [i implicit ale diferen]ei de temperatur\ `ntre intrarea [i ie[irea din aparat. ~n acela[i timp zona respectiv\ trebuie s\ ofere [i o stabilitate termic\, `n sensul c\ varia]ii mici ale debitului de ap\ s\ nu conduc\ la varia]ii mari ale debitului de c\ldur\.

Aparatele consumatoare de c\ldur\ au valori diferite ale limitelor zonei optime de eficien]\ termic\. Astfel, corpurile `nc\lzitoare, `n func]ie de tipul constructiv, au o limit\ de 20 ÷ 30oC a diferen]ei de temperatur\, agregatele de aer cald au limite cuprinse `ntre 40o [i 80oC, valorile mari referindu-se la agregatele de capacitate mare. Diferen]a de temperatur\ (ecartul de temperatur\) a apei fierbin]i din re]eaua exterioar\, `n mod obi[nuit are valori ridicate, at=t `n cazul termofic\rii c=nd are valori impuse (150o – 70o # 80oC), c=t [i `n cazul aliment\rii cu c\ldur\ dintr-o central\ termic\ c=nd valoarea este aleas\ pe calea unei optimiz\ri. ~n cazul `n care valoarea diferen]ei de temperatur\ din re]ea corespunde cu cea a zonei de eficien]\ func]ional\ optim\ a aparatelor consumatoare de c\ldur\ acestea se alimenteaz\ `n paralel cu agent termic.

~n cazul `n care diferen]a de temperatur\ este mai mare decat cea de eficien]\ func]ional\ optim\ a aparatelor consumatoare de c\ldur\, ecartul de temperatur\ din re]ea se realizeaz\ prin alimentarea `n serie a aparatelor consumatoare de c\ldur\, apa ie[it\ dintr-un aparat intrand `n urm\torul. Efectul este similar dac\ se alimenteaz\ `n serie dou\ sisteme de `nc\lzire: sistemul de `nc\lzire cu corpuri `nc\lzitoare cu sistemul de `nc\lzire cu aer cald. Pentru orice schem\ se `ntocme[te bilan]ul termic [i hidraulic, `n care fiecare aparat sau sistem `n parte, precum [i `ntreaga instala]ie `n ansamblul ei trebuie s\ satisfac\ condi]iile men]ionate anterior.

Plecand de la rela]ia general\ de leg\tur\ `ntre debitul de c\ldur\ [i cel de ap\: Q = G⋅c⋅δt (W) pentru cazul cel mai simplu a dou\ aparate consumatoare de c\ldur\ sau dou\ sisteme (1,2), pentru ansamblul respectiv rezult\: Q = Q1 + Q2 (W) sau: G⋅c⋅δt = G1⋅c1⋅δt1 + G2⋅c2⋅δt2 (W)

`n care: • Q, Q1, Q2 – debitul de c\ldur\ al ansamblului [i respectiv al elementelor 1 [i 2, `n (W); • G, G1, G2 – debitele corespunz\toare ale apei, `n (kg/s); • δt, δt1, δt2 – diferen]ele corespunz\toare de temperatur\, `n (oC); • c, c1, c2 – c\ldurile specifice ale apei la temperaturile respective, `n (J/kgoC). Deoarece la temperaturile respective, varia]ia c\ldurii specifice este redus\, se poate aproxima: c = c1 = c2 = 4190 J/kgoC = 1 kcal/kgoC

~n cazul unei scheme de alimentare `n paralel, diferen]a de temperatur\ la aparatele consumatoare de c\ldur\ (sau sisteme) este aceea[i cu a `ntregului ansamblu; rela]iile specifice sunt: δt = δt1 = δt2 (oC)

G = G1 + G2 (kg/s) Q1 G1 ⋅ c ⋅ δt1 G1 = = Q2 G 2 ⋅ c ⋅ δt 2 G 2

La montarea `n serie, debitul de ap\ trecut prin aparatele consumatoare de c\ldur\ (respectiv sisteme) este constant; rela]iile specifice sunt:

G = G1 = G2 (kg/s) δt = δt1 + δt2 (oC) Q1 G1 ⋅ c ⋅ δt1 δt1 = = Q2 G 2 ⋅ c ⋅ δt 2 δt 2

Racordarea aparatelor consumatoare de c\ c\ldur\ ldur\ la instala] instala]iile de `nc `nc\ nc\lzire cu ap\ ap\ cald\ cald\

Cele mai multe dintre diferitele tipuri de aparate consumatoare de c\ldur\ - agregatele de aer cald, suprafe]ele radiante [i unele corpuri `nc\lzitoare – au bine definit\ circula]ia agentului termic `n interiorul lor. Astfel agentul termic p\trunde la un cap\t al aparatului, la partea superioar\ [i iese la partea inferioar\, la cap\tul opus sau la acela[i cap\t dup\ ce a str\b\tut aparatul consumator de c\ldur\. La corpurile `nc\lzitoare de tipul radiator sau convectoradiator circula]ia se face printr-o serie de coloane (]evi verticale) unite `ntre ele prin colectoare orizontale la partea superioar\ [i inferioar\.

Dup\ modul cum se racordeaz\ corpul `nc\lzitor la instala]ia interioar\ de `nc\lzire [i dup\ circula]ia agentului termic prin corp, se disting urm\toarele solu]ii de racordare: sus – jos; jos – sus; jos – jos,

a)

b)

d)

e)

Fig. 8.42 Racordarea corpurilor `nc\lzitoare

c)

- intrarea [i ie[irea apei pe p\r]i opuse a)sus – jos `n diagonal\ b)jos – sus `n diagonal\ c) jos − jos

- intrarea [i ie[irea apei pe aceea[i parte a)sus – jos pe aceea[i parte b)jos – sus pe aceea[i parte

Racordarea sus – jos; reprezint\ solu]ia cea mai uzual\. Agentul termic, intrand la partea superioar\, pe m\sur\ ce se r\ce[te, el coboar\ `n corpul `nc\lzitor, astfel `ncat circula]ia impus\ de c\tre pompe, corespunde cu cea natural\ datorat\ gravita]iei. Ie[irea agentului termic se face cel mai avantajos la cap\tul opus intr\rii. La corpurile `nc\lzitoare cu lungime mic\, ie[irea se poate face la acela[i cap\t, dac\ solu]ia este mai economic\ din punct de vedere al lungimii conductelor de racordare.

• Racordarea jos – sus; Avand circula]ia impus\ prin pompare `n sens invers cu cea natural\ (apa trebuie s\ urce pe m\sur\ ce se r\ce[te) conduce la o eficien]\ termic\ mai redus\. ~n func]ie de parametrii de temperatur\ ai agentului termic [i de tipul corpului `nc\lzitor eficien]a termic\ la racordarea jos – sus este mai redus\ cu 10 – 40% decat `n cazul racord\rii sus – jos. Pentru convectoradiatoare panou se apreciaz\ aceast\ reducere a eficien]ei la 40%.

• Racordarea jos – jos: conduce de asemenea la o reducere a eficien]ei termice, mai mic\ decat la schema jos – sus. Racordarea aparatelor consumatoare de c\ldur\ `ntre ele `n cadrul unui grup de aparate se poate face `n paralel sau `n serie. Racordarea `n paralel presupune c\ `n fiecare aparat se face reducerea temperaturii `ntre acelea[i valori, iar `n cazul racord\rii `n serie, temperatura scade succesiv de la un aparat la altul.

• Pentru cazul corpurilor `nc\lzitoare, la care eficien]a termic\ optim\ corespunde unei diferen]e reduse de temperatur\ (20o – 30o) `ntrucat apa fierbinte are o diferen]\ mare de temperatur\ pe `ntregul ansamblu (≈ 80oC) este necesar ca la racordarea `n paralel a corpurilor `nc\lzitoare s\ se foloseasc\ − `n cadrul ansamblului schemei de distribu]ie – alte solu]ii pentru realizarea `ntregii diferen]e de temperatur\ (de exemplu `nserierea sistemului de `nc\lzire cu corpuri `nc\lzitoare cu sistemul de `nc\lzire cu aer cald). • Racordarea `n paralel a corpurilor `nc\lzitoare se face folosind circula]ia apei sus – jos, `ntrucat asigur\ cea mai bun\ eficien]\ termic\.

Racordarea `n serie se poate face pe grupuri mici de corpuri `nc\lzitoare (2 – 4) sau grupuri mari. Racordarea `n serie a dou\ corpuri se poate face `n dou\ variante, dup\ modul de circula]ie al apei `n al doilea corp `nc\lzitor: sus – jos , sau jos – sus,

RA

RG

a) RG

b)

Fig. 8.43 Racordarea `n serie a dou\ corpuri de `nc\lzire a) sus – jos ; b) jos – sus.

~n cazul racord\rii sus – jos cel de-al doilea corp `nc\lzitor are o eficien]\ termic\ similar\ cu primul corp, `ns\ trebuie asigurat\ aerisirea celui de-al doilea corp [i golirea apei din primul corp. ~n cazul folosirii racord\rii jos – sus la al doilea corp aerisirea se realizeaz\ u[or prin coloana de `ntoarcere, `ns\ eficien]a sa termic\ este diminuat\, ceea ce conduce la cre[terea suprafe]ei sale. Pentru golire se folose[te o solu]ie comun\ la ambele corpuri cu robine]i de golire, RG. Racordarea `n serie a dou\ corpuri `nc\lzitoare, nu asigur\ o eficien]\ termic\ optim\ decat pentru o diferen]\ total\ de 40o – 60oC, mai mic\ decat cea nominal\ a apei fierbin]i (80oC).

Racordarea `n serie a 3 – 4 corpuri `nc\lzitoare conduce la utilizarea `ntregii diferen]e nominale de temperatur\ a apei fierbin]i. Sunt necesare `ns\ mai multe puncte de aerisire [i de golire a apei, fig. 8.44 .

RA

RA

RG

RA

RG

RG

Fig. 8.44. Racordarea `n serie a mai multor corpuri `nc\lzitoare (sus – jos)

Grupurile mari de corpuri `nc\lzitoare racordate `n serie folosesc racordarea jos – jos a unor corpuri `nc\lzitoare de `n\l]ime redus\ `n cadrul unui sistem de distribu]ie monotubular orizontal, fig. 8.45

RA

RA

RA

RA

RA

Fig. 8.45. Racordarea `n serie a corpurilor de `nc\lzire de `n\l]ime mic\ `n cadrul sistemelor de distribu]ie monotubulare

CORPURI DE ÎNCĂLZIRE UTILIZATE ÎN INSTALAŢIILE DE ÎNCĂLZIRE

Domenii de utilizare a corpurilor încălzitoare

La sistemul de `nc\lzire cu corpuri `nc\lzitoare, acestea sunt folosite pentru transferul c\ldurii de la un agent termic − `n stare lichid\ sau de vapori − la mediul `n care se face `nc\lzirea. ~ntruc=t sistemul nu folose[te aparate cu elemente `n mi[care, se mai nume[te [i `nc\lzire cu corpuri statice.

Corpurile de `nc\lzire cedeaz\ `n `nc\perea `n care sunt amplasate c\ldura necesar\ echilibr\rii bilan]ului termic, realiz=nd compensarea pierderilor de c\ldur\ ale `nc\perii [i `nc\lzirea aerului rece infiltrat. Pentru ob]inerea unei eficien]e sporite `n mediul `nc\lzit, amplasarea corpurilor `nc\lzitoare se face `n imediata apropiere a suprafe]elor celor mai reci, prin care se produce pierderea de c\ldur\, respectiv `n fa]a pere]ilor exteriori [i `n special `n fa]a ferestrelor. Datorit\ amplas\rii `n zona periferic\ a cl\dirii, `nc\lzirea cu corpuri `nc\lzitoare este denumit\ [i `nc\lzire perimetral\.

Deoarece corpurile `nc\lzitoare au o temperatur\ mai ridicat\, aerul care vine `n contact cu acestea se `nc\lze[te − prin convec]ie liber\ − activ=ndu-se circula]ia sa `n `nc\pere. La r=ndul s\u, aerul cedeaz\ c\ldura suprafe]elor mai reci, prin care `nc\perea este delimitat\ de mediul exterior (aer, sol) sau de alte `nc\peri cu temperatur\ mai sc\zut\. Totodat\, corpurile `nc\lzitoare (except=nd convectoarele) cedeaz\ c\ldur\ şi prin radia]ie suprafe]elor delimitatoare [i corpului omenesc.

La r=ndul s\u sistemul cu aer cald, chiar atunci c=nd este preferat, se combin\ cu sistemul cu corpuri `nc\lzitoare, pentru a se putea asigura confortul termic `n zona perimetral\. O combinare similar\ a sistemelor se face [i atunci c=nd este necesar\ men]inerea unui regim redus de `nc\lzire `n perioadele de `ntrerupere a lucrului, pentru evitarea consumului de energie electric\ (necesar\ `n cazul `nc\lzirii cu aer cald).

• Principii constructive şi funcţionale ale corpurilor de încălzire

• • • • •

Principalul criteriu de clasificare a corpurilor de încălzire este cel constructiv−funcţional. Concomitent, se are în vedere întregul ansamblu de caracteristici care se influenţează reciproc: constructive hidraulice termice de rezistenţă la coroziune economice

Caracteristicile constructive ale corpurilor încălzitoare Se referă la concepţia funcţională , gama dimensională, materialele folosite şi modul de furnizare de fabrică a corpului încălzitor.

Concepţia constructiv - funcţională Concepţia constructiv - funcţională a corpurilor încălzitoare conduce la realizarea acestora (fig. 10.1) astfel: Ţevi care cedează căldura direct în mediul încălzit, circulaţia agentului termic având loc: • într-un fir - tipul serpentină (fig. 10.1.a);

– în mai multe fire paralele - tipul registru (fig. 10.1.b); ţevile paralele pot fi orizontale ( fig. 10.1.b1 ) sau verticale( fig. 10.1.b2 ), racordarea lor făcându-se prin câte un distribuitor şi colector.

• Ţevi (tip serpentină sau registru) care cedează căldura în mediul încălzit indirect, prin intermediul unor elemente aplicate, care pot fi: – foi de tablă, plane sau cutate, tip radiator panou (fig. 10.1.c1) sau foi de tablă cu orificii speciale pentru circulaţia aerului - convectoradiator panou (fig. 10.1.c2); – aripioare din tablă, formând canale verticale - tipul convectoradiator (fig. 10.1d).

• Ţevi (tip serpentină sau registru) cu aripioare aplicate pe ele, amplasate într-o cutie - tipul convector (fig. 10.1e); cedarea căldurii în mediul încălzit se face indirect, prin intermediul curentului de aer care trece prin cutia corpului încălzitor. • Elemente verticale, fiecare cu mai multe coloane, corpul încălzitor (tip registru vertical ) fiind format prin îmbinarea mai multor elemente - tipul radiator (fig.10.1f). • Foi de tablă presate, care prin îmbinarea lor (două foi) creează spaţii pentru circulaţia apei - tipul radiator panou ( fig. 10.1g ).

a

c1

b1

b2

c2 d

e

f

Fig. 10.1 Tipuri de corpuri încălzitoare a – serpentină; b – registru de ţevi (b1 – orizontale; b2 – verticale ); c1- radiator panou; c2 – convectoradiator panou; d – convectoradiator; e – convector; f – radiator; g – panou.

g

–Gama dimensională Gama dimensională se caracterizează prin lungimea, lăţimea, înălţimea şi suprafaţa de contact a corpului de încălzire cu aerul.

–Materialul folosit Materialul folosit în mod frecvent este oţelul sub formă de ţevi şi tablă. O excepţie fac radiatoarele care se pot fabrica din fontă, aluminiu sau alte metale şi aliaje. La convectoare ţevile se pot realiza şi din cupru, iar aripioarele din aluminiu.

Caracteristicile hidraulice ale corpurilor încălzitoare Se referă la modul de circulaţie al apei în corpurile încălzitoare, la volumul de apă al acestora şi la rezistenţa hidraulică în circulaţia agentului termic. Circulaţia apei se poate face în unul sau mai multe fire: a)Circulaţia într-un fir

( tip serpentină ) se face cu debit mare de apă pe un drum lung, situaţie caracteristică agentului termic apă cu ecart mare de temperatură. b) Circulaţia în mai multe fire paralele (tip registru ) se face cu debit mic de apă şi drumuri scurte în fiecare din firele de circulaţie - situaţie caracteristică agentului termic apă cu ecart redus de temperatură sau abur. Cele două moduri de circulaţie a apei se pot combina cu aproape oricare din concepţiile constructiv - funcţionale ale corpurilor încălzitoare.

Caracteristicile termice ale corpurilor încălzitoare Se referă la modul şi capacitatea de cedare a căldurii, precum şi variaţiile acestora. Modul de cedare a căldurii de către un corp încălzitor depinde de concepţia constructiv - funcţională de realizare a acestuia . • În mod obişnuit cedarea de căldură se face mixt, prin convecţie şi radiaţie; o excepţie o reprezintă convectorul, care cedează căldura aproape exclusiv, prin convecţie. O pondere mai ridicată a cedării prin radiaţie se realizează la radiatorul panou, comparativ cu celelalte corpuri încălzitoare. • Debitul de căldură cedat mediului, (fluxul termic), reprezintă principala caracteristică a corpului încălzitor. Exprimarea sa se poate face global pentru întregul corp încălzitor (W/corp) , sau sub formă de debit specific, raportat la: – unitatea de suprafaţă [W/m2] – unitatea de lungime [W/m] ( la registru ).

• • • • • • •

Variaţia debitului de căldură, ca urmare a posibilităţilor de reglaj, sau a unor cauze exterioare, se face în funcţie de : debitul de agent termic ; temperatura agentului termic la intrarea în corpul încălzitor ; coeficientul global de transmisie a căldurii ; modul de racordare al corpului încălzitor; lungimea corpului încălzitor ; modul de montare ; presiunea barometrică .

Caracteristicile mecanice Caracteristicile mecanice ale corpurilor încălzitoare se referă la rezistenţa corpului încălzitor la presiunea agentului termic, la solicitări mecanice exterioare, la variaţia temperaturii şi la acţiunea chimică a agentului termic şi a mediului exterior. a)Rezistenţa la presiunea agentului termic este mare la corpurile în care agentul termic circulă prin ţevi cu grosime obişnuită a pereţilor şi mai redusă la corpurile cu volum mare de apă (radiatoare) sau la corpurile realizate din ambutisarea a două foi de tablă (de exemplu panou).

b)Rezistenţa la acţiuni mecanice în timpul transportului, montajului şi exploatării este mare la corpurile formate din ţevi (serpentine, registre) şi redusă la celelalte tipuri, fie datorită deformării elementelor din tablă de oţel (aripioare, foile panourilor), fie datorită casanţei, în cazul radiatoarelor din fontă. » c)Rezistenţa la variaţia temperaturii reprezintă rezistenţa faţă de eforturile apărute la dilatarea şi contracţia elementelor componente ale instalaţiei. » d)Rezistenţa la acţiunea chimică agresivă a agentului termic. Această rezistenţă este ridicată la fontă şi aluminiu (radiatoare), cupru (unele convectoare) şi redusă la corpurile din oţel - ţeavă sau tablă.

Caracteristicile economice. Caracteristicile economice ale corpurilor de încălzire se referă la stabilirea unor indici economici, raportarea acestora făcându-se la unitatea debitului de căldură (în mod uzual la 1000 W ). În mod obişnuit indicii se referă la : – – – –

costul corpului încălzitor [lei /1000W]; consumul de metal [kg/1000W]; consumul de manoperă la fabricaţie şi la montaj [ore/1000W]; consumul de energie înglobat [kWh/1000W]; [kg c.c./1000W].

Soluţii constructive pentru corpurile de încălzire

Clasificarea corpurilor de încălzire se face după diverse criterii, cum ar fi : • concepţia constructivă • modul de cedare a căldurii • agentul termic folosit • materialul utilizat • gama dimensiunilor etc.

• • • •

Deoarece materialul folosit la construcţia corpurilor de încălzire, prin caracteristicile sale fizico – mecanice şi posibilităţile tehnologice de prelucrare, impune în general concepţia constructiv – funcţională a acestora cu implicaţii directe asupra modului de cedare a căldurii, am considerat utilă utilizarea acestui criteriu de clasificare, grupând corpurile de încălzire astfel : corpuri de încălzire din oţel ; corpuri de încălzire din fontă ; corpuri de încălzire din aluminiu ; corpuri de încălzire din alte materiale.

Corpuri de încălzire din oţel A. Corpuri încălzitoare din ţevi a) Serpentine. Sunt corpuri de construcţie simplă, realizate ca un fascicol de ţevi coplanare, rezultat prin curbarea acestora la 180o – (fig. 10.2.a), prin îmbinarea sudată de tronsoane de ţeavă dreaptă cu curbe prefabricate la 180o sau 90o − (fig.10.2.b ), sau prin îmbinarea de tronsoane drepte din ţeavă de acelaşi diametru, tăiate la 45o – (fig.10.2.c).

a

H

H

H

L

L

L

b

c

Fig. 10.2. Serpentine din ţevi de oţel a - ţeavă curbată ; b - ţevi îmbinate cu curbe la 180 o (1) sau 90 o (2) ; c - ţevi drepte, tăiate la 45o ;

Ţevile folosite în mod curent la confecţionarea serpentinelor au diametrul cuprins între 50 şi 80 mm, dar gama acestora poate fi extinsă, după necesităţi, între 20 şi 100 mm. Pentru serpentinele de tipul ″c″ pot fi utilizate de asemenea ţevi de secţiune rectangulară. Parametrii maximali ai agenţilor termici cu care pot fi alimentate serpentinele sunt prezentaţi în tabelul 10.1. Tabelul 10.1.

Parametrii

Agent termic

Maximi

Apă

Abur

Temperatura ( oC )

150

150

Presiunea

16

4

( bar )

Ca urmare a faptului că întreaga suprafaţă de încălzire a serpentinei este în contact direct cu agentul termic, temperatura medie a serpentinei este foarte apropiată de cea a agentului termic ( purtător de căldură ), ceea ce reprezintă un avantaj din punct de vedere al cedării căldurii, cu atât mai mult cu cât toată masa de metal a serpentinei este activă. Serpentina fiind parcursă pe toată lungimea de debitul integral de agent termic,realizează o viteză mare de circulaţie a acestuia, ceea ce o face să fie corespunzătoare folosirii apei fierbinţi, caracterizată de ecarturi mari de presiune şi temperatură. Dimensiunile de gabarit uzuale pentru serpentine sunt: H = 300 …..1000 mm ; L = 500…5000 mm;

A

A

Fig. 10.3 Serpentine cu ţevi orizontale în eşichier 1 - ţeavă dreaptă ; c - curbă la 180 o ; s - suport de susţinere ; r - ştuţ de racordare ; m - mufă de racordare ; f - flanşă .

A-A

Acest tip de serpentină a fost realizat în România, conform N.I.I. 268 - 77, din ţeavă de oţel, sudată longitudinal pentru construcţie Φ 42 x 2,5 mm într-o gamă de 80 tipodimensiuni (fig.10.3), determinate prin : − lungimea ţevii drepte 500…4000 mm cu modul de 250 mm cu o lungime de gabarit de 660…4160 mm ; − numărul de ţevi 5…12 bucăţi, ceea ce duce la o înălţime de gabarit de 402…1007 mm. Valorile maximale admise ale parametrilor agenţilor termici pentru serpentina de încălzire din fig.10.3 sunt : presiunea de utilizare 16 bar, temperatura 200 oC.

b) Registre de încălzire Sunt alcătuite din fascicule de ţevi paralele, pozate orizontal sau vertical şi având în cele mai multe cazuri extremităţile fixate în alte ţevi de acelaşi diametru sau mai mare, numite distribuitor şi respectiv colector. Din punct de vedere funcţional, registrul de încălzire oferă agentului termic mai multe trasee paralele, ceea ce permite reducerea vitezei de circulaţie, şi implicit, a rezistenţei hidraulice, fiind recomandabil şi în cazul agenţilor de încălzire cu debit volumetric mare ( apă cu ecart de temperatură mic ). Registrele de încălzire orizontale (fig.10.4)sunt executate pentru următoarele condiţii generale : − temperatura maximă a agentului termic - 150 oC ; − presiune maximă : • apă - 16 bar • abur - 4 bar ;

− diametrul ţevilor şi al distribuitor - colectorului: 76 x 3,5 mm; 76 x 3mm;

− lungimea ţevilor orizontale: 500…5000 mm cu modul de 250 mm; − numărul de ţevi orizontale: 2…8 buc., determinând înălţimea de gabarit între 206 şi 986 mm; − mod de racordare: flanşe sau mufe ; − asamblarea elementelor componente se face prin sudare. − înălţimea de gabarit: 600, 800 sau 1000 mm ; − lungimea de gabarit: 540 - 2744 mm la tipul I şi 704 - 2908 mm la tipul II, funcţie de numărul de ţevi verticale ( între 5 şi 24 buc. cu pas de 116 mm ); Parametrii maximali admişi ai agentului termic sunt : – – – – – –

temperatura : apă: 150 oC ; abur: 175 oC ; presiunea : apă: 16 bar abur: 8 bar ;

2

3

6 4

5 1

7

2

Fig. 10.4. Registru de încălzire cu ţevi orizontale 1 - distribuitor; 2 - ţeavă orizontală extremă; 3 - ţeavă orizontală mediană; 4 - colector; 5 - ştuţ de racord; 6 - flanşă; 7 - mufă de racordare.

Registrele de încălzire verticale au însuşiri termohidraulice asemănătoare registrelor orizontale, cu următoarele particularităţi : -fasciculul de ţevi paralele este pozat vertical, într-un singur rând la tipul I (fig. 10.5a) şi în două rânduri paralele la tipul II (fig. 10.5b).

2 1

1

2 1

Fig. 10.5. – Registru de încălzire vertical a - tipul I (simplu ); b - tipul II (1 - distribuitor, colector ; 2 - ţeavă verticală).

Corpuri încălzitoare din ţevi cu elemente aplicate Plecând de la ideea creşterii fluxului termic al serpentinelor şi registrelor prin mărirea suprafeţei de schimb de căldură, corpurile încălzitoare din ţevi cu elemente aplicate prezintă o mare diversitate de concepte constructive, rezultată din combinarea diferenţiată ca tehnologie de execuţie a tipurilor de corpuri încălzitoare din ţevi, cu elemente adiţionale din materiale şi cu forme diferite. Caracteristici funcţionale principale : - circulaţia agentului termic se face prin serpentine sau registre; − cedarea de căldură are loc atât prin ţeavă ca element de contact direct cu agentul termic, cât şi prin elemente aplicate pe ţeavă, încălzite prin conducţie, ceea ce duce la creşterea fluxului termic radiant; − temperatura medie a suprafeţei de încălzire este mai scăzută decât cea a agentului încălzitor, ceea ce permite utilizarea agenţilor termici cu parametri ridicaţi.

Tipuri reprezentative de corpuri încălzitoare cu elemente aplicate: A)Serpentine sau registre din ţevi orizontale cu aripioare Se realizează prin aplicarea de aripioare de formă pătrată sau circulară cu latura (diametrul) de 50 - 100 mm din tablă de oţel cu grosimea de 0,4 1,0 mm fixate pe ţevi cu diametru mic 1/2” - 2”. Aripioarele sunt prinse de ţeavă prin intermediul unui guler de 3 - 4 mm. La alte variante, aripioarele sunt realizate din bandă spiralată în jurul ţevii cu pasul de 3−5mm. În alte soluţii constructive, creşterea suprafeţei se obţine prin spiralarea unei spirale din sârmă din oţel sau cupru în jurul ţevii. Tehnologiile perfecţionate permit obţinerea de ţevi din aluminiu cu tot cu aripioare rezultate prin extrudare.

b) Radiatoare panou Sunt numite astfel, în mod convenţional, corpurile încălzitoare alcătuite din serpentină sau registru din ţeavă, de care se prinde prin sudură , lipire, coliere etc., pe una din feţe ori pe amândouă, o tablă din oţel sau aluminiu cu suprafaţa lină, ondulată, striată sau profilată. O construcţie de acest tip este radiatorul panou GOLF , care are suprafaţa de încălzire din tablă de aluminiu profilată fixată cu agrafe de o serpentină de oţel

c) Convectoradiatoare tip panou (C R P) Sunt compuse dintr-un registru de ţevi verticale de 3/8” cu distribuitor şi colector din ţeavă pătrată 30 x 30 x 3 mm (fig. 10.6). Pe cele două feţe ale registrului sunt sudate panouri din tablă neagră cu grosimea de 0,5 mm, pe care sunt practicate şiruri verticale de fante orizontale, având lungimea aproximativ egală cu distanţa dintre ţevile registrului. Orientarea fantelor, în jos pe panoul anterior, şi în sus pe cel posterior, facilitează circulaţia aerului, realizându-se creşterea aportului convecţiei la emisia totală de căldură. Prin cuplare se pot obţine C R P - uri duble cu distanţa între axe de 100 mm. C R P -ul poate funcţiona cu apă fierbinte sau abur cu tmax = 150oC şi pmax = 16 bar.

1

2

A-A

A

6

1

5

4 2

4

3

Fig. 10.6. Convectoradiator tip panou ( C RP) 1 - distribuitor ; 2 - ţeavă verticală ; 3 - 5 colector ; 4 - panou cu fante ; 5 - element A de fixare ; 6 - flanşă ;

Fig. 10.6. Convectoradiator tip panou ( C R P ) 1 - distribuitor ; 2 - ţeavă verticală ; 3 - colector ; 4 - panou cu fante ; 5 - element de fixare ; 6 - flanşă ;

3

Gama tipodimensională a convectoradiatoarelor tip panou conţine 3 grupe de unităţi determinate de înălţimea H, în fiecare grupă existând 25 de lungimi L la CRP simplu ( cu un rând de ţevi ) şi 15 lungimi L la C R P dublu ( cu două rânduri de ţevi ) rezultate din numărul de ţevi verticale pe rând , şi anume : n = 4…28 ţevi la C R P simplu şi n = 10…24 ţevi la C R P dublu.

d) Convectoradiatoare tip SP Au la bază registrul de ţevi verticale pe care se aplică elemente din tablă alcătuind tuburi sau canale de diferite forme şi mărimi (în secţiune transversală) şi având capetele deschise pentru intrare (jos) şi ieşire (sus) a aerului. Elementele aplicate contribuie la reducerea temperaturii medii superficiale şi majorează cota de căldură transmisă prin convecţie.

Ø1/2"

A

Ø1"

A Ø1/2"

A-A

Teava Ø1/2"

Tabla neagra g=0,5

a)

Ø1"

b) Fig. 10.7. Convectoradiator tip S P a - cu o coloană ; b - cu două coloane ; n - numărul de elemente

Convectoradiatorul tip SP a fost produs la Alexandria conform NID 30, (fig, 10.7.) şi este compus din: − registru cu ţevi verticale (elemente) cu diametrul 1/2″, sudate în distribuitor şi colector cu diametrul de 1″ şi distanţa 70 mm între axe; − aripioare din tablă neagră de 0,5 mm grosime, sudate pe ţevile verticale, formând două canale rombice cu diagonala mare aprox. 40 mm, situate în faţa şi în spatele registrului. − racorduri cu mufe fixate la unul din capetele distribuitorului şi colectorului. Agenţii termici folosiţi pot fi apa sau aburul cu pmax = 16 bar. Elementele constructive care definesc gama de tipodimensiuni ale convectoradiatorului SP sunt: − înălţimea (distanţa dintre axele distribuitorului şi colectorului); − lungimea (dată de numărul de ţevi verticale - 3 ÷ 35 ţevi într-un plan).

C. Convectoare Convectorul este alcătuit din ţevi cu aripioare acoperite de o mască, în care sunt practicate goluri la partea inferioară şi superioară, şi cedează căldură aproape exclusiv prin convecţie liberă.

a)Convectorul cu mască A fost realizat la Alexandria, conform N.I. 62 - 72 şi este alcătuit din următoarele părţi principale (fig.10.8): − bateria de încălzire formată din 2 sau 3 ţevi plate 40 x 10 x 1,75 mm OLT 35, pe care se fixează, prin zincare la cald, 204 buc/m aripioare rectangulare, din tablă decapată de 0,4 mm, cu înălţimea de 60 mm şi lăţimea de 163 mm pentru 3 ţevi sau 109 mm pentru 2 ţevi; − distribuitor şi colector din tablă decapată; − mască din tablă decapată, care împreună cu peretele pe care se montează convectorul, formează spaţiul de circulaţie a aerului încălzit; − jaluzelele pentru dirijarea jetului la ieşire.

•

Fig. 10.8. Convector cu mască 1 - ţevi încălzitoare ; 2 - aripioare ; 3 - distribuitor ( colector ); 4 - racord intrare ( ieşire ); 5 - mască ; 6 - clapetă de reglaj ; 7 - buton de acţionare clapetă ; 8 - jaluzele ; 9 - console de fixare ;10 - glaf .

Convectorul cu mască permite utilizarea de agenţi termici cu următorii parametri maximali : − apă, cu temperatura de 130oC şi presiunea de 10 bar ; − abur saturat cu presiunea de 2 bar şi temperatura 133oC. Numărul (2 sau 3) şi lungimea ţevilor 500 - 1500 mm cu modul de 100mm, precum şi înălţimea măştii 230 mm sau 460 mm, definesc o gamă de 33 de tipodimensiuni.

b) Convectoare de plintă

Fig. 10.9. Convector de plintă 1- ţeavă cu aripioare; 2- mască; 3- clapetă; 4- consolă; 5,6- şuruburi de prindere.

Diferă de convectoarele cu mască prin următoarele elemente (fig. 10.9): − bateria de încălzire conţine o singură ţeavă plată, deci nu are distribuitor şi colector ; − lăţimea foarte redusă a măştii nu mai necesită jaluzele ; − la capetele convectoarelor de plintă pot fi montate elemente de capăt confecţionate din tablă de oţel. Convectoarele de plintă s-au executat conform N.I.I. 134 73, în 10 mărimi determinate de lungimea măştii, înălţimea şi lăţimea fiind constante. Ca agent termic pentru convectoarele de plintă se utilizează apa cu temperatura maximă de 100 oC şi presiunea maximă de 10 bar.

D. Panouri încălzitoare Sunt corpuri de încălzire construite din foi de tablă sau benzi de oţel sau aluminiu prin presare, ambutisare, lipire, sudare, astfel încât să se obţină un sistem de canale de circulaţie pentru agentul termic, similar registrelor din ţevi verticale sau orizontale.

A

AA

B

B

A

AA

B

B

A

A B-B

B-B

a

b Fig. 10.10. Panou încălzitor

Forma secţiunii canalelor şi profilul exterior al panourilor pot fi destul de diferite, principial construcţia unui panou încălzitor fiind prezentată în fig. 10.10. În România s-a fabricat radiatorul panou ROTERM şi întruneşte însuşirile caracteristice ale mai multor tipuri de corpuri şi anume (fig. 10.11): − canale din tablă pentru circulaţia agentului termic, ca la panoul încălzitor; − suprafaţă încălzitoare exterioară, din tablă neudată de agentul încălzitor, similar radiatorului panou; − curentul de aer circulă în mişcare naturală, între ţevile de agent termic şi suprafaţa periferică (panou) a corpului încălzitor, asemenea convectoradiatorului.

Gama de fabricaţie a radiatorului panou ROTERM se extinde la 95 tipodimensiuni, radiatorul putând avea 2 - 20 elemenţi şi lungimi cuprinse între 150 şi 1500 mm. Agentul încălzitor admis este apa cu temperatura de 110oC şi presiunea limitată la 4 bar.

Fig. 10.11. Radiator panou ROTERM a - simplu ; b - dublu ; c - detaliul A văzut din spatele radiatorului; d - detaliul B.

Corpuri de încălzire din fontă Radiatoare din fontă Sunt alcătuite din elemente verticale din fontă cu însuşiri termice asemănătoare cu registrele din ţevi verticale. În România se produc două serii de elemente din fontă : -elemente cu 2 sau 3 coloane unite de secţiune eliptică, STAS 7363-86, fig. 10.12. − elemente cu 2, 4, 6 sau 9 coloane independente de secţiune circulară, STAS 7364 – 86, fig. 10.13.

Fig. 10.12. Radiator din fontă cu coloane unite

Parametrii maximi ai agenţilor termici pentru radiatoare din fontă sunt pentru tipul cu: − coloane unite de secţiune eliptică : apă: tmax = 140 oC ; pmax = 6 bar ; abur: tmax = 151 oC ; pmax = 4 bar ; − coloane libere de secţiune circulară : – apă: tmax = 115 oC ; pmax = 5 bar ; – abur: tmax = 133 oC ; pmax = 2 bar.

Fig. 10.13. Radiator din fontă cu coloane independente

Fig. 10.13. Radiator din fontă cu coloane independente

Realizări constructive ale corpurilor de încălzire pe plan internaţional

Tipurile constructive reprezentative de corpuri de încălzire, au următoarele caracteristici comune: • masă proprie mică; • canale de circulaţie a agentului termic cu pereţi subţiri şi de secţiune mică; • inerţie termică mică (volum de apă înglobat mic), având în vedere caracterul permanent al furnizării agentului termic; • forme diversificate; • acoperiri exterioare estetice, mentenabile şi fiabile; • tratamente anticorozive.

Având în vedere baza comună de analiză a corpurilor de încălzire, şi anume agentul termic folosit, apa caldă cu td / tr = 90 oC / 70 oC şi ∆t = 60 oC, şi faptul că nu există corp de încălzire care să cedeze căldură numai prin radiaţie sau numai prin convecţie, structurăm principalele realizări în domeniul construcţiei de corpuri de încălzire , tot după materialul folosit, şi anume: − corpuri de încălzire realizate din materiale uşoare - aliaje de aluminiu; − corpuri de încălzire realizate din oţeluri aliate; − corpuri de încălzire din fontă; − corpuri de încălzire realizate din două sau mai multe materiale diferite.

Corpuri de încălzire din aliaje de aluminiu Construcţia corpurilor de încălzire din aluminiu se focalizează pe două direcţii principale: − radiatoare; − registre ,verticale sau orizontale.

a) Radiatoare din aluminiu În Europa, un număr mare de producători realizează elemente de radiator din aluminiu, asamblate prin niplare. Pentru condiţii nominale, diferenţele constructive şi din punct de vedere al puterii termice pe element pentru aceleaşi dimensiuni de gabarit sunt minime la acelaşi producător sau între diferiţi producători, aşa cum rezultă şi din exemplele prezentate în tabelul 10.2, tabelul 10.3, tabelul 10.4.

Tabelul 10.2.

Radiatoare din aluminiu

∆td / tr

∆t

Putere termică

Tip element

[oC]

[o C ]

[ W / elem ]

T 500

90 / 70

60

161,2

Dist. între nipluri d=500mm

L 500

90 / 70

60

163,1


ET 500

90 / 70

60

161,2


Clan 500

90 / 70

60

170


Observaţii

Tabelul 10.2. - continuare

Radiatoare din aluminiu Tip element

∆td / tr [oC]

∆t [o C ]

Putere termică [ W / elem ]

Observaţii

Club 500

90 / 70

60

166


Mix 500

90 / 70

60

162


GL 500/80

90 / 70

60

164


Mago 500

90 / 70

60

163


Seven 500

90 / 70

60

170


SIMUN 500

90 / 70

60

168


New Serir 500

90 / 70

60

172


Big 500

90 /70

60

170


Tabelul 10.3. Radiatoare din aluminiu

td /tr

∆t

Putere termică

Tip element

[oC]

[oC]

[ W / elem ]

Blitz 3 / R

90 / 70

60

114

Observaţii

Distanţa între nipluri

d = 300mm Scirocco 3 / R

90 / 70

60

111


d = 300mm Master 300 / R

90 / 70

60

114


d = 300mm Sahara 300 / R

90 / 70

60

111


d = 300mm

Tabelul 10.4.

Radiatoare din aluminiu

td /tr

∆t

Putere termică

Tip element

[ oC ]

[ oC ]

[ W / element ]

Confort 80

90 / 70

60

128

Observaţii

Distanţa între nipluri d= 400 mm

Mondial 80

90 / 70

60

131


IPS 90

90 / 70

60

122


Dacă din punct de vedere al diferenţelor de putere termică pe element, pentru aceleaşi dimensiuni de gabarit, elementele de radiator sunt apropiate, calitatea finisajului le face deosebit de competitive, vopsirea exterioară epoxidică, sau realizată prin anaforeză plus vopsire epoxidică conferindu-le calităţi estetice deosebite. În ceea ce priveşte exploatarea lor producătorii insistă asupra calităţii apei utilizate ca agent termic, astfel : – conţinut de sulfaţi ≤ 100 mg / litru – conţinut de cloruri ≤ 50 mg / litru – pH = 7 ÷ 8,5

recomandând tratarea acesteia cu aditivi speciali Cillit Duo (Cillit S.A.) sau Redoxal 1000 (Molvy Chemie). Alţi producători fac apel la procedee complexe de pasivizare prin fosfato - cromatare, prin care se realizează un film de crom permanent şi inalterabil.

Marea majoritate a elemenţilor de radiator din aluminiu se produc în gama de înălţimi între nipluri de 350; 500; 600; 700 şi 800 mm, cu lăţimi şi adâncimi de 80mm, respectiv 98 - 100 mm, garantate 10 ani, la presiuni de lucru de 6 bar şi temperaturi maxime ale agentului termic de 110 oC. Cele mai utilizate forme de elemenţi de radiator din aluminiu sunt prezentate în fig. 10.14. (a, b, c, d, e ), deosebirile fiind minime şi constând în numărul de aripioare verticale turnate odată cu elementul respectiv şi forma canalelor de aer delimitate de aceste aripioare, la alăturarea a doi elemenţi prin niplare.

Fig. 10.14.a. Global Mix

Fig. 10.14.b. Global GL 350/80

Fig. 10.14.c. Mago 500

Fig. 10.14.d. Club 500

Fig. 10.14.e. Clan 500

Există producători care realizează radiatoare din aluminiu nemodulate, cum ar fi Bfi - Ungaria (radiatorul Helena), fig. 10.15., radiatoare produse în gama de înălţimi între nipluri de 350; 500; 650; 900 mm , cu puteri de 82; 111; 141, respectiv 190 W pe element formal. Pentru aceste radiatoare rămân valabile considerentele anterioare legate de condiţiile de exploatare şi garanţie.

•

Fig. 10.15. Radiator Bfi - “Helena “

b) Registre din aluminiu Destinate încălzirii unor spaţii cu cerinţe igienice deosebite (băi, bucătării), datorită simplităţii constructive şi a facilităţilor de întreţinere (curăţire uşoară), aceste registre se realizează prin niplare sau sudură între elemenţi de diverse lăţimi pe înălţimea dorită, fig. 10.16.

Nova Florida “SAMOA”

Global “JUNIOR “

Fig. 10.16. Registre din aluminiu

Ca exemplu, se pot asambla elemente cu distanţa între axe de 450 sau 550 mm, pe înălţimi de 730 mm până la 1540 mm - registrele “ Junior “- Global (Italia), sau înălţimi de la 720 mm până la 1680 mm - registrele “Samoa “- Nova Florida (Italia). Pentru aceste registre puterile termice la condiţii nominale (td / tr = 90/70oC, ∆t = 60oC), variază între 378 şi 1147W. Posibilităţile de finisaj, exploatare şi garanţie, comportă aceleaşi facilităţi, respectiv restricţii, ca la celelalte corpuri de încălzire din aluminiu.

Corpuri de încălzire din oţeluri aliate Corpurile de încălzire din oţel se produc în două variante: − corpuri de încălzire din tablă - tip radiator panou sau convectoradiator; − corpuri de încălzire din ţeavă - tip registru.

a) Corpuri de încălzire din tablă Corpurile de încălzire din tablă se realizează prin ambutisarea şi sudarea “ în oglindă “ a două foi de tablă plane din oţel aliat, rezultând astfel canalele de circulaţie ale agentului termic , distribuitorul cât şi colectorul, care permit racordarea corpului la reţea. La radiatoarele panou astfel rezultate, se aplică pe una din feţe aripioare din tablă ondulată, mărind suprafaţa de schimb de căldură şi intensificând transferul convectiv de căldură, rezultând convectoradiatoare, fig. 10.17.a. Se fabrică din tablă de oţel de 1,25 mm, având o foarte largă utilizare în Europa.

Fig. 10.17.a. Corp de încălzire din tablă (convectoradiator panou dublu)

Fig. 10.17.b. Corpuri de încălzire din tablă

Cu toate că sunt produse de un număr mare de firme, De Longhi Italia, Buderus - Germania, Myson - Anglia, Radson - Belgia, Dunaferr - Ungaria, Vogel and Noot - Austria ş.a. diferenţele constructive sunt minimale, aproape inexistente - fig. 10.17.b. Se realizează în general, în gama de înălţimi între nipluri de 300; 400; 500; 600 şi 900 mm, având puteri termice cuprinse între 17,5 W şi 169 W pe element formal.* *Aceste corpuri de încălzire nefiind modulate, nu se poate vorbi de element real ( distinct ), ci de element formal, rezultat din secţiunea teoretică verticală prin punctul de unde se repetă forma geometrică de bază a corpului de încălzire. Temperatura agentului termic este limitată la 110 oC, presiunea de lucru recomandată fiind de 6 bar. Toţi producătorii insistă asupra calităţii apei utilizate, garanţia nedepăşind în general 5 ani.

b) Corpuri de încălzire din ţeavă Producţia de corpuri de încălzire din ţeavă de oţel este diversă, multe firme ca Buderus - Germania, Zehnder - Germania, Laing Ungaria, Betatherm - Germania, realizând registre din ţeavă cu diferite secţiuni (rotundă, ovală, pătrată), destinate încălzirii încăperilor cu cerinţe igienice deosebite (băi, bucătării). Sunt în general corpuri unitare, livrate la puterea termică dorită, realizate prin sudură - fig. 10.18, fig. 10.19, fig. 10.20, temperatura maximă recomandată a agentului termic td = 95 oC, presiunea de lucru fiind limitată la 10 bar. Garanţia oferită de firmele producătoare nu depăşeşte în general 10 ani.

Gama de forme, înălţimi şi lăţimi este largă, registrele verticale având înălţimi cuprinse între 200 şi 3000 mm, cu puteri între 13 W şi 136 W pe element formal la regim nominal ( Buderus ). Registrele orizontale au lungimi cuprinse între 400 şi 1000 mm, cu puteri între 25 W şi 50 W pe element formal ( Betatherm ).

Fig. 10.18. Construcţia registrelor din oţel

Fig. 10.19. Circulaţia apei în registre din oţel

Fig. 10.20. Registre din oţel

Corpuri de încălzire din fontă Cu toate că există o tendinţă generală de reducere a utilizării radiatoarelor din fontă din elemente modulate (elemenţi), firmele producătoare reuşesc să menţină producţia lor prin depăşirea handicapului legat de estetica necorespunzătoare şi masa mare a acestora. Astfel, firme ca: Chapée - Franţa, Ideal Clima - Italia, ZDB – Italia, Ferroli - Italia, Buderus - Germania, realizează radiatoare din fontă cu coloane libere, de secţiune circulară sau quasirectangulară, în forme constructive apropiate, dar cu finisaje exterioare de calitate. - fig. 10.21, fig. 10.22, fig. 10.23.

Fig. 10.21 . Radiatoare din fontă ZDB

•

Fig. 10.22. Radiatoare din fontă tip “Dune “

Fig. 10.23.

Radiatoare din fontă - tip “ Amico “

Temperatura maximă a agentului termic este limitată la 115 oC , presiunea de lucru maximă recomandată fiind de 6 bar. Înălţimile între nipluri (axe) cu care se produc aceşti elemenţi din fontă variază între 218 mm (Dune) şi 900 mm (ZDB Kalor), puterile termice la regim nominal variind între 67 W şi 252 W pe element, funcţie de tipul şi numărul de coloane al elementului de radiator. Garanţia furnizată de producător este de peste 20 de ani.

Corpuri de încălzire realizate din alte materiale Din cele cunoscute până în prezent, aceste corpuri de încălzire se realizează în două variante: − convectoare de plintă din ţeavă de cupru cu aripioare din aluminiu; − radiatoare din aluminiu cu inserţie din ţeavă din oţel pentru circulaţia agentului termic. a) Convectoare de plintă din ţeavă de cupru cu aripioare din aluminiu Firma americană Slant-Fin Corp. produce corpuri de încălzire din ţeavă din cupru, cu aripioare din aluminiu, sub formă de încălzitoare de plintă. Constructiv - fig. 10.24., se aseamănă cu cele produse în România, caracteristicile termice pentru agent termic apă caldă cu td - tr = 20 oC pentru fiecare metru de convector de plintă fiind prezentate în tabelul 10.5

Fig. 10.24. Convector de plintă Fine Line 30 1 - aripioară din aluminiu ; 2 - ţeavă din cupru ; 3 - carcasă ; 4 - clapetă .

Tabelul 10.5.

Puterea termică unitară [ W / m ]

Debitul de apă [ l / min ]

Temperatura Apei [oC ]

60

65

72

77

82

88

94

99

4

290

350

420

480

550

620

680

750

16

310

370

440

510

600

660

720

790

Pentru tipul Fine Line 30, pasul dintre aripioare variază între 5 ÷ 12 mm. Aceste convectoare de plintă pot funcţiona cu apă caldă cu tdmax = 110 oC şi presiunea maximă de 10 bar, având o masă proprie mai mică, bună rezistenţă la coroziune, prezentare estetică bună. Au dezavantajul că nu pot fi utilizate în toate tipurile de încăperi. De asemeni sunt scumpe, utilizând materiale scumpe, dar o tehnologie de realizare şi montaj simplă.

b) Radiatoare din aluminiu cu inserţie din ţeavă de oţel pentru circulaţia agentului termic Conform afirmaţiilor producătorilor “ Gruva Fin Spa “ - Italia şi “Sira” - Italia, radiatorul bimetal este unic în lume, fiind realizat din aliaj de aluminiu turnat sub presiune, fără suduri, folosind o inserţie din ţeavă din oţel, prin care circulă agentul termic - fig. 10.25.a, fig. 10.25.b. Ca formă exterioară, aceste radiatoare se aseamănă cu cele din aluminiu, îmbinarea elemenţilor făcându-se prin garnituri din cauciuc tip “O”-ring , ceea ce limitează presiunea de lucru la maximum 8 bar, temperatura agentului termic fiind în principiu limitată la 115 oC. Spre deosebire de radiatoarele din aluminiu, formarea de hidrogen nu este posibilă, deoarece apa nu vine în contact cu suprafaţa din aluminiu a corpului de încălzire.

Sunt produse în trei variante: CF, C şi S, cu înălţimi între axe (nipluri) între 300 mm şi 800 mm, cu puteri termice cuprinse între 105,8 W/element şi 251,2 W/element. Garanţia asigurată de producător este de 20 de ani.

Siral tip "C"

Siral tip "CF"

Siral tip "S"

• Radiator bimetal • tip S

Radiator bimetal tip C

Radiator bimetal tip S

Baze de calcul termohidraulic a corpurilor de încălzire

Relaţii generale de calcul a cedării de căldură a corpurilor încălzitoare

Determinarea prin calcul a fluxului termic emis de un corp de încălzire, urmăreşte corelarea puterii termice Q a corpului de încălzire, cu necesităţile de căldură ale spaţiului încălzit. Relaţiile utilizate în calculele practice reprezintă forme derivate ale ecuaţiei generale a transmisiei căldurii în regim staţionar :

în care: k – coeficient global de transmisie a căldurii, [W/m2*oC]; s − mărimea suprafeţei de schimb de căldură, [m2]; – diferenţa medie de temperatură, [oC].

•

La o primă analiză, s-ar putea considera că diferenţa medie de temperatură este egală cu diferenţa dintre temperatura medie a fluidului cald şi temperatura medie a fluidului rece, care de fapt reprezintă media aritmetică a diferenţelor extreme de temperatură:

în care: • •

– temperatura iniţială, respectiv finală, a fluidului cald ; – temperatura iniţială, respectiv finală, a fluidului rece.

Dar, aşa cum se va demonstra în continuare, diferenţa medie de temperatură este media logaritmică a diferenţelor extreme de temperatură, aceasta fiind întotdeauna mai mică decât media aritmetică. O alta forma a relatiei

∆t max − ∆t min Q = k ⋅s⋅ ∆t max ln ∆t min

şi comparată cu relaţia (10.1), permite precizarea expresiei de calcul a diferenţei medii logaritmice de temperatură sub forma:

∆t med =

∆t max − ∆t min ∆t max ln ∆t min

Introducând notaţiile folosite în tehnica încălzirii, şi anume:

cu observaţia că temperatura fluidului rece (aerul interior) se consideră constantă

se obţine expresia diferenţei medii logaritmice de temperatură, adaptată la calculul termic al corpurilor de încălzire cu apă caldă,

în care: - temperatura apei din conducta de ducere a instalaţiei la intrarea în corpul de încălzire, în oC ; - temperatura apei din conducta de întoarcere a instalaţiei, la ieşirea din corpul de încălzire , în oC. - temperatura interioară de calcul, în oC

Pentru raportul :

se poate calcula, cu suficientă precizie, diferenţa medie de temperatură, cu relaţia:

Mărimea coeficientului global de transmisie a căldurii k este influenţată de o diversitate de factori - termici, hidraulici, geometrici sau de altă natură; variaţia lor are ca efect modificarea valorică a coeficienţilor de schimb superficial - pe faţa interioară şi exterioară a suprafeţei de încălzire - şi a rezistenţei termice a pereţilor corpului încălzitor.

Factori de natură termică sunt temperaturile iniţiale şi finale ale mediilor între care se produce schimbul de căldură, adică agentul purtător de căldură din corpul de încălzire şi aerul din încăperea încălzită. Aceştia au - pe lângă rolul hotărâtor în determinarea diferenţei medii de temperatură ∆t la care lucrează corpul încălzitor - o contribuţie indirectă asupra comportării mediilor în procesul de schimbare a căldurii.

Ca factori hidraulici acţionează regimurile de curgere ale fluidelor pe cele două feţe - interioară şi exterioară - ale suprafeţei de încălzire. Curgerea agentului purtător de căldură este influenţată de debitul de fluid, geometria secţiunii de curgere şi sensul curgerii prin interiorul corpului de încălzire. Curgerea aerului pe suprafaţa exterioară a corpului de încălzire este hotărâtă în principal de forma corpului şi de poziţia sa faţă de mişcarea convectivă naturală a aerului.

• Alţi factori care influenţează mărimea coeficientului global de schimb de căldură sunt presiunea aerului interior, modul de cedare a căldurii de către corpul încălzitor, finisajul exterior al suprafeţei încălzitoare, ş.a. • În cele ce urmează, ne vom opri asupra a numai două elemente care influenţează cedarea de căldură: diferenţa de temperatură şi debitul de agent termic.

Influenţa diferenţei de temperatură

Având în vedere multitudinea de condiţii de temperatură la care funcţionează corpurile de încălzire – adică diferenţe medii de temperatură între agentul purtător de căldură şi aerul interior, diferite de cele pentru care au fost măsurate puterile termice nominale - apare necesitatea unei corecţii a ipotezelor pentru adaptarea relaţiilor de calcul care să permită dimensionarea corpurilor de încălzire în orice situaţie de funcţionare.

Metoda are în vedere pe de o parte cedarea nominală de căldură a corpului încălzitor măsurată la funcţionare în condiţii nominale, şi anume:

iar pe de altă parte, legea de variaţie a coeficientului global de transmisie a căldurii, dată de expresia

în care ″m″ este exponentul de variaţie a coeficientului global de transmisie a căldurii, caracteristic fiecărui tip de corp de încălzire.

Legătura dintre Q şi

:

Observaţie: Condiţiile nominale acceptate şi folosite în general sunt: - ∆t - diferenţa medie de temperatură calculată pentru fiecare caz concret luat în considerare.

Rezultatele obţinute sunt în totală concordanţă cu teoria transferului de căldură, faptul că valorile obţinute experimental sunt inferioare valorilor teoretice , indiferent de schema de racordare a radiatorului, fiind o consecinţă directă a ipotezei simplificatoare admise la calculul diferenţei medii logaritmice de temperatură Astfel, s-a admis că schimbul de căldură are loc numai între fluidul cald (agent termic) şi fluidul rece (aerul interior), neglijându-se transferul de căldură prin radiaţie între suprafaţa caldă a radiatorului şi elementele înconjurătoare mai reci, consecinţa imediată a acestui fenomen fiind o temperatură medie determinantă efectivă a radiatorului mai mică decât cea determinată teoretic.

În ceea ce priveşte variaţia funcţie de schema de racordare a radiatorului la reţeaua de alimentare cu agent termic, explicaţia rezultă din teoria calculului termic al schimbătorului de căldură, cu referire la sensul relativ de curgere al fluidului cald faţă de fluidul rece.

Astfel, pentru temperaturi date ale celor două fluide, rezultă că: − are valoare maximă la curgerea în contracurent – cazul racordării sus – jos a radiatoarelor; − are valoare minimă la curgerea în echicurent – cazul racordării jos –sus a corpurilor de încălzire tip radiator; − are valoare intermediară între maxim şi minim la curgerea mixtă – cazul racordării jos – jos a radiatoarelor.

Influenţa debitului de agent termic

Pentru un corp de încălzire dat, mărimea coeficientului de schimb de căldură variază în raport cu debitul de agent termic, astfel că faţă de o situaţie definită ca nominală, este satisfăcută relaţia :

în care G este debitul de agent termic care circulă prin corpul încălzitor. Pentru radiatoare, valori determinate experimental au permis calculul exponenţilor ″p″ , caracteristici următoarelor scheme de racordare : sus – jos: p = 0,03 jos - sus: p = 0,076 jos - jos: p = 0,1.

Coeficientul global de transmitere a căldurii k este dependent de o sumă de factori şi parametri termici, hidraulici, geometrici etc., caracteristici agentului termic, corpului încălzitor şi receptorilor de căldură. Aceşti factori acţionează concomitent, influenţând în mod diferit fazele de schimb de căldură, şi anume: ◦ convecţia – la nivelul suprafeţei interioare a corpului încălzitor; ◦ conducţia – între suprafaţa interioară şi cea exterioară; ◦ convecţia şi radiaţia – la suprafaţa exterioară a corpului de încălzire.

Dintre factorii de natură termică ponderea cea mai mare o au temperaturile medii ale agentului termic şi aerului din încăpere, implicate atât în stabilirea expresiei diferenţei medii de temperatură, , cât şi prin efectul lor asupra parametrilor fizici (greutate şi căldură specifică, permeabilitate termică, vâscozitate) ai mediilor care schimbă căldură. Factorii de natură hidraulică care afectează mărimea coeficientului global de transmitere a căldurii prin influenţa asupra schimburilor superficiale convective sunt în principal regimurile de curgere ale fluidelor pe cele două suprafeţe (interioară şi exterioară) ale corpului de încălzire

Determinante pentru regimurile de curgere sunt vitezele de circulaţie ale agentului termic – în interiorul corpului de încălzire – şi aerului – în exteriorul acestuia, viteze dependente de debitele, presiunile şi parametrii fizici ai fluidelor în mişcare pe de o parte, pe de altă parte de conformarea geometrică a corpului încălzitor (forma şi mărimea secţiunilor de curgere, rugozitatea suprafeţelor etc.). Coeficientul global de schimb de căldură k mai este influenţat de sensul de curgere al agentului termic – dependent de schema de racordare a corpului încălzitor – modul de cedare a căldurii (raportul dintre căldura cedată prin convecţie, respectiv radiaţie), poziţia de montaj a corpului de încălzire în încăperi etc.

Determinarea expresiei analitice a coeficientului global de transmitere k în condiţiile complexei sale dependenţe de şirul de factori enumeraţi este extrem de dificilă fără introducerea unor ipoteze simplificatoare care introduc abateri majore asupra valorii acesteia. De aceea coeficientul global de schimb de căldură, cât şi dependenţa lui de unul sau mai mulţi dintre factorii enumeraţi, se determină indirect prin calcul, având ca bază de plecare puterea termică unitară a corpului de încălzire q [W/m2] sau q [W/element] determinată prin măsurători precise de laborator pentru fiecare tip de corp de încălzire.

De exemplu, modul de variaţie a coeficientului de transmitere a căldurii k funcţie de debitul de agent termic G, în cazul radiatoarelor, poate fi mai mult sau mai puţin important, modul de racordare fiind determinant, aşa cum rezultă din fig. 10.37, alegerea soluţiei optime fiind dependentă în fiecare caz de destinaţia şi condiţiile concrete de exploatare

Fig. 10.37. Varia]ia coeficientului de majorare a ced\rii de c\ldur\ a corpurilor de `nc\lzire `n raport cu debitul de ap\ [i cu schema de racordare

1 − sus −jos; 2 − jos − sus; 3 − jos − jos.

Alegerea şi dimensionarea corpurilor încălzitoare pentru asigurarea necesarului de căldură

Dac\ alegerea tipului de corp `nc\lzitor se face pe criterii tehnice, func]ionale [i economice, problema dimension\rii corpurilor de `nc\lzire se solu]ioneaz\ `n esen]\ prin satisfacerea condi]iei de egalitate `ntre puterea termic\ a corpurilor `nc\lzitoare Qc [i necesarul de c\ldur\ total sau cota din necesarul de c\ldur\ total pentru `nc\lzire Q` al `nc\perii (atunci c=nd se folosesc `n completare [i alte sisteme de `nc\lzire − aer cald, radia]ie etc.).

Admi]=nd c\ num\rul de corpuri `nc\lzitoare de instalat N reprezint\ o dat\ a problemei, diferit motivat\ (de exemplu prin posibilit\]ile efective de amplasare), se ajunge la:

`n care Q reprezint\ puterea termic\ necesar\ de asigurat de c\tre un corp de `nc\lzire luat `n ansamblu.

}in=nd seama de principalii factori de care depinde cedarea de c\ldur\ a corpurilor `nc\lzitoare −factorul de temperatur\ [i factorul de debit − ca [i de coeficien]ii de corec]ie care ]in cont de alte influen]e, se poate scrie:

puterea termic\ nominal\ a tipului de corp (element) de `nc\lzire luat `n calcul, stabilit\ prin `ncerc\ri de laborator, `n condi]ii bine precizate prin standarde (rom=ne[ti sau interna]ionale) [i garantat\ de produc\torul respectivului corp de `nc\lzire;

−coeficient de corec]ie care ]ine cont de altitudinea localit\]ii de amplasare a construc]iei, respectiv a corpului de `nc\lzire, deci de presiunea barometric\; - coeficient de corectie care tine seama de modul de racordare al corpului de incalzire la reteaua de alimentare cu agent termic, sus−jos, jos−jos, jos−sus; − coeficient de corectie functie de montajul corpului de incalzire pe perete exterior sub fereastra, pe perete interior, cu masca, cu glaf etc.;

coeficient de corectie a cedarii de caldura prin radiatie care este influentata puternic de tipul vopselei folosite la finisajul exterior al corpului de incalzire.

Din rela]ia (10.23) se ob]ine forma general\ a ecua]iei de dimensionare a corpurilor `nc\lzitoare:

Aceasta relatie da posibilitatea ca pornind de la puterea termica necesara si tipul corpului de instalat si tinand seama de conditiile concrete in care acesta va functiona, sa se determine puterea termica nominala pe baza careia se va alege marimea caracteristica a corpuluiincalzitor.

~n cazul corpurilor de `nc\lzire formate din elemente (distincte sau formale) cum ar fi radiatoarele [i unele tipuri de convectoradiatoare, precum [i a serpentinelor [i registrelor de ]eav\, m\rimile caracteristice se determin\ cu rela]iile:

sau .

`n care:

n − num\rul de elemen]i ai corpului de

`nc\lzire; l − lungimea total\ de ]eav\ utilizat\ la construc]ia registrului sau serpentinei dup\ ce `n prealabil a fost ales tipul de element de corp `nc\lzitor sau diametrul ]evii din care se va confec]iona serpentina sau registrul, prin aceasta definindu-se valoarea sau

O alt\ situa]ie `nt=lnit\ la dimensionare stabile[te ini]ial pe diverse considerente tipodimensiunea de corp `nc\lzitor, deci sau [i urm\re[te determinarea num\rului de corpuri asemenea care trebuie instalat pentru satisfacerea necesarului de c\ldur\ Q`. ~n aceast\ situa]ie:

In cazul corpurilor de Incalzire alcatuite din elemente sau confectionate din teava se obtin formele implicite:

Respectiv

Dimensionarea diferitelor tipuri de corpuri `nc\lzitoare. ~n desf\[urarea procesului de dimensionare a corpurilor `nc\lzitoare apar urm\toarele faze: 1. Stabilirea datelor de calcul necesare `n care se includ: • necesarul de c\ldur\ al `nc\perii Q`, care urmeaz\ a fi asigurat prin emisia de c\ldur\ a corpurilor `nc\lzitoare; • temperatura conven]ional\ de calcul a aerului interior, ; • natura si parametrii agentului termic aferenti situatiei de dimensionare, adica si pentru apa si sau presiunea pentru abur saturat;

• altitudinea h a localitatii in care este situata cladirea de incalzit.

2. Definitivarea solutiei de incalzire si a detaliilor privind: – tipul de corp incalzitor care urmeaza a fi folosit si numarul de corpuri prevazut a se instala N sau tipodimensiunea acestuia, deci sau ; – solutia de montaj a corpului de incalzire; – modul de racordare a corpului de incalzire la instalatie.

3. Prelucrarea datelor de calcul si a elementelor de detaliere a solutiei de incalzire, cuprinzand: • calcularea factorului de temperatura ; • calcularea factorului de debit, ; • stabilirea coeficientului de corectie pentru presiunea barometrica pentru solutia de montaj , pentru modul de racordare a corpului incalzitor si pentru tipul de finisaj exterior, .

4. Finalizarea calculului de dimensionare a corpurilor incalzitoare, cuprinzand: • determinarea tipodimensiunii de corp necesar de instalat deci sau , daca a fost impus numarul de corpuri incalzitoare N; • determinarea numarului de corpuri necesare de instalat N, in cazul in care s-a impus folosirea unei tipodimensiuni de corp incalzitor, dandu-se sau ;

5. Verificarea eficientei instalatiei dimensionate, prin prisma capacitatii de asigurare a confortului termic daca este cazul si reluarea dimensionarii in caz nefavorabil.

~n general, produc\torii de corpuri de `nc\lzire precizeaz\ modul de dimensionare al acestora `n conformitate cu standardele din ]\rile respective. ~n Rom=nia standardul dup\ care se face dimensionarea corpurilor de `nc\lzire autohtone este STAS 1797. Sistemele recomandate de `nc\lzire central\ a cl\dirilor c=t [i tipurile de corpuri de `nc\lzire ce urmeaz\ a echipa aceste sisteme de `nc\lzire sunt precizate `n ]ara noastr\ de normativul pentru proiectarea [i execuatarea instala]iilor de `nc\lzire I−13, acestea fiind prezentate sintetic `n tabelul 10.9.

Alimentarea cu c\ldur\ prin termoficare se face atunci c=nd, dup\ criterii economice [i energetice se dovede[te oportun\ realizarea unei centrale electrice de termoficare. Solu]ia depinde de natura consumatorilor de c\ldur\ − numai pentru `nc\lzire, ventilare, ap\ cald\ de consum − sau [i pentru consumuri tehnologice cu regim anual constant, de densitatea zonei de consum [i a re]elei de transport, de natura combustibilului etc. Se consider\ oportun\ realizarea termofic\rii `ncep=nd de la un consum de c\ldur\ urban [i industrial de minimum 200 Gcal/h sau c=nd acest consum este mai redus dar 50% din el este consum tehnologic.

ALIMENTAREA CU CĂLDURĂ A INSTALAŢIILOR DE ÎNCĂLZIRE − SURSE CONVENŢIONALE

Elemente componente ale instalaţiei de alimentare cu căldură. Clasificare.

Alimentarea cu c\ldur\ a instala]iilor de `nc\lzire se poate face local sau central. Se considera ca alimentarea cu caldura se face local atunci cand intr-o cladire se afla mai multe surse de caldura sau o singura sursa care nu alimenteaza decat cladirea respectiva.

\. Deci solu]ia se refer\ la: − `nc\lzirea central\ pentru un apartament, o instala]ie unic\ `ntr-o cl\dire cu un singur apartament sau mai multe instala]ii similare independente, fiecare cu surs\ proprie de c\ldur\, `ntr-o cl\dire cu mai multe apartamente. Solu]ia se aplic\ `n general la cl\diri mici −tip vil\− cu unul sau mai mul]i proprietari. − `nc\lzirea central\ de bloc, figura 14.1, av=nd o singur\ surs\ de c\ldur\ pentru necesit\]ile proprii ale cl\dirii. Solu]ia este aplicat\ fondului vechi de cl\diri dar se poate aplica [i cl\dirilor noi atunci c=nd sursele de c\ldur\ din apropiere nu au capacitatea de a prelua sporul de consum sau nu corespund exigen]elor consumatorilor.

3

Fig. 14.1 Schema instalatiei de alimentare cu caldura de la o centrala termica de bloc

2

1

1− central\ termic\; 2 − instala]ie interioar\ de `nc\lzire; 3 − consumator.

Alimentarea centralizat\ cu c\ldur\ se face de la o singur\ surs\ pentru mai multe cl\diri. Dup\ m\rimea ansamblului de cl\diri [i dup\ specificul sursei de c\ldur\ se `nt=lnesc urm\toarele situa]ii: − alimentarea cu c\ldur\ de la o central\ termic\ (CT) a unui grup de blocuri, (cvartal), figura 14.2.

1

3

3

2

Fig. 14.2 Schema unei instala]ii de alimentare cu caldura de la o centrala termica a unui grup de blocuri 1 − centrala termic\ (CT); 2 − re]eaua exterioar\ a consumatorilor ; 3 − consumatori.

Este solu]ia specific\ unor ansambluri mici de cl\diri de locuit (sub 2000 de apartamente), a unor dot\ri (spitale) sau a unor mici unit\]i industriale nepoluante, amplasate `n ansamblul urban. Poate fi aplicat\ [i `n ansambluri mai mari folosind mai multe surse de c\ldur\, atunci c=nd nu se justific\ utilizarea unei singure surse. − alimentarea cu c\ldur\ de la o central\ termic\ (CT) a unei zone mari (cartier, ansambluri de locuin]e) reprezent=nd o parte mai important\ a unui ora[ sau o localitate `n `ntregime, figura 14.3.

3

Fig. 14.3 Schema unei instalatii de alimentare cu caldura de la o centrala termica de zona. 2 3

1 − central\ termic\ (CT); 2 − re]ea de distribu]ie; 3 − punct termic (PT); A − zona de consum.

2

1

A

~n cazul schemei de alimentare cu c\ldur\ prezentate `n figura 14.3, punctul termic (PT) `nlocuie[te centrala termic\ (CT) figurat\ `n schema de alimentare cu c\ldur\ prezentate `n figura 14.2, racordarea consumatorilor f\c=ndu-se la fel ca `n figura 14.2. − alimentarea cu c\ldur\ de la o central\ electric\ de termoficare (CET) produc\toare de energie electric\ [i c\ldur\, figura 14.4. Solu]ia se aplic\ atunci c=nd sursa energetic\ (CET) se justific\ dup\ criterii economico−energetice func]ie de m\rimea consumului industrial [i urban de c\ldur\, de concentrarea consumatorilor, de e[alonarea intr\rii `n func]iune a acestora, de natura combustibilului [i resursele existente `n apropiere etc.

Experien]a arat\ c\ solu]ia este viabil\ `n cazul construirii unor zone industriale puternice concomitent cu existen]a unei concentr\ri a consumatorilor urbani `n apropierea sursei de c\ldur\. Solu]ia de alimentare centralizat\ cu c\ldur\ se mai nume[te `nc\lzire la distan]\ sau `nc\lzire urban\ func]ie de ]ara unde s-a adoptat aceast\ modalitate de alimentare cu c\ldur\.

C

2

4 4

3 1 A B

Fig. 14.4 Schema unei instala]ii de alimentare cu caldura de la o centrala electrica de termoficare (CET) 1 − sursa de c\ldur\ (CET); 2 − re]eaua de transport; 3 − re]eaua de distribu]ie; 4 − punct termic; A − zon\ industrial\; B − zon\ urban\ nou\; C − zon\ urban\ veche, cu alte solu]ii de `nc\lzire.

Elementele componente principale ale unei instala]ii de alimentare centralizat\ cu c\ldur\, `n forma ei cea mai complex\, sunt: •sursa de c\ldur\; •re]eaua de transport; •re]eaua de distribu]ie; •re]eaua exterioar\ a consumatorilor; •instala]ia interioar\ a consumatorilor. Dintre acestea, comune la toate solu]iile de alimentare cu c\ldur\ sunt numai instala]ia interioar\ a consumatorilor [i sursa de c\ldur\. Instala]ia de alimentare local\ cu c\ldur\, figura 14.1, se compune numai din aceste dou\ elemente.

Alimentarea cu c\ldur\ de la o central\ termic\ a unui grup de blocuri, figura 14.2, cuprinde `n plus re]eaua exterioar\ a consumatorilor, de la centrala termic\ la cl\diri. In cazul alimentarii cu caldura de la o centrala termica de zona, figura 14.3, sau de la o centrala termica de termoficare, figura 14.4, se foloseste o retea de distributie in interiorul zonei de consum. Deoarece in aceste cazuri agentul termic are in mod obisnuit parametri diferiti de cei ai consumatorilor reprezentati de instalatiile interioare de incalzire centrala, se folosesc puncte termice pentru transformarea parametrilor agentilor la valorile de consum, in aceste puncte termice facandu-se racordarea retelei exterioare a consumatorilor la reteaua de distributie. Reteaua de distributie si reteaua exterioara a consumatorilor, legate prin punctul termic poarta denumirea de retea primara respectiv retea secundara

Racordarea lor se poate face dup\ diferite tipuri de scheme, `n unele din acestea punctul termic put=nd fi amplasat direct la consumator. ~n anumite situa]ii, punctul termic nu mai are rolul de transformare a parametrilor agentului termic, ci numai de contorizare [i eventual de preparare a apei calde de consum.

Cand sursa de caldura se afla la distanta mare de zonele de consum, fig. 14.4, se foloseste o retea de transport care nu are decat un numar redus de ramificatii la retelele de distributie din zonele de consum. Reteaua sau magistrala de transport poate avea lungimi mari de pana la 20 km.

Alegerea agentului termic

• Categorii de agent termic. Transferul de c\ldur\ de la instala]ia de producere (cazan) [i p=n\ la instala]ia consumatoare (corp de `nc\lzire, schimb\tor de c\ldur\, utilaj tehnologic etc.) se face prin intermediul unui agent termic purt\tor de c\ldur\. ~n prezent, cu pu]ine excep]ii, se folose[te ca agent termic apa `n stare lichid\ sau sub form\ de vapori.

Capacitatea de transport a c\ldurii de c\tre apa `n stare lichid\ este exprimat\ cu rela]ia:

temperatura ini]ial\ [i final\ `ntr-un proces de r\cire sau `nc\lzire a apei, `n oC;

G

caldurile specifice ale apei la temperaturile , J/kgoC continutul de caldura al apei la temperaturile , in J cantitatea de apa supusa incalzirii sau racirii, in kg.

(

Deoarece variatia valorii caldurii specifice a apei in domeniul temperaturilor curent utilizate este destul de redusa procentual, in calculele tehnice se considero o valoare medie c. Astfel relatia (14.1) devine:

Trebuie men]ionat c\ apa este utilizat\ `n stare lichid\ [i la temperaturi superioare celei de vaporizare la presiunea atmosferic\ ) purt=nd denumirea de ap\ fierbinte (supra`nc\lzit\), c=nd t > 115oC spre deosebire de cea de ap\ cald\, atunci c=nd t < 115oC. Denumirea se refer\ la temperaturile apei din conducta de ducere.

~n domeniul temperaturilor 100...115 ͦC se accept\ denumirea de ap\ cald\ `n situa]ia c=nd instala]ia respectiv\ este supus\ unor m\suri de siguran]\ mai pu]in severe dec=t pentru apa fierbinte cu temperaturi peste 115oC. Trebuie men]ionat c\ limita de 115oC este stabilit\ conven]ional `n Rom=nia, `n alte ]\ri folosindu-se limite de 100oC sau 120oC.

Pentru temperaturi peste 100oC apa trebuie s\ se g\seasc\ `n orice punct al instala]iei la o presiune total\ (static\ plus dinamic\) mai ridicat\ dec=t cea de vaporizare corespunz\toare temperaturii respective a apei pentru a se `mpiedica vaporizarea apei `n punctul respectiv. ~n ]ara noastr\, apa fierbinte se utilizeaz\ `n mod curent la parametrii nominali de temperatur\ 150o/70oC, ducere−`ntoarcere. Aceast\ pereche de parametri a fost adoptat\ ini]ial la centralele de termoficare [i extins\ apoi pentru toate instala]iile de ap\ fierbinte. ~n unele instala]ii tehnologice temperatura de ducere a apei poate fi mai ridicat\, p=n\ la 220oC.

Capacitatea de transport a c\ldurii de c\tre apa `n stare de vapori (abur) este constituit\ din c\ldura latent\ de vaporizare primit\ la trecerea apei de la starea lichid\ la cea de vapori la temperatura de satura]ie corespunz\toare presiunii la care are loc procesul respectiv. Aceasta se exprim\ cu rela]ia:

−c\ldura latent\ de vaporizare la presiunea la care are loc procesul, `n J/kg; G − cantitatea de agent termic `n stare lichid\ sau de vapori, `n kg.

[i .

•

Condi]ii impuse agen]ilor termici. termici. Pentru instala]iile

de `nc\lzire central\ condi]iile care se pun agentului termic privesc debitul de c\ldur\, temperatura [i presiunea sa. Debitul de c\ldur\ furnizat de agentul termic trebuie s\ urm\reasc\ varia]ia necesarului de c\ldur\ al cl\dirii prev\zute cu `nc\lzire central\. Varia]ia debitului de c\ldur\ se poate face fie prin varia]ia debitului de fluid agent termic (reglaj cantitativ), fie prin varia]ia temperaturii agentului termic (reglaj calitativ). ~n cazul utiliz\rii apei `n stare lichid\ varia]ia debitului de c\ldur\ se poate face prin ambele feluri de reglaj. Astfel, conform rela]iei (14.2) poate varia at=t valoarea G c=t [i si Pentru abur nu este posibil\ dec=t varia]ia lui G (rela]ia 14.3) [i deci numai reglajul cantitativ.

Temperatura agentului termic trebuie s\ `mbine condi]iile economice cu cele de confort. Din punct de vedere economic, temperatura mai ridicat\ este preferat\ fiindc\ conduce la suprafe]e `nc\lzitoare mai reduse. ~n ceea ce prive[te confortul, este important ca suprafa]a corpurilor de `nc\lzire s\ nu dep\[easc\ o anumit\ temperatur\ pentru a nu produce inconfort din punct de vedere igienic, prin ″arderea″ ″ ″ suspensiilor organice din aer sau prin pericolul de arsuri la contactul direct al omului cu suprafa]a corpului de `nc\lzire. S-a ajuns astfel la utilizarea `n locuin]e a apei calde ca agent termic `nc\lzitor, ap\ cald\ cu temperatura de 95o ÷ 75oC.

Utilizarea aburului de presiune joas\ este admis\ `n situa]ii `n care fie c\ `nc\lzirea este de scurt\ durat\, fie c\ sta]ionarea oamenilor `n spa]iul `nc\lzit este de scurt\ durat\ − de exemplu cantine, cinematografe, s\li de sport etc. ~n industrie nu se impun acelea[i restric]ii `n ceea ce prive[te temperatura agentului termic put=ndu-se utiliza `n mod curent apa fierbinte [i aburul. ~n ceea ce prive[te diferen]a sau ecartul de temperatur\ `ntre conducta de ducere [i `ntoarcere `n instala]iile folosind apa cald\ valoarea sa este limitat\ la 20o…30oC, datorit\ debitului redus de ap\ [i implicit a dimensiunilor mici rezultate pentru conductele din instala]ia interioar\.

Presiunea agentului termic `n instala]ia de `nc\lzire central\ este limitat\ numai de rezisten]a mecanic\ a elementelor instala]iei [i `n special a corpurilor `nc\lzitoare [i a arm\turilor. Pentru prepararea apei calde de consum `n schimb\toarele de c\ldur\ agentul termic trebuie s\ aib\ o temperatur\ la intrarea `n schimb\tor cu 5o…10oC mai mare dec=t temperatura de `nc\lzire a apei calde de consum. Astfel, `n cazul apei calde de consum utilizate `n zona urban\ prepararea se face la 60o…65oC, put=nd utiliza oricare din agen]ii termici men]iona]i, cu precizarea c\ dac\ se folose[te apa, reglajul calitativ al temperaturii acesteia trebuie s\ se opreasc\ la o temperatur\ minim\ de 70oC.

Din punct de vedere tehnic, agen]ii termici trebuie s\ satisfac\ condi]iile cerute de instala]iile consumatorilor, `n ceea ce prive[te valoarea debitului de c\ldur\, varia]ia sa, c=t [i temperatura [i presiunea. ~n general transportul se face la un poten]ial termic ridicat, asigurat `n sursa de c\ldur\ [i care se reduce la consumatori. ~n ceea ce prive[te presiunea total\ necesar\ aceasta se poate asigura `n `ntregime la surs\ sau numai par]ial, urm=nd ca v=rfurile s\ fie asigurate `n zona de consum. Din punct de vedere economic, este necesar ca diametrele conductelor s\ fie c=t mai mici, ceea ce se poate realiza prin debite c=t mai mici de fluid transportat la ecarturi mari de temperatur\ sau prin viteze mari de circula]ie a fluidului (debite mari) la ecarturi mai mici de temperatur\. Solu]ia rezult\ `n urma unui calcul de optimizare care ]ine seama de toate influen]ele contradictorii care intervin [i conduc la realizarea unor parametri de transport convenabili din punct de vedere al investi]iei [i exploat\rii care se concretizeaz\ prin stabilirea unor viteze optime de transport pentru ap\ sau abur.

Apa fierbinte se utilizeaz\ `n re]elele de transport [i de distribu]ie la parametrii de temperatur\ de 150o/70oC, pe baza considerentelor energetice din instala]iile de termoficare, extinse la toate re]elele de ap\ fierbinte. ~n centralele termice ale grupurilor de blocuri se folose[te ca agent termic apa cald\ de 95o/75oC sau 90o/70oC cu tendin]a de cre[tere a temperaturii `n conducta de ducere la 115oC pentru un ecart de temperatur\ de 25o…30oC.

Soluţii de alimentare cu căldură. Criterii de alegere

Specificul unei solu]ii de alimentare cu c\ldur\ este dat de o serie de elemente cum ar fi: • m\rimea zonei de consum, • capacitatea centralei, • agentul termic utilizat pentru transport etc. Dup\ clasificarea f\cut\ la `nceputul capitolului 14, alimentarea cu c\ldur\ se poate face local pentru o singur\ cl\dire sau centralizat pentru un ansamblu a c\rui m\rime poate varia de la c=teva cl\diri p=n\ la un ora[ `ntreg.

Alimentarea local\ cu c\ldur\ poate folosi dou\ metode: `nc\lzirea de apartament [i cea de bloc. Dup\ numele s\u, prima este specific\ `nc\lzirii unui apartament, `n]eleg=nd prin aceasta `n special o locuin]\ unifamilial\, `n general pe un singur palier. Capacitatea centralei este redus\, `n general sub 50000 kcal/h (58000 W), folosind ca agent termic apa cald\.

Sistemul de `nc\lzire poate fi cu circula]ia apei prin gravita]ie, mai ales atunci c=nd cl\direa dispune de un subsol `n care s\ fie instalat\ centrala, sau cu pompe. Prepararea apei calde se face `ntr-o central\ termic\ echipat\ cu un singur cazan [i cu un boiler. Se pot folosi vase de expansiune de tip deschis sau `nchis. Centrala poate fi livrat\ ca un agregat mai ales pentru capacit\]i mici de 10.000 − 15.000 kcal/h, av=nd avantaje dimensionale evidente care permit amplasarea `n interiorul apartamentului c=nd circula]ia este asigurat\ cu pompe [i combustibilul este gazos.

~nc\lzirea de bloc este specific\ unei cl\diri cu mai multe apartamente, c=nd nu se poate realiza alimentarea cu c\ldur\ `n comun a mai multor cl\diri. Capacitatea centralei este `n general sub 500.000 kcal/h iar echiparea se face cu 1 − 2 cazane. Agentul termic este apa cald\ cu temperatura de 90o/70oC sau 95o/75oC iar circula]ia se face cu pompe. Vasul de expansiune poate fi `nchis sau deschis, prepararea apei calde de consum realiz=ndu-se `n schimb\toare de c\ldur\ cu acumulare.

Pentru cl\diri mici formate din c=teva apartamente se poate folosi oricare din cele dou\ solu]ii, preferabil\ fiind varianta cu o singur\ central\ termic\. Alimentarea centralizat\ se face de la o central\ termic\ sau prin termoficare, fie pentru un grup de blocuri fie pentru o zon\ mai mare. Centrala termic\ a unui grup de blocuri poate folosi ca agent termic apa cald\ 90o/70oC (95o/75oC) sau cu temperatura de 115oC la un ecart de temperatur\ p=n\ la 30oC. Utilizarea apei calde cu t = 115oC se poate face `n condi]iile `n care consumatorii pot folosi direct acest agent termic f\r\ a necesita o reducere a temperaturii.

Capacitatea unei centrale poate acoperi un ansamblu pe o raz\ de 300m `n jurul centralei, considerat\ de regul\ ca o limit\ economic\. Pentru o densitate termic\ de 0,5 −1 Gcal/h⋅ha, aceasta corespunde unei capacit\]i limit\ de 15 − 30 Gcal/h pentru un ansamblu de 2000 − 4000 de apartamente. Prepararea apei calde de consum se face `n centrala termic\ folosind obi[nuit o schem\ cu trecere direct\ cu aparate `n contracurent [i cu acumulare. Re]elele de ap\ cald\ de consum dubleaz\ pe cele ale agentului termic de `nc\lzire, mont=ndu-se `n canale comune.

Alimentarea cu c\ldur\ prin termoficare se face atunci c=nd, dup\ criterii economice [i energetice se dovede[te oportun\ realizarea unei centrale electrice de termoficare. Solu]ia depinde de natura consumatorilor de c\ldur\ − numai pentru `nc\lzire, ventilare, ap\ cald\ de consum − sau [i pentru consumuri tehnologice cu regim anual constant, de densitatea zonei de consum [i a re]elei de transport, de natura combustibilului etc. Se consider\ oportun\ realizarea termofic\rii `ncep=nd de la un consum de c\ldur\ urban [i industrial de minimum 200 Gcal/h sau c=nd acest consum este mai redus dar 50% din el este consum tehnologic.

At=t `n cazul aliment\rii de la o central\ termic\ de zon\ c=t [i `n cazul termofic\rii, transportul [i distribu]ia c\ldurii se face folosind apa fierbinte (150oC) ca agent termic. Racordarea instala]iei interioare de `nc\lzire la re]eaua de ap\ fierbinte se poate face indirect sau direct. Racordarea indirect\ impune existen]a unui punct termic (PT) la un grup mare de blocuri, punct termic `n care agentul termic primar (apa fierbinte) cedeaz\ c\ldura prin intermediul unor schimb\toare de c\ldur\ c\tre agentul termic secundar (apa cald\ pentru `nc\lzire). Principial, punctul termic `ndepline[te aceea[i func]ie ca [i centrala termic\ de bloc sau pentru grupuri mici de locuin]e, fig. 14.2. ~n punctul termic se prepar\ [i apa cald\ de consum care se distribuie prin re]ele paralele cu cele ale agentului termic secundar.

Racordarea termic\ direct\ impune utilizarea `n instala]ia interioar\ de `nc\lzire a aceluia[i fluid din re]eaua de transport [i distribu]ie c\ruia i s-a redus `ns\ temperatura la nivelul apei calde utilizate `n instala]iile interioare de `nc\lzire. Reducerea temperaturii se face prin amestec cu apa din conducta de `ntoarcere folosind ejectoare (elevatoare) sau pompe de amestec. ~n concluzie, la racordarea indirect\ circuitul agentului termic secundar este separat hidraulic de circuitul agentului termic primar pe c=nd la racordarea direct\ nu se face separarea hidraulic\ `ntre cele dou\ circuite.

Surse de căldură Funcţiile şi serviciile principale ale surselor de căldură

~n ansamblul instala]iei de alimentare cu c\ldur\, sursa de c\ldur\ reprezint\ locul de transformare `n energie caloric\ a unei alte forme de energie − chimic\ a combustibilului, electric\, nuclear\ − `n scopul utiliz\rii ei la consumatori prin intermediul unui agent termic care transport\ c\ldura ob]inut\. Ca surs\ de alimentare cu c\ldur\ a instala]iilor de `nc\lzire central\ se folose[te o central\ termic\ (furniz=nd numai c\ldur\) sau o central\ electric\ de termoficare (furniz=nd c\ldur\ [i energie electric\).

~n prezent, cel mai larg utilizat proces de ob]inere a c\ldurii este cel de ardere a combustibililor `n cazane unde c\ldura degajat\ de flac\r\ [i de gazele arse este cedat\ unui agent termic purt\tor de c\ldur\. Agentul termic cel mai folosit este apa `n stare lichid\ sau de vapori [i func]ie de parametrii acesteia centralele termice se pot clasifica `n: centrale termice de apa cald\, de ap\ fierbinte, de abur − de joas\ [i medie presiune − [i mixte, furniz=nd at=t abur c=t [i ap\ cald\ sau fierbinte. Centralele termice de termoficare furnizeaz\ de regul\ ap\ fierbinte [i abur de presiune medie.

Principalele func]ii ale unei centrale termice sunt cele de realizare a regimului termic [i a regimului de presiuni ale agentului termic. Regimul termic se asigur\ la poten]ialul necesar `ntregii instala]ii de alimentare cu c\ldur\. Regimul de presiuni, `n func]ie de schem\, se poate asigura `n centrala termic\ pentru `ntreaga instala]ie de alimentare cu c\ldur\, pentru o parte din aceasta sau numai pentru interiorul centralei, dup\ cum se realizeaz\ unul sau mai multe circuite hidraulice independente, prin utilizarea schimb\toarelor de c\ldur\.

Regimul termic

Func]ia termic\ a sursei de c\ldur\ este aceea de a asigura regimul de livrare a c\ldurii, corespunz\tor necesit\]ilor consumatorilor. Aceasta se refer\ la debitul de c\ldur\ [i la temperatura agentului termic, at=t `n ceea ce prive[te parametrii nominali c=t [i varia]ia lor `n timp func]ie de necesit\]ile consumatorilor.

Temperatura agentului termic poate fi cea necesar\ consumatorilor sau una superioar\, func]ie de schema din centrala termic\ sau de necesit\]ile de transport a c\ldurii. Caracteristic este faptul c\ debitul de c\ldur\ [i temperatura agentului termic au valorile maxime la sursa de c\ldur\ [i ele pot suferi schimb\ri `ntr-un singur sens, mic[or=ndu-se c\tre consumatori.

central\ termic\ [i de asemenea partea termic\ a centralei electrice de termoficare poate fi echipat\ cu unul sau mai multe cazane. Num\rul ra]ional de cazane este de 2 ÷ 4; un singur cazan se folose[te `n cazul aliment\rii locale cu c\ldur\, la centralele termice mici. O

Pentru asigurarea parametrilor func]ionali [i de siguran]\ ai agentului termic la ie[irea din cazan se intervine manual sau automatizat asupra regimului de alimentare cu combustibil. ~n centralele termice av=nd mai multe cazane, acestea au circuitele principale montate `n paralel, figura 14.5, fapt care permite interven]ia manual\ sau automatizat\ individual pe fiecare cazan f\r\ a afecta celelalte cazane.

3

2

I

Fig. 14.5 Schema circuitelor termice `ntr-o central\ cu mai multe cazane

I, II, III − cazane pentru `nc\lzire; 1 − alimentare cu combustibil; 2 − evacuare gaze arse; 3 − agent termic − ducere; 4 − agent termic − `ntoarcere.

II

III

1

4

Echipamentul termic al unei centrale mai poate cuprinde [i schimb\toare de c\ldur\ `n cazul `n care agentul termic de transport al c\ldurii difer\ de cel din cazan, de exemplu atunci c=nd cazanele furnizeaz\ abur iar `n re]eaua de transport se folose[te ap\.

•Debitul nominal de c\ldur\. Caracteristici. Debitul nominal de c\ldur\, Q, al centralei termic e reprezint\ suma debitelor nominale ale diferitelor categorii de consumatori, la care se ]ine seama de simultaneitatea din cadrul fiec\rei categorii [i a categoriilor `ntre ele: `n care:

Q − debitul nominal de c\ldur\ al centralei termice; − debitul nominal de c\ldur\ pentru `nc\lzire; − debitul nominal de c\ldur\ pentru ventilare; − debitul nominal de c\ldur\ pentru prepararea apei calde de consum − debitul nominal de c\ldur\ pentru scopuri tehnologice; − pierderile de c\ldur\ ale instala]iei.

:

Valorile se determin\ dup\ metode specifice fiec\rei categorii de consum. ~n ceea ce prive[te simultaneitatea `ntre diferitele categorii de consumatori, pentru ansamblurile urbane de locuin]e, este tot mai uzual\ metoda de exprimare a debitului nominal de c\ldur\ pentru prepararea apei calde de consum `n func]ie de debitul nominal de c\ldur\ pentru `nc\lzire,

[W] unde p reprezint\ un factor de propor]ionalitate av=nd pentru ansamblurile urbane de locuin]e valori cuprinse `ntre 0,1 [i 0,4. Valoarea p variaz\ `n func]ie de solu]ia dat\ pentru prepararea apei calde de consum (cu sau f\r\ acumulare), de iner]ia termic\ a cl\dirilor [i de m\rimea ansamblurilor. Valoarea minim\, p # 0,1, se ia `n considera]ie la centralele termice mijlocii [i mari, peste 5 Gcal/h. Valoarea maxim\, p # 0,4 se aplic\ la centrale termice mici, mai ales la alimentarea local\ cu c\ldur\. Acumularea apei calde de consum contribuie la reducerea factorului p cu p=n\ la 50% din valoarea sa, func]ie de durata de acumulare.

Valoarea pierderilor de c\ldur\ Qp se consider\ ca o parte din suma debitelor de c\ldur\ ale consumatorilor: Qp = r⋅(Qi + Qv + Qac + Qt)

unde r reprezint\ un factor de propor]ionalitate func]ie de valoarea consumului, lungimea re]elei de distribu]ie, modul de montare al re]elelor (aerian sau subteran), natura agentului termic etc. Valoarea sa uzual\ este r # 0,05…0,2.

Regimul de presiuni

• Agent termic − ap\. Instala]iile de alimentare cu c\ldur\ folosind apa ca agent termic au ca specific faptul c\ apa umple `ntreaga instala]ie, circula]ia acesteia f\c=ndu-se `ntr-un circuit `nchis f\r\ a-[i schimba starea de agregare. Pentru a umple `ntreaga instala]ie [i a avea stabilitatea fizic\ necesar\ men]inerii st\rii de agregare lichid\ `mpiedic=nd vaporizarea apei trebuie ca `n instala]ie s\ existe o presiune static\ care s\ satisfac\ condi]ia:

Hst = Hg + Hv + a [mH2O] Hst − presiunea static\ necesar\ instala]iei, `n mH2O; Hg − diferen]a de nivel `ntre punctul cel mai `nalt [i cel mai de jos al instala]iei, `n mH2O; Hv − presiunea de vaporizare la temperatura nominal\ a apei luat\ `n considera]ie `n punctul respectiv numai pentru t > 100oC, `n mH2O; a − valoare de siguran]\; a # 2 ÷ 3 mH2O.

C=nd instala]ia este rece sau pentru temperaturi nominale sub 100oC nu se ia `n considera]ie presiunea de vaporizare, Hv # 0. Atunci, `n orice punct y al instala]iei, presiunea static\ disponibil\ Hst. y va fi: Hst. y = Hg. y + a [mH2O]

`n care Hg. y este diferen]a de nivel `ntre punctul cel mai `nalt [i punctul y, `n m. Pentru punctul cel mai `nalt al instala]iei, conduct\ sau corp `nc\lzitor, valoarea presiunii statice disponibile este: Hst = a [mH2O]

Valoarea maxim\ a presiunii statice Hg max este `n punctul cel mai de jos al instala]iei. Presiunea static\ nominal\ se stabile[te `ntr-un punct al instala]iei unde aceasta este `n leg\tur\ cu o surs\ de asigurare a presiunii statice (vas de expansiune deschis sau `nchis).

~ntr-un anumit punct x al instala]iei, presiunea dinamic\ disponibil\ Hdin. x este:

Hdin. x = Hdin. a − Hp. x [mH2O]

Hdin. a − presiunea dinamic\ asigurat\ de c\tre sursa de presiune; Hp. x − pierderea de sarcin\ total\ pe circuit `ntre sursa de presiune [i punctul x.

Presiunea totala Ht se obtine prin insumarea presiunii statice si dinamice dar presiunea dinamica poate avea valori pozitive sau negative in raport cu presiunea statica. Rezulta ca presiunea totala intr-un anumit punct x are expresia: Ht = Hst ± Hdin. x [mH2O]

unde Hdin. x este presiunea dinamic\ `n punctul x, `n mH2O.

G#

La instala]iile la care presiunea dinamic\ se asigur\ cu pompe este indicat s\ se foloseasc\ un num\r minim de pompe active, de preferin]\ una, instal=ndu-se `ns\ [i o pomp\ de rezerv\ cu caracteristici similare pompelor active. Debitul tuturor pompelor active, G , este:

Q G= c ⋅ δt `n care:

[kg/sec]

Q − debitul de c\ldur\ al instala]iei, `n W; c − c\ldura specific\ a apei, `n J/kgoC; δt # td − tr − diferen]a nominal\ de temperatur\ `ntre conductele de ducere [i `ntoarcere, `n oC.

C=nd regimul termic are varia]ii mari ale debitului de c\ldur\ de la iarn\ la var\, se folosesc pentru var\ pompe diferite. Astfel, se realizeaz\ o economie `n exploatare vehicul=nd vara un debit mai mic de ap\. Unele instala]ii mici de `nc\lzire av=nd alimentarea local\ cu c\ldur\ nu folosesc pompe, presiunea dinamic\ fiind asigurat\ prin circula]ia natural\ a apei datorit\ diferen]ei de greutate specific\ a apei din conductele de `ntoarcere [i ducere.

Centrale termice (C.T.)

Clasificarea şi amplasarea centralelor termice

Centralele termice se clasific\ dup\ urm\toarele criterii: − puterea instalat\; − natura agentului termic [i parametrii acestuia; − modul de vehiculare a agentului termic; − natura combustibilului utilizat; − amplasarea centralei termice.

Av=nd `n vedere aceste criterii, centralele termice pot fi: − centrale termice mici – cu puteri p=n\ la 0,12 MW. Deservesc o singur\ cl\dire, fiind amplasate de regul\ la subsolul acesteia [i func]ioneaz\ cu ap\ cald\ cu circula]ie natural\ sau for]at\; − centrale termice de puteri medii − 0,12 ÷ 2,4 MW − care deservesc o cl\dire mare sau un grup de cl\diri. Aceste centrale pot fi amplasate `n subsolul uneia dintre cl\diri sau `n construc]ii proprii, supraterane sau subterane lipite de una din cl\dirile alimentate cu c\ldur\ sau complet independente. Aceste centrale func]ioneaz\ cu ap\ cald\ cu circula]ie for]at\, eventual cu abur de presiune joas\ sau medie. − centrale termice de puteri peste 2,4 MW, care deservesc un num\r mare de cl\diri − sau complexe industriale sau agrozootehnice. Aceste centrale sunt amplasate `ntotdeauna `n construc]ii independente `n afara zonelor de locuit [i func]ioneaz\ cu ap\ fierbinte sau abur de presiune medie, utiliz=nd de preferin]\ drept combustibil, c\rbunele natural.

~n cele ce urmeaz\ se vor trata centralele termice de putere mic\ [i medie, echipate cu cazane din categoria a IV−a, produc\toare de ap\ cald\ cu temperatura p=n\ la 115oC [i abur de presiune joas\ cu presiunea maxim\ de 0,7 bari.

Centralelor termice echipate cu cazane de ap\ cald\ sau abur de presiune joas\ nu le este permis a fi amplasate `n urm\toarele spa]ii: − sub sau al\turi de `nc\peri din categoria A sau B de pericol de incendiu; − sub s\li aglomerate [i c\i de evacuare a s\lilor aglomerate; − `n cl\diri de spitale sau cu caracter spitalicesc; − `n cl\diri `nalte; − sub s\li de clas\ sau laboratoare din cl\diri pentru `nv\]\m=ntul elementar [i mediu; − sub `nc\perile de zi [i dormitoare pentru copii de v=rst\ pre[colar\, dac\ utilizeaz\ drept combustibil gaze. Deasemeni centralele termice nu vor fi amplasate sub sau l=ng\ `nc\peri de locuit sau `nc\peri `n care se desf\[oar\ o activitate sensibil\ la zgomot [i trepida]ii.

Alcătuirea generală şi echiparea centralelor termice

~n principal, o central\ termic\, este alc\tuit\ din: sala cazanelor, camera pompelor, gospod\ria de preparare a apei calde de consum, gospod\ria de condensat, gospod\ria de combustibil [i de evacuare a gazelor arse, atelierul de `ntre]inere [i repara]ii [i grupul sanitar. ~n func]ie de m\rimea centralei termice [i natura combustibilului utilizat, func]iunile prezentate pot fi preluate de una sau mai multe `nc\peri, dup\ cum unele dintre aceste func]iuni pot s\ lipseasc\.

Echipamentul centralei termice: cazane, pompe, distribuitoare, conducte, se alege `n func]ie de sarcina termic\ pentru `nc\lzire, Q`, ventilare Qv, prepararea apei calde de consum Qac sau nevoi tehnologice Qt a consumatorilor alimenta]i: QCT # Q` ^ Qv ^ Qac ^ Qt [W] Aceasta relatie ca suma este valabila numai in cazul centralelor termice mici care in practica alimenteaza numai consumatori pentru incalzire si apa calda de consum.

De aceea este recomandabil a se reprezenta grafic, figura 14.7, diferitele consumuri cu durata lor de-a lungul unei zile (24 ore) pun=nd `n eviden]\ urm\toarele: − puterea instalat\ a centralei termice poate fi mai mic\ dec=t suma puterii tuturor consumatorilor alimenta]i. − puterea instalat\ trebuie s\ corespund\ v=rfului de sarcin\ QCT max dar curba de consum total poate fi aplatizat\ prin adoptarea unui program de func]ionare al consumatorilor corespunzator din acest punct de vedere sau prin prevederea de acumulatoare de caldura.

Q [MW] 2,0 1,9

QCT max

1,8 1,7 1,6

Q′CT

1,5 1,4 1,3

QCT

1,2 1,1 1,0 0,9

Fig. 14.7 Reprezentarea grafica a consumului de caldura pentru incalzire Q`, preparare apa calda de consum Qac, ventilare Qv si pentru procese tehnologice Qt, in cursul unei zile.

Q`

0,8 0,7 0,6

Qac

0,5

Qt

0,4 0,3 0,2

Qv

Z , ore

0,1 0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24

~n cazul prezentat, valoarea QCT max poate fi redus\ la Q′CT dac\ v=rfurile de consum care apar `ntre 6-8, 12-16, 20-23 datorit\ apei calde de consum sunt diminuate. Acest lucru este posibil prin prevederea pentru prepararea apei calde de consum a schimb\toarelor cu acumulare, care func]ion=nd `n perioada de consum total minim asigur\ necesarul de ap\ cald\ `n perioadele de v=rf.

Determinarea mărimii şi numărului cazanelor

Sc #

Puterea total\ a cazanelor trebuie s\ corespund\ sarcinii termice maxime QCTmax sau Q′CT. Astfel, în cazul cazanelor cu suprafa]\ de `nc\lzire variabil\ cu elemente sec]ionale se poate determina ini]ial suprafa]a necesar\ a acestora Sc func]ie de `nc\rcarea cazanului qc `n W/m2. ' c ⋅ QCT Sc = qc

[m2]

c fiind un coeficient de majorare (p=n\ la 5%) a sarcinii termice a centralei pentru acoperirea pierderilor de c\ldur\ ale re]elei de distribu]ie a agentului termic.

Pentru cazanele de abur, suprafa]a Sc poate fi calculat\ func]ie de debitul de abur Gab `n kg/h [i debitul specific de abur produs `n cazan qab, `n kg/m2h.

c ⋅ Gab Sc = qab

[m2]

Centrale termice de putere mică

O central\ termic\ mic\, deservind o cl\dire de locuit, func]ion=nd cu ap\ cald\ cu circula]ie natural\ are tot echipamentul (cazan, boiler pentru prepararea apei calde de consum, sistemul de umplere [i de golire, rezerva zilnic\ de combustibil) amplasate `ntr-o singur\ `nc\pere. Fiind exploatat\ de locatarii imobilului, centrala nu necesit\ vestiar, grup sanitar [i atelier mecanic. ~nc\perea trebuie s\ fie de dimensiuni corespunz\toare astfel `nc=t s\ permit\ montajul [i exploatarea echipamentului; deasemeni trebuie s\ fie delimitat\ de elemente de construc]ie rezistente la foc, s\ permit\ accesul [i evacuarea u[oar\, s\ fie ventilat\ natural [i s\ primeasc\ lumin\ natural\. ~n cazul utiliz\rii combustibilului gazos se impune ca volumul minim al `nc\perii s\ fie de 18m3, iar ferestrele exterioare s\ aib\ o suprafa]\ total\ minim\ de 0,05 m2 pentru fiecare m3 de `nc\pere.

2

3

0,5 1

1,20

6 7

3,00 5

1,20

1,30

0,6

1,10

0,80 4

3,45

1,75

Fig. 14.8 Centrala termica pentru o cladire mica 1 − cazan; 2 − co[ de fum; 3 − canal de ventilare; 4 − priz\ de aer proasp\t; 5 − arz\tor; 6 − boiler; 7 − rezervor de combustibil lichid.

Normativul pentru proiectarea şi executarea reţelelor şi instalaţiilor de utilizare a gazelor naturale I.6-96 impune ca volumul minim al încăperii să fie de 18 m3, iar ferestrele exterioare să aibă o suprafaţă totală minimă de 0,05 m2 pentru fiecare m3 de încăpere. În figura 4.10 se dă un exemplu de alcătuire a unei astfel de centrale termice mici.

• În conformitate cu prevederile Normativului pentru proiectarea şi executarea instalaţiilor de încălzire centrală, I 13-79, cu Prescripţiile tehnice ISCIR, C 1-79, cu Normativul Republican pentru proiectarea şi executarea construcţiilor din punctul de vedere al prevenirii incendiilor, centralele termice echipate cu cazane de apă caldă sau de abur de presiune joasă pot fi amplasate în clădiri de locuit, social - culturale, agrozootehnice sau industriale, cu următoarele excepţii: • sub sau alipit de încăperi din categoria A sau B de pericol de incendiu; • în sau sub săli aglomerate şi căi de evacuare; • în sau sub încăperile de zi şi dormitoarele pentru copii din creşe, grădiniţe şi cămine, sălile de clasă, laboratoare, săli de gimnastică din şcoli, saloane de bolnavi, săli de operaţii.

•

Fig. 4.10 Alcătuirea unei centrale termice mici

•

Cazanele care alimentează instalaţii de încălzire “ de apartament “ se montează în interiorul locuinţei, însă nu în camerele de locuit şi cămările de alimente. • De asemenea, centralele termice nu vor fi amplasate sub sau lângă încăperi de locuit sau încăperi în care se desfăşoară o activitate sensibilă la zgomot şi trepidaţii. În cazul în care este imposibilă evitarea unei astfel de amplasări se vor lua măsuri speciale de izolare fonică.

• Clădirea centralei termice va fi de gradul III de rezistenţă la foc când suprafaţa totală a cazanelor nu depăşeşte 450mp; încăperea în care se amplasează cazanele se încadrează în categoria D de pericol de incendiu. • Centralele termice înglobate în clădiri cu alte destinaţii vor avea pereţii şi planşeele ce separă sala cazanelor de restul clădirilor, realizate din materiale incombustibile cu limita de rezistenţă la foc de minim 1 oră şi 30 minute pentru pereţi şi 1 oră, pentru planşee. • Centralele termice se pot amplasa în clădiri executate din materiale combustibile sau greu combustibile, numai pentru situaţii cu durată limită de utilizare ( lucrări provizorii) şi cu protejarea corespunzătoare a elementelor combustibile ale construcţiei faţă de cazan. • Ca măsură de combatere a incendiilor, se prevăd în încăperile cazanelor cu combustibil lichid sau gazos, stingătoare cu spumă sau pulbere şi CO2 amplasate câte unul la fiecare 100mp.

• La toate centralele termice trebuiesc asigurate posibilităţile introducerii şi scoaterii echipamentului din centrala termică, ventilarea naturală şi pătrunderea aerului de combustie. • Mărimea spaţiului centralei termice se stabileşte funcţie de numărul şi gabaritul utilajelor, de spaţiile necesare exploatării, întreţinerii şi reparării acestora, de condiţiile impuse în Normele Republicane de Protecţie a Muncii, prescripţiile tehnice ale Inspectoratului de Stat pentru Cazane şi Instrumente de Ridicare ISCIR C 1-79 şi Normele Republicane de Pază contra Incendiilor. În organizarea generală a spaţiului destinat centralei termice se ţine seama de criteriile economice, funcţionale şi estetice.

• Amplasarea echipamentului începe cu cazanele, amplasare care la rându-i este determinată de poziţia coşului de fum. Este recomandabil ca spaţiul din faţa cazanelor să primească lumină naturală şi să nu prezinte nici un obstacol care să stingherească supravegherea, controlul şi manevrele necesare exploatării. • În faţa cazanelor de apă caldă şi de abur de presiune joasă se lasă un spaţiu liber având lăţimea funcţie de suprafaţa de încălzire a cazanului : • - până la 10 m2 …… 1,0 m • - între 55 şi 90 m2 … 2,0 m • - între 10 şi 30 m2 … 1,5 m • peste 90 m………...2,5 m • - între 30 şi 55 m2…..1,75 m

• Distanţa de la mantaua laterală a cazanului până la peretele centralei termice sau până la mantaua cazanului vecin este de 0,8 m. • Dacă condiţiile de montare, control şi întreţinere permit, se pot monta două câte două cazane fără distanţă între ele, pe postament comun. Distanţa de la spatele cazanelor, până la canalul de fum va fi stabilită conform indicaţiilor constructorului cazanului. Înălţimea minimă liberă între părţile extreme ale cazanului şi elementele de instalaţie cele mai apropiate va fi 20 cm. • În faţa schimbătoarelor de căldură se prevede un spaţiu liber având lungimea egală cu cea a fasciculelor de ţevi sau serpentinelor. La schimbătoarele de căldură montate până la înălţimea de 1,8 m deasupra pardoselii, distanţa minimă până la pereţi va fi de 0,5 m.

• Pompele (altele decât cele cu montaj pe conductă) se vor amplasa pe postamente din beton, grupate şi aliniate, astfel încât să ofere posibilităţi de supraveghere uşoară. • Spaţiul din jurul pompelor se va stabili funcţie de mărimea pompelor, diametrele conductelor de racordare, mărimea şi poziţia armăturilor, dar nu va fi mai mic de 0,5 m între postamente. • Montarea distribuitoarelor se face de regulă pe console încastrate în pereţi sau pe picioare din ţeavă, la înălţime de aproximativ 1 m, astfel încât roţile de manevră să fie plasate la maximum 1,4 - 1,5 m de la pardoseală. Distanţa de 100-150 mm de la perete asigură spaţiul necesar izolării, tencuirii, gletuirii şi vopsirii distribuitorului (colectorului) şi trecerii prin spate a conductelor de golire.

• În jurul rezervoarelor de orice natură se prevăd spaţii de acces de minimum 0,5 m. Aceste spaţii pot fi reduse pe două laturi până la 0,1 m dacă rezervorul poate fi deplasat pentru revizii şi reparaţii. Rezervoarele având suprafaţa bazei peste 5 m2 se montează pe suporturi asigurând sub rezervor un spaţiu de minimum 0,2 m înălţime. Deasupra rezervoarelor care au gură de vizitare cu acces prin partea superioară, se lasă un spaţiu liber cu înălţimea de minimum 0,6 m. • Conductele din centrala termică se montează aparent. Traseele acestora trebuie bine studiate evitând consumuri inutile de material şi asigurând o utilizare raţională a spaţiului. • Armăturile se montează în locuri uşor accesibile şi au etichete pentru identificare.

Alimentarea cu combustibil şi aer. Evacuarea gazelor arse

• Alimentarea cu combustibil. Componen]a unei instala]ii de alimentare cu combustibil depinde de natura combustibilului. ~n cazul combustibilului gazos instala]ia se compune din re]eaua de distribu]ie a gazului. Pentru distribu]ia `n interiorul centralei termice se folose[te presiunea joas\, 300…500 mmH2O sau intermediar\ de 500…2000 mmH2O. ~n cazul aliment\rii centralei printr-o re]ea de presiune mai mare se prevede o sta]ie de reducerereglare a gazelor. Instala]ia de alimentare cu combustibil lichid se compune din: depozit, sta]ie de pompe, re]ea de alimentare [i rezervor de zi, figura 14.9.

8 3 h≥ 200 0

1 6

4

6 5

9

7

2

Fig. 14.9. Gospod\rie de combustibil lichid u[or 1- cazan; 2- rezervor de depozit; 3- rezervor de consum zilnic; 4- pomp\ manual\ pentru combustibil; 5- pomp\ cu ro]i din]ate; 6- injector; 7- conduct\ de alimentare cu combustibil a rezervorului de consum zilnic; 8- conduct\ de alimentare cu combustibil a cazanelor; 9- filtru de combustibil.

Dup\ gradul de v=scozitate al combustibilului lichid (greu sau u[or) acesta se transport\ `n mod diferit. Astfel, combustibilul lichid greu are temperatura de congelare `ntre 0o [i 42oC (func]ie de tip) [i de aceea la temperatura obi[nuit\ nu se poate transporta prin conducte. ~n acest scop se `nc\lze[te p=n\ la o temperatur\ superioar\ celei de congelare, obi[nuit la circa 60oC. ~n rezervoarele de combustibil greu se prev\d serpentine de `nc\lzire iar pe traseu conductele de combustibil sunt dublate de conducte de `nc\lzire, av=nd o izolare termic\ comun\. Combustibilul u[or se poate transporta la temperaturi obi[nuite f\r\ `nc\lzire.

Depozitul de combustibil lichid se compune din rezervoare care pot fi amplasate aerian, semi`ngropat sau `ngropat ca `n fig. 14.9, condi]iile de amplasare [i distan]ele fa]\ de construc]ii fiind reglementate prin normative de prevenire a incendiilor. Pulverizarea combustibilului lichid `n instala]ia de ardere se poate face cu aer de presiune joas\ sau `nalt\, cu abur sau mecanic, prin presiune ridicat\ a fluidului. ~n acest caz, nu se folose[te un rezervor de zi, care s\ rup\ presiunea dat\ de pompe. ~n sta]ia de pompe se folosesc pompe ac]ionate electric, filtre [i arm\turi de `nchidere [i golire.

Necesarul de combustibil se calculeaz\ `n 3 ipoteze: − orar, pentru dimensionarea instala]iei de ardere; − pentru pentru perioada de v=rf, la dimensionarea depozitului de combustibil; − pentru perioada de `nc\lzire, la calcule economice [i la planificarea necesarului de combustibil.

Necesarul orar de combustibil, Gco , se determin\ cu rela]ia:

G co

Q = Pci ⋅ η

[kg/sec sau Nm3/sec]

`n care: Q − debitul nominal de c\ldur\, `n W; Pci − puterea caloric\ inferioar\ a combustibilului, `n J/kg sau J/Nm3 la combustibilul gazos; η − randamentul global al instala]iei de `nc\lzire central\ determinat cu rela]ia: η =ηc⋅ηCT⋅ηt⋅ηi

`n care:

ηc − randamentul cazanelor; ηCT − randamentul `n centrala termic\, ]in=nd seama de pierderile `n central\; ηt − randamentul de transport `n func]ie de lungimea re]elei, solu]ia de izolare etc.; ηi − randamentul instala]iei interioare, `n func]ie de solu]ia de reglaj. Orientativ se pot folosi urm\toarele valori: ηCT # 0,95 … 0,98 ηt # 0,90 … 0,98 ηi # 0,85 … 0,95 ηc # 0,90 pentru cazane mici automatizate folosind combustibil lichid sau gazos; ηc # 0,70 pentru cazane mici de `nc\lzire, centrale neautomatizate cu combustibil lichid sau gazos.

Gcv = hz

tint − text .l Q ⋅ tint − text Pci ⋅η

[kg]

`n care: h − num\rul de ore de func]ionare zilnic\ a centralei; zv − durata pentru care se face depozitarea; tint − temperatura interioar\ de calcul, `n oC; text − temperatura exterioar\ de calcul, `n oC; text.l − temperatura exterioar\ a lunii celei mai reci (ianuarie); Q − debitul nominal de c\ldur\, `n kcal/h; Pci − puterea caloric\ a combustibilului, `n kcal/kg sau kcal/Nm3. Not\: 1kcal/h # 1,163 W 1 kcal/kg # 4186 J/kg.

• Alimentarea cu aer. Aerul necesar arderii combustibilului se ia din sala cazanelor la cazanele mici sau direct din exterior la cazanele mari. ~n camera de ardere a cazanelor aerul p\trunde fie prin intermediul instala]iei de ardere sub form\ de aer primar, `n cazul combustibilului gazos [i la unele instala]ii cu combustibil lichid, fie sub form\ de aer secundar direct `n camera de ardere. ~n general aerul p\trunde `n camera de ardere datorit\ depresiunii formate; `n alte cazuri `ns\, la focarele `n suprapresiune, aerul este trimis sub presiune cu ajutorul unui ventilator care asigur\ [i presiunea necesar\ evacu\rii gazelor arse.

Cantitatea de aer necesar\ arderii se determin\ teoretic, ad\ug=ndu-se apoi un exces de aer `n func]ie de tipul combustibilului [i al instala]iei de ardere. Volumul teoretic de aer, Vat se determin\ pentru combustibilii lichizi cu rela]ia: O  Vat = 0,089C + 0,27 H −  + 0,035S 8 

[Nm3/kg]

unde: C (carbon), H (hidrogen), O (oxigen) [i S (sulf) reprezint\ masa respectivelor elemente `n procente din masa total\ a combustibilului.

Pentru combustibil gazos: Vat =0,0238(CO + H2) + 0,0932⋅CH4 + 0,1428⋅C2H4

[Nm3/Nm3]

unde: CO, H2, CH4 [i C2H4 reprezint\ volumul respectivelor componente `n procente din volumul total al masei de lucru a combustibilului.

• Evacuarea gazelor arse. Gazele arse din cazan sunt evacuate `n atmosfer\ prin intermediul unui co[ de fum individual pe fiecare cazan sau comun pentru un grup de cazane. ~ntre cazan [i co[, leg\tura se face prin intermediul unui canal de fum. Volumul real de gaze arse Vg pentru combustibili lichizi se determin\ cu rela]iile: Vg # Vg. us ^ Vg. um [Nm3/kg] Vg. us #

V RO 2 + V N 2 + V O 2 [Nm3/kg]

VRO2 = VCO2 + VSO2 VN 2

# 0,0187(C ^ 0,375⋅S) [Nm3/kg]

# 0,01⋅N ^ 0,79⋅Vat [Nm3/kg]

VO2 # 0,21(n − 1)⋅Vat [Nm3/kg]

Vg.um # 0,01244(9H ^ U ^ 0,1⋅d⋅ρa⋅Var) [Nm3/kg]

`n care:

Vg.us, Vg.um − volumele de gaze arse uscate [i umede rezultate

din arderea a 1 kg de combustibil, `n Nm3/kg;

VCO2 , VSO2 , VN2 , VO2 − volumele de CO2, SO2, N2 [i O2 din gazele arse rezultate din arderea a 1 kg de combustibil, `n Nm3/kg; ;

N, H − masa respectivelor elemente componente `n procente din masa de lucru a combustibilului; U − umiditatea combustibilului (eventual con]inutul accidental de ap\); d − con]inutul de umiditate al aerului, `n g/kg; ρa − densitatea aerului de ardere, `n kg/Nm3.

VRO2 − volumul total al gazelor triatomice,

VCO2 , VSO2

Evacuarea gazelor arse se produce `n condi]iile unei pierderi de sarcin\ pentru `nvingerea rezisten]elor locale [i liniare la trecerea prin cazane, canal [i co[ de fum. Presiunea necesar\ este asigurat\ de tirajul natural realizat de diferen]a dintre greut\]ile specifice ale aerului exterior relativ rece [i gazelor arse. Tirajul rezultat se determin\ cu rela]ia: H = h⋅(γa − γg) [mmH2O]

`n care: H − tirajul natural, `n mmH2O; h − `n\l]imea co[ului, considerat\ `ntre cota superioar\ a co[ului [i cea de intrare a aerului `n cazan, `n m; γa − greutatea specific\ a aerului exterior; se consider\ obi[nuit γa # 1,20kgf/m3 la ^10 oC [i 760 mmHg; γg − greutatea specific\ a gazelor arse la temperatura medie de evacuare [i la presiunea de 760 mmHg, `n kgf/m3.

~n calcule se accept\ ipoteza c\ pierderea de sarcin\ `n canalul [i co[ul de fum este 1/3 din cea a cazanului. ~n acest caz, tirajul va fi:

H # 4/3 Z

[mm H2O]

unde Z este pierderea de sarcin\ la trecerea gazelor arse prin cazan. Pentru cazanele de `nc\lzire acest\ valoare este: Z # 4…10 mm H2O func]ie de tipul cazanului.

Rezult\ `n\l]imea necesar\ a co[ului: h=

H 4 Z = ⋅ γa −γ g 3 γa −γ g

[m]

~n unele cazuri `n\l]imea co[ului poate fi impus\ de `n\l]imea cl\dirii unde este amplasat sau a cl\dirilor din apropiere, evacuarea gazelor f\c=ndu-se la cot\ superioar\ acestora. ~n aceste cazuri tirajul ob]inut este mai mare dec=t cel necesar [i diferen]a trebuie consumat\ `ntr-o rezisten]\ local\ suplimentar\ ([ib\r) sau prin mic[orarea sec]iunii calculate normal.

Sec]iunea co[ului se determin\ cu rela]ia:

1 LG S= ⋅ C h

[m2]

`n care: LG − debitul de gaze arse evacuat orar, `n kg/h; h − `n\l]imea co[ului, `n m; C − coeficient cu valoarea de 1100 ÷ 1900 `n func]ie de debitul de c\ldur\ al cazanului Q `n kcal/h [i `n\l]imea h a co[ului.

Debitul de gaze arse se determin\ cu rela]ia: LG = GCO⋅Vg [kg/h] `n care: GCO − debitul orar de combustibil, `n kg/h sau Nm3/h; Vg − volumul real de gaze arse, `n Nm3/kg sau Nm3/Nm3.

Pentru canalul de fum, c=nd acesta exist\, se alege o sec]iune egal\ cu cea a co[ului majorat\ cu 20 – 30% c=nd lungimea sa nu este mai mare dec=t 1/3 din `n\l]imea co[ului. ~n caz contrar se reia calculul pierderilor de sarcin\. Canalul de fum se realizeaz\ cu o pant\ de 10%. ~n cazul `n care tirajul natural nu este suficient se prevede evacuarea for]at\ a gazelor arse prin realizarea unui tiraj artificial cu ajutorul unui ventilator de evacuare (exhaustor).

Determinarea mărimii şi numărului pompelor

Pentru vehicularea agentului termic - apa caldă - se prevăd în raport cu mărimea puterii instalate, una sau mai multe pompe centrifuge. La alegerea, respectiv la comandarea pompelor, trebuie indicate caracteristicile acestora: debit G, în m3 / h, presiune H, în Pa sau bar, puterea motorului de antrenare, în kW; turaţia n, în ture / min şi, fireşte, tipul pompei. • Debitul de agent termic G rezultă din relaţia potrivit căreia debitul de căldură vehiculat Q este proporţional cu produsul dintre debitul de agent termic şi diferenţa de temperatură ducere întoarcere ∆t :

Q=

ρGc ∆t 3600

[W]

3600Q G= cρ∆t

[m3 / h]

din care rezultă

• Presiunea pompei rezultă din însumarea pierderilor de sarcină distribuite şi locale înregistrate de agentul termic în circuitul cazan - distribuitor conductă de distanţă - distribuţie interioară - consumator şi înapoi la colector şi cazan. • Deoarece alegerea pompelor precede amplasarea lor şi stabilirea traseului conductelor în centrala termică, pierderile de sarcină în conductele din centrala termică se vor aproxima, urmând ca după efectuarea calculului să se introducă la nevoie corecţii privind presiunea necesară, asigurată de pompe.

Numărul pompelor se alege având în vedere că: - un număr mare de pompe asigură în exploatare o uşoară adaptare la regimul de debit variabil cerut de intrarea sau ieşirea din funcţiune a unor consumatori importanţi, sporeşte siguranţa în funcţionare, dar sporeşte şi costul instalaţiei; - numărul pompelor depinde de mărimea debitului vehiculat ; - pompele montate în paralel pentru acelaşi grup de consumatori pot avea debite diferite, dar aceeaşi presiune. Alegerea pompelor se face folosind curbele caracteristice puse la dispoziţie de fabrica producătoare, astfel încât punctul de funcţionare să se situeze în zona de randament maxim.

În general se recomandă : - pentru instalaţiile mici, până la 0,12 MW, o singură pompă în funcţiune şi o în rezervă; - pentru puteri între 0,12 şi 0,5 MW, două pompe, fiecare pentru debitul total, una în funcţiune, cealaltă în rezervă; - pentru puteri între 0,5 şi 5 MW, trei pompe, fiecare cu debitul pe jumătate din debitul nominal, două în funcţiune şi a treia în rezervă sau o pompă cu debitul nominal al instalaţiei şi două cu debitul pe jumătate; - pentru puteri termice mari se pot prevedea pompe separate pe grupuri de consumatori, prevedere de altfel obligatorie pentru instalaţiile cu amestec în care sunt alimentaţi dintr-o sursă unică consumatori diferiţi ca regim de temperatură.

Automatizarea centralelor termice

Automatizarea centralelor termice noi sau reabilitate constituie o cerinţă principală din punct de vedere funcţional şi al siguranţei în exploatare. Reglarea şi automatizarea sunt concepute să răspundă la trei operaţiuni funcţionale: măsurarea, compararea şi comanda. Finalizarea lanţului de operaţiuni se poate rezolva printr-o acţiune continuă sau una discontinuă. Dintre soluţiile utilizate în tehnica reglării pentru procesele de încălzire şi de preparare a apei calde menajere se pretează cel mai bine cele care conţin regulatoare în mod de acţionare PI(proporţional-integral) şi “tot sau nimic”.

În modul de acţionare PI, la fiecare valoare a mărimii controlate corespunde o valoare mică a mărimii comandate. Modul integral de acţionare utilizează proporţionalitatea dintre mărimi printr-o nouă comandă până când se suprimă abaterea mărimii valorii măsurate faţă de cea dorită. Un astfel de sistem de conducere a procesului este precis şi sensibil.

Modul de acţionare “tot sau nimic” este recomandabil la reglarea temperaturii interioare din clădirile de locuit cu inerţie termică mare. Prin efectul inerţiei termice a încăperilor şi al aporturilor de căldură, duratele de funcţionare şi de întrerupere a emiţătorului de energie termică se pot schimba. Acest mod de acţionare poate fi folosit şi la prepararea apei calde de consum din instalaţiile prevăzute cu acumulare.

În fig. 4.12 se prezintă schema tehnologică cu aparatura de automatizare a instalaţiei de încălzire a unei clădiri de locuit. Mărimile a căror evoluţie în timp este asigurată de către echipamentul de automatizare sunt temperatura t ( ) a cazanului, temperatura td ( ) a fluidului pe conducta de τ ducere, temperatura tr ( ) a fluidului pe conducta de întoarcere, temperatura twc( ) a apei calde de consum

Fig. 4.12 Schema tehnologică cu aparatura de automatizare a instalaţiei de încălzire TC1, TC2, TC3, -termostate; BT4-traductor de flacără; HK5- referinţă temperatură interioară; TE6….TE11-termorezistenţe.

Scopul automatizării este acela de a menţine o temperatură interioară constantă şi de aceea se consideră trei parametri de bază: • temperatura aerului exterior, a cărei variaţie impune creşterea sau scăderea aportului de căldură; • temperatura aerului interior , care se doreşte constantă în condiţiile existenţei unor pierderi de căldură variabile; • sistemul de producere a energiei termice, care să permită variaţia fluxului de căldură transmis consumatorilor.

• Din punct de vedere al locului de acţionare, în cazul centralelor termice, se pot distinge două zone distincte şi anume: asupra echipamentelor de producere a energiei termice (arzătorul cazanului prin trecerea de pe o treaptă pe alta sau prin oprirea totală a acestuia) sau asupra circuitului de distribuţie (prin intermediul unei vane cu două, trei sau patru căi, sau a pompei de circulaţie). • În subcapitolul următor sunt descrise câteva scheme de automatizare a funcţionării echipamentelor din centrale termice, cu prezentarea specificului fiecăreia în parte.

Scheme funcţionale şi de automatizare pentru câteva tipuri de centrale termice.

O variantă de schemă funcţională de centrală termică cu un cazan pentru încălzire şi prepararea apei calde menajere este prezentată în fig. 4.13. Ea este echipată cu un cazan (1), boiler (2) pentru prepararea apei calde menajere, două circuite de încălzire A şi B cu vane de amestec 6 şi pompe de circulaţie proprii (5), pompă de circulaţie pe cazan (7), pompă circulaţie agent termic pentru circuitul primar al boilerului (8) şi pompă de circulaţie a apei calde menajere (9).

• Reglarea temperaturii pe conducta de tur a cazanului se realizează funcţie de temperatura exterioară prin intermediul sondei care este conectată la regulatorul / programator (10) al centralei termice. • Cele două circuite de încălzire A şi B sunt echipate cu vane cu trei căi cu servomotor şi pot funcţiona independent unul faţă de celălalt atât din punct de vedere hidraulic cât şi al regimurilor de temperatură. • Prepararea apei calde menajere poate fi prioritară faţă de încălzire, funcţie de tipul regulatorului care permite diferite programe pentru încălzire şi preparare apă caldă menajeră, program de încălzire diferit pentru cele două circuite de încălzire şi temperaturi diferite, afişajul digital al temperaturii şi programului executat.

Fig. 4.13 Schema funcţională cu un cazan pentru încălzire, boiler pentru prepararea apei calde menajere şi două circuite de încălzire cu vană de amestec. 1 - cazan, 2 - boiler, 3 - vas de expansiune închis, 4 - supapă de siguranţă, 5 - pompe de circulaţie agent termic încălzire pentru circuitele A,B 6 - vane cu trei căi cu servomotor, 7 - pompă de recirculare pe cazan, 8 - pompă de circulaţie agent termic pentru circuitul primar al boilerului, 9 - pompă de recirculare a apei calde menajere, 10 - tablou de automatizare

•

•

•

Din punct de vedere funcţional cazanul prepară apă caldă menajeră de la parametrii maximi 90/70oC pentru a se putea realiza concomitent şi apă caldă menajeră realizându-se o reglare calitativă pe circuitele de încălzire prin intermediul vanelor de amestec cu trei căi care realizează un amestec dintre apa din turul cazanului şi apa care se întoarce din corpurile de încălzire, proporţia de amestec fiind dictată de sonda exterioară. În perioada de vară, atunci când centrala termică asigură numai apă caldă menajeră, cazanul furnizează agent termic numai pentru boiler la o putere mult mai mică decât puterea lui termică. Este recomandat să se utilizeze soluţia cu două cazane cu puteri termice egale sau unul din cazane să aibă puterea termică egală cu cea necesară preparării apei calde menajere. Sistemul de expansiune este alcătuit din vas de expansiune închis în membrană care prezintă avantajul că nu necesită refacerea periodică a pernei de aer, iar spaţiul ocupat este redus. Sistemul de siguranţă este alcătuit din supape de siguranţă cu arc performante şi coeficient de scurgere ridicat.

Pentru un consumator cu sarcina termică mare (>70KW) încălzire şi preparare apă caldă menajeră se poate adopta varianta centralei termice cu două cazane având schema din fig. 4.14.

Fig. 4.14 Schema funcţională cu două cazane, boiler pentru prepararea apei calde menajere şi trei circuite de încălzire cu vane de amestec 1 - cazane, 2 - boiler, 3 - vas de expansiune închis, 4 - supapă de siguranţă, 5 - pompe de circulaţie agent termic încălzire pentru circuitele A,B,C 6 - vane cu trei căi cu servomotor, 7 - pompe de recirculare pe cazane, 8 - pompă de circulaţie agent termic pentru circuitul primar al boilerului, 9 - pompă de recirculare a apei calde menajere, 10 - tablou de automatizare general, 11 - clapete de reglaj cu servomotor, 12 - tablou de automatizare al circuitului de încălzire C, 13 - tablouri de automatizare ale cazanelor, - sondă de temperatură exterioară; LON - conectare LON-BUS. ,

Schema se caracterizează în principal prin: - pornirea în cascadă a cazanelor; - reglajul sarcinii termice prin acţionarea asupra servomotoarelor vanelor cu trei căi de pe cele trei circuite de încălzire (6); - reglajul sarcinii termice pentru apa caldă de consum în funcţie de temperatura apei în preparatorul cu acumulare (2) prin acţionarea asupra pompei de circulaţie din circuitul primar al preparatorului (8). Pornirea în cascadă a cazanelor şi reglarea funcţionării celor două arzătoare se realizează în funcţie de valoarea temperaturii agentului termic pe bara de întoarcere a cazanelor, potrivit graficului de reglaj din memoria tabloului de automatizare general (10). Debitul volumetric al apei din cazan se reduce prin intermediul unei clapete de reglaj cu servomotor (11).

Dacă temperatura pe retur coboară sub valoarea minimă necesară, atunci senzorul de temperatură T2 porneşte pompa de recirculare pe cazan (7) (amestec). Dacă în felul acesta nu se atinge valoarea minimă cerută pentru temperatura de retur, se reduce debitul volumetric cu cel puţin 50% cu ajutorul senzorului de temperatură T1 al clapetei de reglaj sau al automatizării circuitului de încălzire. Pompa de recirculare trebuie să fie dimensionată la circa 30% din debitul total al cazanului. Cele trei circuite de încălzire au fiecare separat pompe de circulaţie (5), automatizare şi reglarea temperaturii agentului termic în funcţie de temperatura exterioară realizându-se individual pentru fiecare circuit în parte cu vane de amestec cu trei căi (6).

În funcţie de tipul regulatorului se pot alege mai multe programe de lucru sau temperaturi diferite, cazanele pot funcţiona simultan sau concomitent sau se poate alege automat cazanul conducător. Celelalte elemente componente sunt similare cu cele prezentate în schema anterioară.

O altă schemă funcţională este prezentată în fig. 4.15 şi reprezintă o centrală termică cu două cazane cu pompe de circulaţie montate pe cazan, butelie de egalizare a presiunilor şi pompare a apei calde menajere.

Fig. 4.15 Schema funcţională cu două cazane, cu butelie de egalizare a presiunilor şi vane cu trei căi pe fiecare cazan, boiler pentru prepararea apei calde menajere şi trei circuite de încălzire cu vane de amestec 1 - cazane, 2 - boiler, 3 - vas de expansiune închis, 4 - supapă de siguranţă, 5 - pompe de circulaţie agent termic încălzire pentru circuitele A, B, C 6 - vană cu trei căi cu servomotor, 7 - pompă de circulaţie pentru circuitul cazanului, 8 - pompă de circulaţie agent termic pentru circuitul primar al boilerului, 9 - pompă de recirculare a apei calde menajere, 10 - tablou de automatizare general, 11 - vană de amestec cu trei căi pentru circuitul cazanului, 12 - tablou de automatizare al circuitului de încălzire C, 13 - tablouri de automatizare ale cazanelor, 14 - butelie de egalizare a presiunilor (preselector hidraulic)

ϑ - sonde de temperatură,

ϑ

ext - sondă de temperatură exterioară; LON - conectare LON-BUS.

Efectul buteliei de egalizare a presiunii este urmare a transferului de masă de fluid între circuitul de alimentare şi circuitul consumatorului în funcţie de schema de utilizare a buteliei de egalizare a presiunii.

Fig 4.16 Scheme de utilizare a buteliei de egalizare a presiunii a) cu instalaţie de amestec în circuitul B; b) fără instalaţie de amestec în circuitul B; A - circuit de alimentare; B - circuitul consumatorului; C - consumator; R - regulator; Pc - pompă de circulaţie; Pam pompă de amestec; D - diafragmă; RR - robinet de reglare; RPD - robinet de reglare presiune diferenţială; BE - butelie de egalizare a presiunii;

În fig. 4.19 este prezentată schema funcţională pentru o centrală termică cu prepararea apei calde menajere cu schimbător de căldură cu plăci şi rezervor de acumulare.

Fig. 4.19 schema funcţională pentru o centrală termică cu prepararea apei calde menajere cu schimbător de căldură cu plăci şi rezervor de acumulare 1) cazan, 2) schimbător de căldură cu plăci, 3) rezervor de acumulare, 4) pompă de circulaţie agent termic circuit primar schimbător de căldură, 5) vană cu trei căi cu servomotor, 6) pompă de circulaţie circuit secundar, 7) pompă de recirculaţie a apei calde menajere, 8) tablou de automatizare, 9) vas de expansiune, 10) supapă de siguranţă

La schimbătoarele de căldură cu plăci debitul de agent termic trebuie să aibă o valoare constantă iar reglarea temperaturii apei calde menajere preparate se obţine printr-un reglaj calitativ pe circuitul primar cu ajutorul unei vane de amestec cu trei căi. Un vas de acumulare (vas tampon) va fi utilizat pentru un volum mare de acumulare a apei calde menajere cu timpi de încărcare şi de consum decalaţi – de exemplu consum de apă la ore de vârf sau sarcini de vârf pe timp scurt. Regulatorul este de tip proporţional integrator adaptat pentru variaţii rapide, pentru selectarea programului de funcţionare a apei calde menajere, a funcţionării pompei de recirculare a apei calde menajere, a reglării temperaturii în rezervorul de acumulare. •

CURS INCALZIRE 2.1 [Compatibility Mode]

Recommend Documents