4CAP 1

CAP 1. TUBURI RADIANTE DE JOASĂ TEMPERATURĂ ÎN SISTEME DE ÎNCĂLZIRE PRIN RADIAŢIE

1.1 INTRODUCERE

În ţara noastră, la ora actuală, încălzirea incintelor cu volum mare se face în procent de 85% cu sisteme de încălzire cu aer cald, 10% cu sisteme de încălzire cu corpuri statice, ambele fiind sisteme convective, în timp ce sistemele de încălzire prin radiaţie deţin un procent de 4%. Potenţialul de implementare ridicat al sistemelor de încălzire cu tuburi radiante, la încălzirea incintelor cu volum mare, arată necesitatea şi oportunitatea studiului acestor sisteme de încălzire prin radiaţie.

Sistemele de încălzire prin radiaţie se bazează pe emisia energiei radiante de către suprafeţele metalice spre suprafeţele ce delimitează o incintă (pardoseală, pereţi, tavan, obstacole).

Suprafeţele metalice (tuburile radiante) primesc energia radiantă de la gazele de ardere, rezultate în urma procesului de ardere a gazului metan în tuburile radiante cu focare-tunel înguste.

S-a constatat ca faţă de sistemele de încălzire convective tradiţionale, încălzirea cu tuburi radiante [20;218] prezintă o serie de avantaje:

- concentrează maximum de energie termică la nivelul zonei de lucru , încălzind partea de jos a incintei, temperatura pardoselii fiind mai ridicată (26 oC faţă de 18 oC la sistemele convective);

- temperatura resimţită (efectivă) va fi aceeaşi ca la sistemele convective, dar la o temperatura a aerului mai scăzută cu 2-4 oC faţă de sistemele convective;

- viteza aerului, va, în interiorul incintei se încadrează în zona optimă de confort, evitând antrenarea particulelor de praf sedimentabil;

- gradientul de temperatură pe verticală nu depăşeşte 0.2 oC/m, realizând cu prisosinţă criteriul de performanţă care impune ca diferenţa de temperatură pe verticală între temperatura aerului măsurată la nivelul capului şi la nivelul gleznelor, pentru o persoană în picioare şi respectiv pentru o persoană aşezată, trebuie să fie mai mică de 3oC, preferabil 1.5 oC ,( fig 1).

1-1

1

Fig. 1 Variaţia temperaturii pe verticală pentru sistemul radiant comparativ cu cel convectiv de încălzire [18]

- reducerea îmbolnăvirilor profesionale;- condiţii bune de mediu şi de lucru deoarece tuburile radiante sunt aproape lipsite de zgomot, iar

emisia de substanţe nocive este redusă;- atingerea stării normale de funcţionare într-un timp extrem de redus, de ordinul minutelor;- permite încălzirea locală, zonală sau generală a unui spaţiu de producţie;- oferă posibilitatea realizării unei temperaturi de gardă, necesară protejării instalaţiilor care

transportă fluide;- reacţionează rapid la influentele climatului exterior al incintei încălzite;- sistemul de reglare a energiei termice facilitează gestionarea energo-economică, permiţând

corelaţia permanentă între necesarul de căldură al spaţiului încălzit şi aportul instalaţiei de încălzire;

- realizează o economie anuală de combustibil şi implicit de energie cuprinsă între 20% şi 50%; valorile superioare corespund spaţiilor încălzite mai înalte (fig.2)

1-2

0 m

1 m

2 m

3 m

4 m

5 m

6 m

7 m

8 m

9 m

10 m

11 m

12 m

0 m

1 m

2 m

3 m

4 m

5 m

6 m

7 m

8 m

9 m

10 m

11 m

12 m

Fig. 2 Economia anuală de gaze combustibile realizată de sistemul radiativ faţă de cel convectiv de încălzire, în funcţie de înălţimea spaţiului încălzit [201]- permite proiectarea asistată de calculator, ceea ce conduce la obţinerea soluţiei optime într-un

timp minim;- construcţie robustă, durată mare de viaţă, greutatea redusă a echipamentului şi faptul că nu

necesită spaţii amenajate în incinte pentru amplasarea tuburilor radiante;- instalaţia este uşor de executat datorită numărului mare de prefabricate a componentelor de

bază;- exploatarea instalaţiilor de încălzire cu tuburi radiante este complet automatizată, sistemul

integrându-se într-o buclă complexă de gestiune energetică.Economiile de energie în exploatarea instalaţiilor de încălzire cu tuburi radiante sunt realizate ca urmare a:- încălzirii zonale a incintei, prin scoaterea sau punerea în funcţiune a unor tuburi radiante, în funcţie de nevoi;- scoaterea din funcţiune a tuburilor radiante în schimburile 2 şi 3, atunci când nu se lucrează, în

zilele de sâmbătă şi duminică, precum şi în zilele de sărbători legale, în cazul în care în incintă nu se lucrează o perioadă de timp mai lungă şi nu este nevoie de încălzirea de gardă de 5oC;

- funcţionarii instalaţiei după un program prestabilit, care se poate schimba la nevoie, ca urmare a automatizării instalaţiei;

- punerii şi scoaterii automate din funcţiune a instalaţiei în funcţie de programul de funcţionare, temperatura exterioară a aerului, inerţia termică a clădirii şi temperatura resimţită.

Încălzirea prin radiaţie cu tuburi radiante se recomandă să fie utilizată pentru următoarele tipuri de incinte cu volum mare:- Clădiri sau hale cu înălţimi mai mari de 4m, având rezistenţa la transfer termic a anvelopei

exterioare mai scăzută decât cea admisă de normative;- Incinte înalte, peste 4m, care trebuie încălzite local sau zonal, cu programe diferite de

funcţionare şi în care numărul muncitorilor conduce la o densitate de mai puţin de un muncitor la 50 m2

;- Incinte în care este necesară o încălzire rapidă, care implică un timp redus de funcţionare;

1-3

CO

NS

UM

UL

DE

GA

Z

- Secţiile calde cu sau fără degajare de noxe, la care sistemele de ventilare se pot adapta corespunzător cerinţelor de compatibilitate cu încălzirea radiativă;

- Spatiile mici de producţie, care se pretează la încălzire locală sau zonală;- Incinte caracterizate de pierderi de căldură mari prin anvelopa exterioară sau schimburi de aer

importante;

Datorită saltului conceptual şi tehnologic faţă de sistemele de încălzire existente, încălzirea prin radiaţie cu tuburi radiante are numeroase avantaje, ce vizează în principal economia de energie şi ameliorarea microclimatului în mod preponderent a incintelor cu volum mare.

1.2 COMPARAREA SISTEMELOR DE ÎNCĂLZIRE ALE INCINTELE CU VOLUM MARE

Studiul realizat urmăreşte capacitatea sistemelor de încălzire de a realiza confortul termic global şi local optim în corelaţie cu costurile de investiţii şi consumurile energetice.

În cazul sistemelor de încălzire convective, cedarea de căldură se face, în cea mai mare parte, prin convecţie. Ele sunt echipate fie cu corpuri statice (radiatoare, registre, serpentine, convectoare, convecto-radiatoare), fie cu corpuri dinamice, la care mişcarea aerului este activată prin mijloace mecanice (încălzirea cu aer cald).

Cedarea de căldură la sistemele de încălzire prin radiaţie se face preponderent prin radiaţie termică.

Capacitatea sistemului de încălzire, a cărui alegere pune probleme dificile datorită diversităţii tipurilor de incinte cu volum mare şi a varietăţii activităţilor desfăşurate, se stabileşte pe baza criteriilor de performanţă pentru confortul termic.

Din punct de vedere al realizărarii criteriilor de performanţă pentru confortul termic, sistemul de încălzire prin radiaţie utilizând gazele naturale sau GPL este superior sistemului de încălzire convectiv, care nu poate asigura condiţii interioare optime, în sensul că nu realizează o temperatură relativ uniformă în spaţiul încălzit, provoacă curenţi de aer şi are randament redus. De asemenea, la sistemele convective, în lipsa unor surse de vapori de apă şi la temperaturi exterioare scăzute, aerul interior devine foarte uscat.

Principalul avantaj, din punct de vedere fiziologic, a sistemelor de încălzire prin radiaţie, constă în aceea că în aceleaşi condiţii de confort termic, se respiră un aer cu un conţinut de praf mai scăzut, datorită lipsei curenţilor de aer şi chiar ceva mai rece decât în cazul încălzirii prin convecţie.

Pentru incinte cu înălţimea mai mare de 3,5m, devine evidentă superioritatea sistemelor de încălzire cu tuburi radiante faţă de sistemele convective, aşa cum reiese şi din diagramele prezentate în figurile 3 şi 4.

a) b)

Fig. 3 Orientarea fluxurilor termice: a) - La încălzirea prin radiaţie b) - La încălzirea prin convecţie [213]1-4

Fig. 4 Distribuţia temperaturilor pe verticală la încălzirea prin radiaţie, respectiv convecţie [213]

1.2.1 Dependenta repartiţiei temperaturilor aerului din interiorul unei hale industriale de sistemul de încălzire şi de caracteristicile haleiMăsurările experimentale efectuate într-o hală industrială [3] scot la iveală dependenţa repartiţiei temperaturilor aerului din interior de sistemul de încălzire şi de caracteristicile halei.

Pentru experimentare a fost folosită o hală având forma şi dimensiunile din fig. 5:

Fig. 5 Planul halei industriale experimentale [3]1-5

ta[°C]

N

A

B

12m

36 m

0 1 2 3 4 5 6 7

A

B

h[m]

Încăperile învecinate halei propriu-zise au fost încălzite separat de încălzirea experimentală.

S-au folosit doua sisteme de încălzire pentru experimentare:

a) încălzirea cu aer cald, realizată cu ajutorul a cinci aeroterme, cu capacităţi diferite, totalizând 140kW;

b) încălzirea prin radiaţie de medie temperatură, realizată cu ajutorul a patru baterii de radianţi cu gaz, montate orizontal sub tavan, de-a lungul axului longitudinal de simetrie al halei şi treisprezece baterii de radianţi cu gaz, montate de-a lungul pereţilor longitudinali, având capacitatea totala de 135kW.

S-au făcut două serii de măsurări distincte, câte o serie pentru fiecare instalaţie în parte. Termometrele cu mercur, cu care s-au măsurat temperaturile aerului din interior, au fost prevăzute cu protecţie contra influentei radiaţiilor termice.

Rezultatele obţinute sunt arătate în fig. 6 :

t [oC] SECTIUNEA A-A t [oC] SECTIUNEA A-A

t [oC] SECTIUNEA B-B t [oC] SECTIUNEA B-B

a) b)

Fig. 6 Variaţia temperaturii aerului în secţiuni longitudinale prin hală în cazul încălzirii cu aer cald

(a) şi încălzirii prin radiaţie (b), pe înălţime faţă de pardoseală [3]

Comparând rezultatele obţinute prin cele două sisteme de încălzire se constată că repartiţia temperaturilor aerului în cazul încălzirii cu aer cald (aeroterme) este mai neuniformă faţă de cea obţinută în cazul încălzirii prin radiaţie (cu radianţi cu gaze). Aceeaşi constatare rezultă şi din izotermele trasate într-o secţiune transversală a halei (fig. 7).

1-6

24

20

16

12

La 1,7m

La 1,0m

La 0,3m

1 2 3 4 5 6 7 l[m]

24

20

16

12

La 1,0m

La 1,7m

La 0,3m

1 2 3 4 5 6 7 l[m]

La 1,7m

La 1,0m

La 0,3m

24

20

16

12 1 2 3 4 5 6 7 l[m]

La 1,0m La 1,7m

La 0,3m

24

20

16

12 1 2 3 4 5 6 7 l[m]

a) încălzire prin radiaţie

b )încălzire cu aer cald

Fig. 7 Izotermele în secţiunea transversala a halei [3]

Din examinarea curbelor trasate şi a asimetriei temperaturilor la încălzirea cu aer cald , se observă uşor influenţa curenţilor convectivi produşi în vecinătatea suprafeţelor exterioare reci, precum şi cea a curenţilor produşi de aerul cald refulat de aeroterme.Variaţia pe verticală a temperaturii aerului în centrul halei este prezentată în fig. 8 :

1-7

AB

21ºC

20ºC

19ºC

18ºC

18ºC

17ºC

17ºC

16ºC

15ºC

16ºC

15ºC

h[m]

4

2

1

0

Aeroterma

24 oC 22 oC

20 oC

18 oC 16 oC

h[m]

4

2

1

0 A B

a)

încălzirea cu aer cald b)

încălzirea prin radiaţie

Fig.8 Variaţia pe verticala a temperaturii aerului în centrul halei [3]

Măsurările din centrul halei au arătat o diferenţă între temperatura aerului la nivelul capului şi cea a gleznei de 4oC în cazul încălzirii cu aer cald şi de 2oC în cazul încălzirii prin radiaţie.

Concluzia care rezultă în urma acestei comparaţii este că asigurarea confortului termic în interiorul unei hale industriale necesita nu numai menţinerea temperaturii aerului la o anumită valoare, ci şi obţinerea unei repartiţii cît mai uniforme a acestei temperaturi, atât pe orizontală, cât şi pe verticală.

1.2.2 Dependenta repartiţiei temperaturii pe suprafaţa pardoselii unei hale industriale de sistemul de încălzire

Pentru experimentare a fost folosită aceeaşi hală industrială (12x36 m) [3], pentru a demonstra că în perioada de încălzire temperatura suprafeţei pardoselii depinde, nu numai de proprietăţile termice ale materialelor din care este construită, ci şi de sistemul de încălzire ales (convectiv sau radiativ).In cazul sistemelor de încălzire prin radiaţie, temperatura pardoselii depinde de temperatura aerului, temperatura de sub pardoseală, rezistenţa termică a pardoselii şi de energia emisă de suprafaţa radiantă q [W/m2].Pentru pardoseli similare şi în aceleaşi condiţii de confort termic, instalaţiile de încălzire prin radiaţie dau temperaturi mai ridicate ale suprafeţei pardoselilor faţă de instalaţiile de încălzire cu aer cald.Sistemele de încălzire determină, de asemenea, gradul de uniformitate al repartiţiei temperaturii pe suprafaţa întregii pardoseli.In fig 9 a, b, se dau ca exemplu izotermele obţinute la suprafaţa pardoselii halei experimentale (36m x12m) cu două sisteme de încălzire diferite: unul convectiv şi celalalt radiativ.

1-8

2.0

1,7

1,0

0,3

015 16 17 18 19 20 21 t[oC]

h[m]

2.0

1,7

1,0

0,3

015 16 17 18 19 20 21 t[oC]

h[m]

a) încălzirea cu aer cald

b) încălzirea prin radiaţie

Fig. 9 Izotermele la suprafaţa pardoselii unei hale industriale (36x12m), [3].

Se vede din compararea celor doua grupe de curbe că din punctul de vedere al confortului termic

la nivelul pardoselii, încălzirea prin radiaţie dă rezultate mai bune decât încălzirea cu aer

cald.

1.2.3 Studiu de caz la sistemul de încălzire radiativ şi convectiv pentru o hală de prelucrări mecanice[185]

Se prezintă o comparaţie între sistemul de încălzire radiativ şi cel convectiv pentru hala de prelucrări mecanice din fig. 10, [185] o hală, ale cărei caracteristici termotehnice sunt următoarele:- ferestre metalice simple cu geam simplu R’ = 0,172 m2K/W;- uşi metalice exterioare R’ = 0,159 m2K/W;

1-9

19oC19oC19oC19 oC

18 oC

A

15 oC

16 oC

17 oC

15 oC

16 oC

17 oC

12m

36 m

12m

12oC

18oC

16oC14oC

16oC

12oC

36 m

14oC

- luminatoare simple din geam armat 6mm- schelet metalic R' = 0,172 m2K/W;- pereţi din azbopan (60mm vată de sticlă) R’ = 0,940 m2K/W;- învelitoare din beton precomprimat, vată minerală 50mm şi hidroizolaţie R' = 1,02 m2K/W;- pardoseala beton B250, hidroizolaţie, pietriş, ciment rolat R'= 0,720 m2K/W;

Date privind condiţiile climatice şi tehnologice:- viteza de calcul a vântului: 5m/s, zona eoliana II; amplasată în oraş;- factorul de corecţie cu înălţimea e = 1,12;- procesul tehnologic se desfăşoară fără degajări mari de căldură, munca cu grad mediu de dificultate;- 0,5 v/h - numărul de schimburi de aer orare.

Fig. 10 Dimensiunile halei industriale [185]

Calculele au fost făcute pentru această structură în următoarele ipoteze: Încălzirea clasică:

- determinarea necesarului de căldură prin aplicarea STAS-ului 1907 cu evaluarea pierderilor de căldură prin transmisie în elementele delimitatoare;- aplicarea STAS 1907 - şi luarea în considerare a stratificării termice.

Încălzirea prin radiaţie (calcul preliminar):- aplicarea STAS 1907;- aplicarea STAS 1907 şi luarea în considerare a stratificării termice;- aplicarea metodologiei de calcul franceze;

Metodologia de calcul prevede determinarea pierderilor de căldură prin transmisie distinct pentru două zone ale spaţiului încălzit prin radiaţie:- zona superioară situată deasupra planului tuburilor radiante (ta - tec);- zona inferioară situată sub planul tuburilor radiante (ti - tec);- pierderile de căldură pentru încălzirea aerului infiltrat sunt determinate considerând că aceasta se realizează de la temperatura tec la ta (ta = ti - 2..3˚C);.- se tine seama de inerţia aerului şi a pereţilor clădirii şi în funcţie de durata de funcţionare a încălzirii se consideră un anumit coeficient de majorare. În graficele din figurile11; 12 sunt prezentate necesarul de căldura, consumul de gaz metan respectiv economiile realizate utilizând sistemul de încălzire prin radiaţie. Ele sunt exprimate în:- sarcina termică necesară pentru încălzirea aceluiaşi spaţiu ;

1-10

- debit de combustibil utilizat pentru încălzirea aceluiaşi spaţiu;- euro anual [185].

1-11

Fig. 11 Necesarul de căldură pentru încălzirea unei hale industriale – mediu izolata [185]

1-12

Fig 12 Consumul anual calculat de gaz metan, rezultat în ipotezele încălzirii clasice sau radiative [185]

Fig. 13 Economia de combustibil realizată în cazul încălzirii prin radiaţie comparativ cu încălzirea

clasică, după diverse metode de calcul, % [185]

1-13

Fig. 14 Economia anuală de combustibil exprimată în EURO/an, realizată în cazul încălzirii prin radiaţie faţă de cazul încălzirii clasice (calculată prin STAS 1907 sau ţinând cont de stratificare) [185]

Dacă se face comparaţia încălzirii prin radiaţie cu încălzirea clasică de la o centrală termică de cartier veche al cărui randament (producere, transport, reglare, distribuţie) este 70%, rezultă economii de 39 - 52% în funcţie de metoda de calcul utilizată şi 8700 - 16100 EURO/an la o putere termică instalată de 860KW. Concluzia acestui studiu este că sistemele de încălzire prin radiaţie implică costuri de investiţie relativ mari, însă , an de an, costuri de exploatare mult mai reduse decât sistemele clasice de încălzire; economiile de energie realizate fiind de circa. 35 ÷ 62%. Procentul de energie economisită depinde de mai mulţi factori ca: gradul de izolare al clădirii, tipul de instalaţie de încălzire, numărul de ore de funcţionare, etc. 1.2.4 Studiul înlocuirii unui sistem de încălzire convectiv cu un sistem de încălzire cu

tuburi radiante

Pentru trei incinte cu volum mare (hale industriale) având puterile termice instalate de 12,5MW, 7,5MW şi 8,6MW s-a realizat acest studiu comparativ între vechiul sistem de încălzire de tip convectiv (aeroterme alimentate cu abur de joasă presiune) şi sistemul de încălzire implementat (tuburi radiante de joasă temperatură)[216]. Rezultatele acestui studiu pun în evidenţă superioritatea sistemului de încălzire radiativ în ceea ce priveşte calitatea net superioara a confortului termic precum şi eficienţa energetică ridicată a acestui sistem de încălzire modern. Ele sunt prezentate sintetic în graficele din figurile 15 ... 20:

1-14

Fig. 15 Economii la consumul de gaze naturale (Pi =12,5MW) [216]

Fig. 16 Economii (mii EURO/an) la instalaţii cu Pi =12,5MW [216]

1-15

Fig. 17 Evoluţia consumului lunar de gaz metan (m3N) (Pi =7,5MW) [216]

Fig. 18 Recuperarea cheltuielilor investite (Pi

=7,5MW) [216]

1-16

Fig. 19 Economii (mii EURO/an) Fig. 20 Relaţia între investiţie şi instalaţia cu (Pi =8,6MW) , [216] recuperarea ei (Pi =8,6MW)

1.2.5 Concluziile comparaţiei între încălzirea cu sistem radiativ şi convectiv a incintelor cu volum mare

Analiza comparativă a instalaţiilor de încălzire prin radiaţie cu sistemele convective de încălzire, prin prisma optimizării confortului termic pune în evidenţă superioritatea sistemelor radiative în ceea ce priveşte realizarea parametrilor şi a criteriilor de performanţă pentru confortul termic.

Astfel, la o temperatură a aerului mai scăzuta cu 2...4°C, faţă de sistemele convective, temperatura resimţita de către ocupantul zonei încălzite va fi aceeaşi ca la sistemele convective.

In cazul sistemelor de încălzire prin radiaţie, temperatura de radiaţie medie a pereţilor şi pardoselii va fi mai mare cu 2...4°C faţă de temperatura aerului din incinta încălzită. O parte din fluxul radiant incident, care ajunge pe pardoseala incintei, se acumulează sub formă de căldură în aceasta, şi rezultă efectul de pardoseală caldă, specific sistemelor radiante.Viteza aerului în interiorul incintei încălzite prin radiaţie este mai redusă faţă de sistemele convective, evitându-se astfel antrenarea particulelor de praf.

Din punct de vedre fiziologic, principalul avantaj al instalaţiilor radiative este acela că, în aceleaşi condiţii de confort termic, se respiră un aer mai rece şi cu un conţinut de praf mai scăzut decât în cazul sistemelor convective.

Sistemele de încălzire prin radiaţie se dovedesc net superioare faţă de cele convective şi în ceea ce priveşte realizarea criteriilor de performanţă pentru confortul termic: gradientul de temperatură pe verticală şi pe suprafaţa orizontală a incintei , temperatura minimă pe suprafaţa pardoselii şi asimetria temperaturii de radiaţie datorită suprafeţelor verticale reci.

Astfel, gradientul de temperatură pe verticală la o hală de 12m înălţime este pentru sistemul radiant doar 2,5°C, în timp ce pentru sistemul convectiv de încălzire atinge valoarea de 19°C. Analizând dependenţa repartiţiei temperaturilor aerului în interiorul unei hale în cazul sistemului de încălzire radiativ şi convectiv şi comparând rezultatele obţinute prin cele doua sisteme de încălzire, s-a constatat că repartiţia temperaturilor aerului este mai uniformă în cazul încălzirii prin radiaţie faţă de încălzirea convectivă.

Studiul dependentei repartiţiei temperaturii pe suprafaţa pardoselii ne-a dus la concluzia ca sistemul de încălzire ales determină şi gradul de uniformitate al repartiţiei temperaturii pe suprafaţa pardoselii. Curbele izoterme obţinute la suprafaţa pardoselii unei hale experimental de 36x12m, pentru doua sisteme de încălzire diferite, (convectiv şi radiativ), comparate din punctul de vedere al confortului termic la nivelul pardoselii, pune în evidenta faptul ca încălzirea prin radiaţie este superioară celei convective.Analiza comparativă a celor doua sisteme (convective şi radiative), din punct de vedere a optimizării energetice, este de asemenea favorabila instalaţiilor de încălzire prin radiate.

Din studiul comparativ între sistemul de încălzire prin radiaţie şi cel convectiv pentru o hala veche de prelucrări mecanice, având dimensiunile 120x60x6m, a rezultat un necesar de căldură pentru încălzire de 949KW, pentru sistemul convectiv şi de 833KW pentru sistemul radiativ. De asemenea sistemele de încălzire radiative, conform studiilor realizate, realizează o economie anuala de combustibil şi implicit de energie de la 20% până la 50%, în funcţie de înălţimea halei , h=5..15m.

Studiul înlocuirii sistemelor de încălzire convective cu aeroterme cu tuburi radiante la o incinta cu volum mare, având puterea instalata de 12,5MW, a pus în evidenţă economii la consumul de gaze naturale de 1776 mii m3/an, materializate în economii de 199.000euro/an. Pe luna februarie a anului 2003 consumul de gaz s-a redus de la 900.000m3 la 300.000m3 faţă de aceeaşi luna a anului 1999, (înainte de înlocuirea sistemului convectiv cu cel radiativ).

1-17

Concluzia care se desprinde din aceste comparaţii ale celor doua sisteme de încălzire (radiativ şi convectiv), este că deşi sistemul radiativ implică costuri de investiţii mai mari, eficienţa energetică ridicată a acestui sistem duce la costuri de exploatare mult mai reduse faţă de sistemele convective, economiile de energie realizate fiind cuprinse între 20% şi 50%.

1.3 TUBURI ŞI PANOURI RADIANTE

Sistemele de încălzire prin radiaţie termică a incintelor cu volum mare cuprind, în principal, doua soluţii tehnologice de bază:

- instalaţii de încălzire prin radiaţie cu tuburi radiante de joasă temperatură (tsr=250-5000C)

- instalaţii de încălzire prin radiaţie cu panouri radiante de medie temperatură (tsr=750-9000C).

1.3.1 Tuburi radiante de joasă temperatură

Sunt emiţători de radiaţii infraroşii (unde neluminoase) caracterizaţi printr-o combustie internă efectuată într-un corp purtător de căldură, la temperaturi de 250-5000C. Lungimea de undă corespunzătoare intensităţii spectrale de radiaţie maxime este de 4μm [184].Un tub radiant de joasă temperatură are următoarele părţi componente: arzătorul, exhaustorul, tuburile radiante, elemente de turbionare, conexiuni de dilatare, deflectori, izolaţia termică, element de susţinere, tabloul electric şi de automatizare.

Principiul de funcţionare al tuburilor radiante consta în încălzirea unui tub din otel prin produsele de ardere rezultate de la un arzător cu gaz:

Fig. 21 Reprezentarea schematică a principiului de funcţionare a tubului radiant

Radiaţia tuburilor este dirijată spre sol, prin panourile reflectoare plasate deasupra tuburilor. Fluxul radiant emis de tubul radiant liniar şi de cel în forma de U este reprezentat în figura 22:

1-18

suprafaţa de recepţie

tub radiant

ecran reflector

a) pentru tub radiant liniar b) pentru tub radiant “U”

COMBUSTIBIL:

*GAZ METAN *GPL

GAZE DE ARDERE

(agentul termic din circuitul radiant)

ARZĂTOR VENTILATOR

Fig. 22 Fluxul de radiaţie pe suprafaţa receptoare plană

Tubul radiant liniar şi tubul radiant în forma de U sunt prezentate în figura 23.

a) Tub radiant liniar b)Tub radiant U

Fig. 23 Tub radiant liniar şi tub radiant în forma de U [216]

Legenda: 1- Arzător, 2- Tub radiant, 3- Ventilatorş

Un sistem radiant este format, în principiu, din trei părti incluzând: instalaţia de ardere

(arzătorul) , tubul radiant şi ventilatorul de evacuare a gazelor arse(fig. 24).

1-19

Figura 24 Instalaţie de ardere şi tub radiant de tip U [218]

In figura de mai jos sunt prezentate părţile componente ale tubului radiant:

Fig. 25 Părţile componente ale tubului radiant [202]

Instalaţia de ardere sau grupul de combustie al tubului radiant are rolul de a genera căldură cu ajutorul unui arzător şi de a realiza circulaţia gazelor arse produse în tubul radiant prin intermediul unui ventilator. Gazele de ardere reprezintă fluidul colportor şi sunt vehiculate în interiorul unei tubulaturi radiante etanşe. După parcurgerea tubului radiant, o parte din gazele de ardere sunt evacuate, iar o parte sunt recirculate cu ajutorul aceluiaşi ventilator .

Părţile componente ale grupului de combustie ale tubului radiant de tip U sunt :

1-20

arzătorul, camera de combustie, panoul electric de control, panoul electric de comandă cu termometru sferic, tubul radiant de ducere a fluidului colportor; tubul radiant de întoarcere a şfluidului colportor, exhaustorul (ventilatorul de evacuare a gazelor de ardere) şi coşul de fum pentru evacuarea gazelor de ardere.

LEGENDA:

1 - Arzătorul;2 - Camera de combustie;3 - Panoul electric; 4- Panou de reglaj cu termostat;5 - Intrarea gazelor de ardere în tubulatura de radiaţie; 6 – Întoarcerea gazelor de ardere din tubulatura de radiaţie; 7 – Ventilatorul pentru recircularea şi evacuarea gazelor de ardere;8 - Evacuarea gazelor de ardere.

Fig. 26 Instalaţia de ardere a tubului radiant [218]

Componentele principale şi auxiliare ale grupului de combustie sunt [184]:Arzătoarele sunt de tipul cu ardere atmosferică şi flacăra stabilizată, urmate de o camera de

ardere. Ele sunt înzestrate cu o bujie de aprindere. Un termocuplu sau o sonda de ionizare pentru detectarea flăcării comandă deschiderea valvei principale de alimentare cu gaz.

Arzătoarele sunt de debit constant. Reglarea funcţionarii arzătorului se face în sistemul „tot sau nimic”, cu ajutorul unui termostat de cameră.

Zona radiantă cuprinde circuitul gazelor de ardere, împărţită convenţional în zona caldă, 'ducere' şi zona de răcire, 'întoarcere'.

Tuburile radiante pot avea secţiune circulară sau pătrată şi sunt fabricate din otel special, rezistent la şocuri termice, dilatările fiind preluate prin dispozitive lenticulare.

Reflectoarele, care separă zona radiantă inferioară de zona superioară, sunt din aluminiu şlefuit, montate deasupra tuburilor şi repartizate pe toata lungimea acestora. Pentru instalaţiile situate în încăperi comportând emisii de gaze (de exemplu ateliere de sudura) reflectoarele de aluminiu pot fi înlocuite cu reflectoare din otel inoxidabil.

Accesoriile sunt: termostatul plasat în încăperea încălzită (ca la toate sistemele de încălzire prin radiaţie va fi esenţială fixarea unui punct de funcţionare a aparaturii de reglare şi a unei temperaturi ambiante a încăperii), regulatorul manometric de presiune, plasat la intrarea ventilatorului de extracţie ce serveşte la buna funcţionare a electrovalvei principale de alimentare cu combustibil şi racorduri pentru combustibil(GN, GPL), energie electrica, aer de combustie şi evacuarea gazelor de ardere (exhaustor).Referitor la caracteristicile arzătoarelor şi instalaţiilor de tub radiant, putem arata că arzătoarele produse în prezent au puteri cuprinse între 15 şi 55kW. Reglarea fiecărui arzător se efectuează în sistemul ”tot sau nimic” sau există posibilitatea unui sistem de comanda şi reglare, care acţionează asupra fiecărui arzător independent şi care permite obţinerea unei încălziri adaptate la zonele sau la locurile de muncă cu necesar de căldură fix. Alţi parametri sunt: randamentul global de ardere de 0.85 - 0.90 din PCI , randamentul practic al radiaţiei spre sol de 0.55 - 0.70. Gama de puteri pentru tuburile radiante este de la 15 la 30kW. În regim stabilizat, în aval de arzător, temperatura este de 3500C. Gazele de ardere sunt evacuate la o temperatura de aproximativ 1500C, iar temperatura dezvoltată este de maxim 6000C.

1-21

1.3.1.1 Tuburi radiante Schwank

Tuburile radiante Schwank sunt ideale pentru incalzirea unei game largi de spatii, incluzand acele spatii cu o inaltime medie a tavanului.Noul si inovativul arzator care este utilizat in toate aplicatiile constituie nucleul tuburilor radiante Schwank. Arzatorul Schwank este rezultatul unei permanente dezvoltari si a mai mult de 50 de ani de experienta. Aceasta se reflecta in eficienta sistemului cu un procent de peste 92%.

Arzatorul SchwankBrenner

Doua trepte de putere, realizand economie de combustibilAceasta tehnologie, cunoscuta de la cazane, este acum disponibila pentru tuburile radiante Schwank. Optiunea 2-trepte permite controlul puterii termice in conformitate cu necesarul actual de cladura. Aceasta reduce consumul de combustibil si imbunatateste gradul de confort.

Fara absortie, dar sistem cu impingere (insuflare)Sistemul cu arzatorul pin insuflare atinge cu usurinta siguranta in exploatare. Cele mai importante componente ale arzatorului, cum ar fi ventilatorul si rulmentii acestuia, nu mai sunt expuse la caldura si umiditatea gazelor evacuate. Aceasta creste considerabil durata de viata a arzatorului.

Flacara lunga – eficienta ridicataArzatorul creaza o flacara laminara lunga in interiorul tevilor din otel. Aceasta conduce la un transfer uniform de caldura in tubul radiant, asigurand o distributie remarcabila a caldurii radiante. Aceasta face ca tuburile radiante Schwank sa aiba o eficienta exterm de mare. Pozitia ventilatorului, calitatea inalta a rulmentilor motorului si optimizarea curgerii flacarii arzatorului, fac ca sistemul sa fie exterm de silentios.

Sistemele de incalzire cu tuburi dadianta Schwank pot fi controlate in acord cu cerintele individuale cu un termostat simplu sau cu un sistem central de control.Amestecul aer-gaz este creat de designul special al cutiei arzatorului. Acest amestec este fortat sa treaca printr-o placa ceramica, care apropo este o inventie a firmei Schwank – si este aprins la suprafata acesteia de un electrod. Cu aceasta constructie, gazul natural sau GPL-ul este ars intr-o flacara laminara lunga ce poate fi mai mare de 5 m. Tevile sunt incalzite prin intermediul flacarii lungi si prin intermediul gazelor de ardere, emitand astfel caldura radianta. O constructie din otel inox (protectie flacara) si un element turbulator interior asigura o distributie uniforma a caldurii pe intreaga lungie a tubului radiant. Gazele de ardere ale tubului radiant sunt dirijate in exterior printr-un sistem de evacuare. Aerul necesar arderii poate fi luat din interiorul incaperii sau din exterior cu un sistem de admisie aer. Pe langa sistemul de admisie aer pentru fiecare tub radiant, este posibil sa conectam tuburile radiante la un sistem central de colectare a gazelor de ardere cu un ventilator central. S-a implementat un nivel inalt al calitatii in produsele : tevile radiante sunt fabricate din otel calorizat cu rezistenta mare la temperaturi ridicate si coroziune ceea ce ii confera durabilitate. Tevile trec printr-un tratament termic individual prin care factorul de emisie este crescut astfle incat performanta in ceea ce priveste radianta creste condiderabil. Radiatia optimizata si constructia solida a reflectorului, directioneaza caldura radianta spre suprafata necesara a fi incalzita.Acesta creste aditional performanta radianta si gradul de confort.

1-22

1.3.2.Posibilitatea utilizǎrii unor corpuri emisive negre în locul corpurilor reflectorizante la tuburile radiante

O limitare a utilizării tuburilor radiante este aceea că, datorită temperaturii înalte de lucru, de ordinul 400 0C, înălţimea lor de montaj trebuie să fie mare, de regulă peste 4 m, altfel fluxul radiat depăşeşte limitele admise de confort.

Pentru a reduce înălţimea de montaj soluţia este de reducere a temperaturii peretelui tubului radiant. Reducerea temperaturii tubului radiant este posibilă, de exemplu, prin recircularea gazelor de ardere, dar apare necesitatea de a instala suprafeţe foarte mari de tuburi, cu costuri extrem de ridicate, datorită faptului că fluxul de căldură radiat depinde de temperatura absolută a peretelui tubului la puterea a patra.. Astfel, dacă se doreşte o înjumătăţire a fluxului radiat este necesară scăderea temperturii peretelui tubului radiant de la 400 0C la 280 0C iar înălţimea de amplasare a tubului radiant poate fi coborâtă dela 4m la 3m.

O soluţie nouă, teoretic bine fundamentată, şi care urmează să fie verificată experimental, este folosirea unor corpuri emisive negre în locul corpurilor reflectorizante la tuburile radiante.

Sintetic soluţia tehnică este următoarea:o partea inferioară a tubului radiant se face cu un grad de emisivitate mai mic, de exemplu, în

loc de ε = 0,9 , al tubului radiant clasic, cu ε = 0,6 , prin aplicarea unei vopsele cu gradul respectiv de emisivitate. Partea superioară a tubului rămâne cu emisivitate ridicată;

o deasupra tubului radiant se instalează un corp de tablă radiant, geometric similar cu corpurile reflectorizante utilizate actualmente, dar cu o suprafaţă mai mare şi cu un grad de absorbţie cât mai mare, de exemplu ε = 0,9. Pentru ca partea estetică să nu fie stricată, culoarea vopselei va fi oricare dar se va asigura o rugozitate care să-i confere proprietăţile radiante cerute.

o Partea superioară a tablei se realizează cu un grad mare de reflexie, de exmplu suprafaţă cromată cu ε = 0, 05.

Funcţionarea noului sistem de tub radiant este următoarea:o tubul radiant va emite spre partea de jos un flux radiant proporţionl cu gradul lui de

emisivitate, iar spre partea superioară un flux mai mare de căldură deoarece pe partea de sus are un coeficient de emisie ridicat;

o fluxul de căldură radiat în sus este absorbit de tabla ecran şi încălzeşte această tablă la o temperatură, mai joasă decât a tubului radiant, proporţional cu raportul de suprafeţe radiante şi cu caracteristicile radiante ale suprafeţelor..

o încălzirea tablei ecran nu va produce un flux mare de căldură spre partea superioară, spre tavan, deoarece tabla pe partea superioară este cromată şi emisia ei este neglijabilă.

o Corpul încălzit, care primeşte căldură de la sistemul radiant, va primi fluxul direct de la partea inferioară a tubului radiant şi fluxul de căldură emis de ecranul radiant . Ambele fluxuri de căldură au o intensitate mai mică decât fluxul emis de suprafaţa de temperatură înaltă deoarece suprafaţa inferioară a tubului radiant are emisivitate mai mică iar ecranul cu emisivitate mare are o temperatură mai mică.

În fig 27. se prezintă comparativ cele două soluţii de corpuri radiante; a) corpul radiant clasic cu ecran reflectorizant şi b) corpul radiant cu ecran radiant.

1-23

Fig 27. Prezentare comparativă a celor două soluţii de corpuri radiante a) corpul radiant clasic cu ecran reflectorizant b) corpul radiant cu ecran radiant

Pentru aprecierea eficienţei funcţionale a soluţiei se vor prezenta în continuare câteva date importante.

Pentru un tub radiant, fluxul de cǎldurǎ specific emis este o funcţie exponenţialǎ de temperatura peretelui tubului. Pentru materialele uzuale ale turburilor radiante, fluxul de cǎldurǎ specific emis [W/m2] este prezentat în diagrama fig.28.

Flux de radiatie functie de temperatura tubului radiant

0

5000

10000

15000

20000

200 250 300 350 400 450 500

temperatura tubului [C]

Flu

x d

e c

ald

ura

[W

/mp

]

Fig.28. Fluxul de cǎldurǎ specific emis [W/m2] de turburi radiante

Domeniul uzual de funcţionare al tubului radiant este în doleniul temperaturilor ridicate, de ordinul 350...450 0C. În acest domeniu fluxurile specifice de cǎldurǎ au valori de 8000...15000 W/m2 , ceeace impune o distanţare mare a tubului faţǎ de planul de captare al utilizatorului deoarece fluxul de cǎldurǎ admisibil trebuie sǎ ajungǎ la valori de sub 200 W/m2. Astfel apare necesitatea de amplasare a tuburilor radiante la înǎlţimi mai mari de 4 m faţǎ de planul utilizator.

Dacǎ însǎ domeniul de temperaturǎ al tubului radiant este scǎzut numai cu 100 de grade, în domeniul 250...350 0C, fluxurile specifice de cǎldurǎ au valori de 4000...8000 W/m2 (aproximativ ½ din cele ale tuburilor radiante cu temperaturi cu 100 de grade mai mari) ceeace permite o distanţare mai micǎ a tubului faţǎ de planul de captare al utilizatorului.

Este important de subliniat cǎ acelaşi efect cu scǎderea temperaturii tubului radiant poate s-o aibǎ pǎstrarea temperaturii înalte dar reducerea coeficientului de emisie al tubului.

O diagramǎ edificatoare privind fluxurile de cǎldurǎ la sol ale tuburilor radiante cu diferite temperaturi se dǎ în diagrama fig.29. Pe aceastǎ diagramǎ s-au figurat douǎ grupe de curbe:

1-24

a b

- curbele du linie plinǎ, reprezentând fluxuri de cǎldurǎ emise de un tub radiant de temperaturǎ înaltǎ ;- curbele cu linie punctatǎ reprezentând fluxuri de cǎldurǎ emise de un tub radiant cu coeficient de emisie redus, astfel încât fluxul de cǎldurǎ emis sǎ fie ½ din emisia tubului normal.

Flux de caldura radiat la sol [W/mp]

0

100

200

300

400

500

600

300 350 400 450 500

temperatura tubului radiant [C]

Flu

x d

e c

ald

ura

la s

ol [

W/m

p]

Qsol_rad_5m

Qsol_1/2 rad_4m

Qsol_rad_4m

Qsol_1/2 rad_5m

Qsol_rad_3m

Qsol_1/2 rad_3m

Fig.29. Fluxul specific de cǎldurǎ al turburilor radiante captat la sol [W/m2]

Se constatǎ cǎ pentru tuburile radiante cu emisie normalǎ, zona de distanţǎ de 4...5 m faţǎ de sol este acceptabilǎ, în timp ce distanţa de 3 m duce la fluxuri de cǎldurǎ inadmisibil de mari. La scǎderea însǎ la ½ a fluxului de cǎldurǎ, prin reducerea gradului de emisie al tubului, se pot obţine fluxuri acceptabile de cǎldurǎ la sol chiar cu tuburile de temperaturǎ înaltǎ, 350...450 0C.

Dacǎ problema funcţionalǎ a tuburilor radiante la înǎlţimi de amplasare mai mici, de ordinul 3 m, poate cǎpǎta astfel o soluţie, din punct de vedere tehnic soluţia nu poate fi acceptatǎ deoarece presupune, la celaşi flux global de cǎldurǎ, dublarea suprafeţei tuburilor, ceeace duce practic la dublarea costurilor instalaţiei.

De aici apare necesitatea unei soluţii noi care sǎ permitǎ cu aceiaşi suprafaţǎ de tub şi temperaturi ridicate ale suprafeţei sǎ se obţinǎ fluxuri specifice acceptabile la sol. Soluţia, propusǎ ca o noutate tehnicǎ, este cea cu semitubul inferior cu coeficient diminuat de emisie iar semitubul superior, cu emisie ridicatǎ, folosind corpuri emisive negre în locul corpurilor reflectorizante.

Pentru a concretiza soluţia s-a adaptat programul de calcul “TUBRAD” astfel încât sǎ permitǎ calculul sistemului radiant cu diferite inputuri de coeficienţi de emisie pentru tub şi pentru corpul emisiv superior. Noul program cu titulatura “TUBRAD_EPS” are o foarte largǎ posibilitate de aplicare tehnicǎ pentru diferite temperaturi de tub radiant, diferite grade de emisie şi diferite geometrii ale corpului emisiv negru.

Pentru ilustrarea unui exemplu de calcul se prezintǎ un set de diagrame care se vor analiza comparativ.

O primǎ diagramǎ, prezentatǎ în fig.30 , aratǎ fluxul de cǎldurǎ primit de o suprafaţǎ supusǎ radiaţiei unui tub cu emisivitate ridicatǎ şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

1-25

FLUX RADIAT CU TUB CU EPS=1

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

22.22.42.6

-20

0

-18

0

-16

0

-14

0

-12

0

-10

0

-80

-60

-40

-20 0

20

40

60

80

10

0

12

0

14

0

16

0

18

0

20

0

coordonata plana X [unit. relative]

Flu

x te

rmic

q [

un

it.r

elat

ive]

Fig.30.Flux radiat de un tub cu emisivitate ridicatǎ şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

Se constatǎ, în zona de sub tubul radiant (coordonatele -70...+70) o creştere a fluxului radiat de ordinul 2,4/1,6 , adicǎ 50%. Acest maxim de radiaţie trebuie redus prin reducerea coeficientului de emisie a pǎrţii inferioare a tubului radiant.

În diagramele urmǎtoare, fig.31...33, se prezintǎ curbele de flux de cǎldurǎ primit de o suprafaţǎ supusǎ radiaţiei unui tub cu emisivitate redusǎ cu un anumit coeficint de atenuare şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

Au fost alese valori de emisivitate cu o reducere relativǎ de 80%, 70% şi 60%.

În fig.31 se prezintǎ fluxul radiat de un tub cu emisivitate 80% şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

FLUX RADIAT CU TUB CU EPS=0.8

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

-200

-180

-160

-140

-120

-100 -80

-60

-40

-20 0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

coordonata plana X [unit.relative]

Flu

x te

rmic

q

[u

nit

.rel

ativ

e]

Fig.31. Flux radiat de un tub cu emisivitate 80% şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

Se observǎ cǎ la o reducere cu 20% a emisivitǎţii semisuprafeţei inferioare a tubului radiant s-a obţinut o scǎdere a valorii maxime de flux de la 2,4 la 1,9, ceeace înseamnǎ o reducere cu 26% a radiaţiei directe a tubului. Scǎderea mai accentuatǎ a fluxului de cǎldurǎ faţǎ de scǎderea emisivitǎţii se datoreazǎ unor circulaţii destul de complicate a razelor vectoare în sistemul radiant,

1-26

pe care programul de calcul le ia în considerare conform modelului fizic care stǎ la baza programului.

În fig.2. se prezintǎ fluxul radiat de un tub cu emisivitate 70% şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

FLUX RADIAT CU TUB EPS=0.7

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

-200

-180

-160

-140

-120

-100 -8

0

-60

-40

-20 0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200


Flux

term

ic q

[u

nit.r

elat

ive]

Fig.32 Flux radiat de un tub cu emisivitate 70% şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

Se observǎ cǎ la o reducere cu 30% a emisivitǎţii semisuprafeţei inferioare a tubului radiant s-a obţinut o scǎdere a valorii maxime de flux de la 2,4 la 1,7, ceeace înseamnǎ o reducere cu 41% a radiaţiei directe a tubului. În aceastǎ situaţie de emisie radiaţia pǎrţii inferioare a tubului radiant este la valoarea emisiei sistemului radiant, deci este valoarea corectǎ de reducere a emisivitǎţii.

În fig.33. se prezintǎ fluxul radiat de un tub cu emisivitate 60% şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

FLUX RADIAT CU TUB CU EPS=0.6

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

-200

-180

-160

-140

-120

-100 -8

0

-60

-40

-20 0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200


Flux

term

ic q

[u

nit.r

elat

ive]

Fig.33. Flux radiat de un tub cu emisivitate 60% şi cu un corp emisiv negru în partea superioarǎ.

1-27

Se observǎ cǎ la o reducere cu 40% a emisivitǎţii semisuprafeţei inferioare a tubului radiant s-a obţinut o scǎdere a valorii maxime de flux de la 2,4 la 1,4, ceeace înseamnǎ o reducere cu 71% a radiaţiei directe a tubului. În aceastǎ situaţie de emisie radiaţia pǎrţii inferioare a tubului radiant este prea micǎ.Noul sistem de tub radiant în care corpul încălzit va primi fluxul direct de la partea inferioară a tubului radiant, cu o emisivitate mai scǎzutǎ, şi fluxul de căldură emis de ecranul radiant, asigurǎ o uniformitate ridicatǎ a fluxului de cǎldurǎ receptat. Ambele fluxuri de căldură au o intensitate mai mică decât fluxul emis de sistemul radiant clasic cu tub radiant cu emisivitate ridicatǎ şi ecran reflectorizant, care are de altfel un ridicat grad de neuniformitate a câmpului de radiaţie. Datoritǎ complexitǎţii fenomenului de radiaţie a sistemului, caracteristicile radiante trebuie stabilite, funcţie de particularitǎţile fiecǎrui caz, cu ajutorul programului de calcul “TUBRAD_EPS” care are o foarte largǎ posibilitate de aplicare tehnicǎ pentru diferite temperaturi de tub radiant, diferite grade de emisie şi diferite geometrii ale corpului emisiv negru.

Ca ordin de mǎrime, o reducere cu 30% a emisivitǎţii semisuprafeţei inferioare a tubului radiant duce la o scǎdere a valorii maxime de flux cu 41%, permiţând o utilizare corectǎ a tubului radiant şi la o înǎlţme de amplasare de 3 m. În aceastǎ situaţie de emisie radiaţia pǎrţii inferioare a tubului radiant este la valoarea emisiei sistemului radiant.

1.3.3 Panouri radiante de medie temperatură (panouri radiante luminoase)

Panouri radiante de medie temperatură sunt emiţători luminoşi caracterizaţi printr-o combustie externă efectuată pe o suprafaţă cu temperaturi înalte (750 - 9000C)(fig. 34) [184].

Lungimea de undă corespunzătoare intensităţii maxime spectrale este de ordinul 3μm. Din acest motiv radiaţia este relativ mai penetrantă.

Funcţionarea aparatelor este bazată pe injecţia unui amestec de gaz-aer la traversarea unei placi refractare, constituind deschiderea unor canale fine, calibrate; aerul de ardere fiind preluat din interiorul încăperii. Amestecul aer-gaz, reglat corespunzător ca presiune şi proporţie, arde la suprafaţa plăcii refractare la periferia fiecăruia dintre aceste canale fine, deoarece materialul refractar acumulează căldură. Amestecul gaz-aer, care îl traversează, se va preîncălzi, rezultând o creştere a vitezei de ieşire a amestecului gaz-aer. Simultan, viteza de propagare a flăcării creste, de unde tendinţa de penetrare a flăcării în materialul refractar.

Temperatura suprafeţei unui panou depinde, pentru un debit de gaz dat, de densitatea canalelor şi de starea suprafeţei plăcilor. Intrarea în regim a aparatului durează circa 10 minute.Părţile componente ale panoului radiant luminos sunt[184]:

a) dala refractara compusa din plăcute juxtapuse, prinse solidar cu ajutorul unor garnituri înserate într-un cadru metalic ce poate suporta dilatări importante;

b) grila fină de nichel-crom care este plasata de obicei, în faţă suprafeţei de ardere. Rolul ei este complex; ea intervenind ca limitator al zonei arderii împiedicând intrările aerului secundar şi ca element radiant secundar spre receptor. Radiaţia sa către suprafaţa refractară contribuie la activarea arderii; Uneori exista nişte aripioare plasate perpendicular pe suprafaţa emiţătoare. Ele laminează gazele de ardere recuperând căldura care este emisă sub forma de radiaţie infraroşie;

c) etaj de amestec aer-gaz, alcătuit dintr-un tub de aer şi un injector de gaz. Viteza de mişcare a gazului creează o depresiune, care produce aspiraţia aerului necesar arderii. În aparatele cele mai întâlnite este utilizat pentru ardere numai aerul ambiant, aparatele funcţionând cu aer primar în totalitate. La ieşirea din tubul de aer, amestecul aer-gaz este introdus într-o cameră de amestec care-l repartizează în mod egal pe întreaga suprafaţă a panoului radiant. În cazul modelelor mai evoluate, un înveliş dublu canalizează gazele de ardere de-a lungul anvelopei, ce conţine amestecul gaz-aer înainte de ardere. Amestecul este astfel preîncălzit, ceea ce are drept urmare o ardere la o temperatură mai mare, deci un randament mai ridicat;

1-28

d) aparatele anexe cum sunt: mecanismul de aprindere la distanţă, de control al flăcării şi electrovalvă de admisie a gazului combustibil. Anumite instalaţii comportă şi un tablou de automatizare, compus dintr-un programator săptămânal de timp de zi şi de noapte.Debitul termic nominal al panourilor radiante luminoase (cantitatea de căldură totala degajată prin arderea gazului la puterea nominală a arzătorului în unitatea de timp) variază în funcţie de model , de la 4 la 45 kW.

Gazele de ardere evacuate în incinta încălzită nu constituie un pericol din punct de vedere al igienei, însă conţin vapori de apă, care pot deveni saturaţi şi se pot condensa. Pentru evitarea acestui fenomen este util ca, în încăperea care prezintă riscuri de incendiu, sa se impună o evacuare directa a gazelor de ardere prin coşuri sau aspiraţie forţată.

Regula este „totul sau nimic” la nivelul fiecărui panou. Pentru obţinerea unei variaţii a puterii radiante se poate prevedea aprinderea unuia sau mai multor panouri instalate graţie unui cuplaj electric pentru comanda electrovalvei de alimentare cu gaz combustibil a fiecăruia din panouri.

Panourile radiante luminoase sunt ideale pentru clădiri de înălţime mare, superioară valorii de 7m (minim 5m) şi se fabrica cu puteri de 2.5 – 45 kW.

Fig. 34. Panou radiant luminos [201]

1.3.3.1 Panou radiant Schwank (fig.35)Radiantii ceramici Schwank sunt sinonime cu inalta performanta energetica si ating un procent de minim 95 % a eficientei sistemului.Un amestec uniform intre gaz si aer este bun pentru o eficienta mare a radiatiei. Camera de amestec brevetata delta (1) asigura acest amestec uniform.Tubul Venturi (2) asigura o proportie precisa a gazului si il amesteca cu aerul de combustie, amestecul rezultat aer-gaz este distribuit uniform in camera de amestec delta, dupa care este distribuit in fiecare punct al placilor ceramice (3) chiar daca presiunea gazului este scazuta.De la camera de amestec delta amestecul aer-gaz trece prin miile de orificii din placile ceramice (4) ce constituie inima radiantului.La suprafata placilor ceramice amestecul aer gaz genereaza mii de flacari mici (5). Radiatia infrarosie (6) este creata de suprafata incalzita a placilor ceramice la aproximativ 950° C. Aditional, structura speciala a suprafetei si reteta unica a placilor ceramice, optimizeaza procesul de ardere. Transferului de caldura in placile ceramice este rapid ceea ce determina valori scazute pentru emisiile de Nox, sub 10 ppm. Cu radiantii ceramici Schwank alegeti o ardere cu emisii foarte mici si un sistem modern de incalzireConstructia speciala a radiantelor ceramice Schwank face posibila conversia caldurii convective in caldura radianta : reflectorul (7) este incalzit la peste 500 °C de radiatia aditionala (8) ceea ce duce

1-29

la cresterea semnificativa a eficientei.De aceea radiantele noastre ceramice lucreaza la baza cu 2 mecanisme de radiatie : luminoasa si intunecoasa – ceea ce se numeste ’’radiatie combinata”.

Fig.35 Panou radiant Schwank

1.3.2 Încălzirea radiantă turbo Căldura transmisă prin convecţie, de tuburile radiante de joasă temperatură este în funcţie de

puterea termică şi reglajul acestora. Aceasta cantitate de căldură încălzeşte în mod continuu aerul care vine în contact cu tubul.

Aerul încălzit, datorită diferenţei de greutate specifică, se deplasează pe verticală (în sus), încălzind zonele superioare în detrimentul zonelor utile, mărind totodată pierderile de căldură.

În cazul încălzirii radiante turbo este specificată pe lângă căldura transmisă prin radiaţie şi căldura transmisă aerului de tubul fierbinte.

Esenţa principiului de funcţionare a sistemului de încălzire prin radiaţie turbo este aspirarea prin intermediul ventilatorului a aerului încălzit din jurul tubului fierbinte şi refularea lui , cu posibilitate de dirijare a jetului în zona utilă.(fig. 36)

Fig. 36 Încălzire cu sistem turbo cu tub radiant (b) comparativ cu încălzire cu tub radiant obişnuit (a)

1-30

Transfer termic convectiv 30-40%

Transfer termic convectiv

Transfer termic radiant

30-40%

aercald

Reflector termic

Ventilator de colectare

Hota de colectare

Reflector

Fanta Tub

radiant Tub

radiant

a) b)

Evacuare gaze de ardere

Refulare aer200x300mm

Refulare aer200x300mm

arzator Aspiratie aer(diametrul identic cu al aparatului)

Economia de energie care se poate realiza din cantitatea de energie introdusă în zona utilă este de aproximativ doua treimi, adică 20 – 26% comparativ cu încălzirea cu tuburi radiante de joasă temperatură clasice. Puterea termică instalată în varianta turbo poate sa fie cu 4-15% mai mică în funcţie de caracteristicile termotehnice ale clădirii şi de modul de utilizare a instalaţiei de încălzire. Se poate aprecia că pe lângă tubul radiant cu putere termică de 50kW, funcţionează şi un „generator de aer cald” de 15 – 20kW.

1.3.3 Tub radiant – generator de aer cald

Acest sistem întruneşte avantajele generatoarelor de aer cald şi a tuburilor radiante de joasă temperatură. Esenţa soluţiei tehnice consta în tubul cu pereţi dubli. În tubul interior are loc arderea combustibilului (gaz natural sau G.P.L.) prin intermediul arzătorului. Tubul exterior are suprafaţa reflectantă, fiind realizat din otel inoxidabil. Aerul se încălzeşte în interspaţiul dintre cele două tuburi. Circulaţia forţata a aerului, cât şi refularea acestuia sunt asigurate prin intermediul ventilatorului (fig. 37)

Fig. 37 Tub radiant generator de căldură

Ca rezultat al posibilelor combinaţii avem la dispoziţie o gamă variată de aparate cu puteri termice cuprinse în domeniul 12-58kW şi lungimi cuprinse între 3-15m. Ventilatorul poate fi detaşat de aparat şi montat într-o încăpere alăturară, el redirijând aerul cald din zonele superioare ale încăperii în zona ocupată de oameni.

1.3.4 Tipuri specifice de încălzitoare cu radiaţii infraroşii cu funcţionare pe gazSunt următoarele:

Unităţi cu ardere indirectă, care se caracterizează prin arderea unui amestec gaz-aer în interiorul unui tub sau spaţiu închis care radiază energie în spaţiul înconjurător .Sunt de tipul :

a1-unitati ce folosesc un arzător atmosferic cu evacuarea gazelor de ardere în exterior ;a2-unitati cu mai multe arzătoare în vid, ce operează într-un tub orizontal;a3-unitati cu arzător cu alimentare ce operează într-un tub orizontal;

Unităţi cu ardere directă, care sunt caracterizate de arderea unui amestec de gaz-aer într-o matrice poroasă, dintr-un material refractor, care va radia energie în spaţiul înconjurător. Gazele de ardere sunt evacuate în spaţiul încălzit ;Unităţi de ardere catalitică sunt caracterizate de amestecarea gazului şi aerului în prezenţa unui catalizator .Amestecul arde fără flacăra vizibilă, iar căldura este radiată în spaţiu .

1-31

RacordGaz-1/2”

1.3.5 Factorii de performanţă pentru echipamentele instalaţiilor de încălzire prin radiaţie:

În conformitate cu studiile realizate până în prezent [21], aceştia sunt:- eficienţa termică a echipamentului; - emisivitatea materialelor utilizate în cadrul echipamentelor; - reflectivitatea materialului din care este confecţionat reflectorul; - absorbţia materialelor pe care cade radiaţia termică incidentă ;- eficienţa modelului;- eficienţa dispozitivelor de fixare.

Eficienţa termică a echipamentului instalaţiei de încălzire prin radiaţie termică se defineşte ca raport dintre fluxul de energie obţinut în punctul de utilizare şi fluxul de energie totală. Practic eficienţa termică poate fi uşor determinată prin stabilirea pierderilor de energie termică:

Eu=Et-Ep; [W] [1] Emisivitatea materialelor utilizate în cadrul echipamentelor de încălzire prin radiaţie

termică reprezintă raportul dintre cantitatea de energie radiantă emisă în infraroşu de suprafeţele materialelor respective şi cantitatea de energie radiantă emisă de suprafaţa unui corp negru. Emisivitatea materialelor depinde de următorii factori: temperaturile materialului emisiv, a materialului de acoperire, a suprafeţei emisive şi de lungimea de undă a energiei emise.

Emisivitatea unui echipament reprezintă energia totală emisă sub formă de radiaţie termică pe toate lungimile de undă raportată la unitatea de suprafaţă şi care depinde de următorii factori:temperatura suprafeţei de emisie ,temperatura suprafeţelor înconjurătoare, emisivitatea suprafeţelor înconjurătoare.Determinând emisivitatea fiecărei unităţi de suprafaţă aparţinând unui echipament radiant, se poate face o estimare teoretica a energiei radiante totale rezultate ,utilizând legea Stefan-Boltzman

W= εT4 ; [W/m2] [2]unde: W= puterea emisivă; ε= emisivitatea materialului; =constanta Stefan-Boltzmann.

In diagrama din figura38 se prezintă fluxul radiant unitar al tubului în forma de U, exprimată în kW/ml pentru tuburi radiante de Ø200mm şi Ø300mm.q (kW/ml)

Temperatura medie a suprafeţei pe lungimea tubului radiant (°C)

Fig. 38 Fluxul radiant unitar al tubului radiant de tipul U Ø200mm şi Ø300mm [216]

1-32

Reflectivitatea este o caracteristică a materialului legată direct de emisivitatea, care depinde de forma reflectorului şi de materialul din care este confecţionat reflectorul: aluminiul , având ε=0.91 -0.95; otelul-inox , având ε=0.48-0.66 şi de forma sau configuraţia reflectorului care influenţează radiaţia emisă de panoul radiant astfel :

- înălţimea medie a reflectorului controlează pierderile de energie prin convecţie, blocând aerul cald în ascensiunea sa;

- unghiul reflectorului are influentă directă asupra cantităţii de energie redirecţionată în spaţiul încălzit. Absorbţia radiaţiei termice emise sub formă de unde electromagnetice, de către diferite

materiale conduce la observarea următoarelor aspecte :- coeficientul de absorbţie are valori identice cu coeficientul de emise pentru majoritatea

materialelor ;- există şi materiale care absorb diferit radiaţia în funcţie de lungimea ei de undă, la acestea

fiind foarte importantă şi temperatura la care emite sursa:Astfel betonul absoarbe 78% din radiaţia emisa de o sursa la temperatura de 9000C şi va

absorbii 83.8% din radiaţia emisa de o sursa la temperatura de 4500C;La fel apa absoarbe 28.3% din radiaţia emisa de o sursa la temperatura de 9000C şi va

absorbii 42.4% din radiaţia emisa de o sursa la temperatura de 4500C.

Eficienţa modelului unui echipament de încălzire prin radiaţie termică evaluează capacitatea unui model de a distribui energia radiantă într-un spaţiu definit, în concordanţă cu: necesarul de căldură a zonei de lucru , cu funcţiunile sale şi cu natura materialelor suprafeţelor, care delimitează spaţiul .

Eficienţa dispozitivelor de fixare reflectă capacitatea echipamentului de a asigura necesarul termic al spaţiului ce trebuie încălzit, în ciuda influentelor negative pe care le introduc dispozitivele de fixare.

1.4 SISTEME DE ÎNCĂLZIRE CU TUBURI RADIANTE

1.4.1 Soluţii tipice de instalare a tuburilor radiante

În funcţie de necesarul de căldură tubulatura radiantă poate avea configuraţie monotubulară sau bitubulară[218].

Traseul realizat poate atinge lungimi maxime de 130m în varianta bitubulară şi 180m în versiunea monotubulară.

Se va tine seama de faptul că orice curbă de 90º, respectiv 180º a tubului echivalează cu o creştere a lungimii traseului real cu 6 m, respectiv cu 12m.

a)

1-33

b)c)

Fig. 39 Soluţii tipice de instalare a tuburilor radiante într-o hală de 50x20m [218]

În figura 39

sunt prezentate schematic, în vedere de sus, trei variante de amplasare pentru o hală existentă a tubulaturii

radiante monotubulare [218], cu diferite configuraţii: a- liniară monotubulară , b- cu buclă închisă şi c- cu buclă deschisă.In funcţie de poziţia arzătoarelor de gaze combustibile faţă de poziţia tubulaturii de

extracţie a

gazelor de

ardere şi a ventilatorului (exhaustorului) sunt arătate în figura40 cinci scheme de montare

a tuburilor

radiante[184].

1-34

A V

V

V

V

A A

A

A A A A

A

A

A

A

A

A

A

A

V

a)

b)

c)

d)

e)

Fig. 40. Scheme de montare pentru tuburile radiante [184]

Se observă ca schemele de montare a) şi b) din figura 40 sunt aceleaşi cu schemele a) şi b)

din figura 40. Schema b) din figura.40 e tot liniară ca şi schema a) din figura 40 dar utilizează 2

arzătoare. Existenţa pe tubulatură a mai mult de două arzătoare face necesară utilizarea de tubulaturi

ramificate ca în figura 40.d) şi e).

1.4.2. Sisteme de incalzire cu tuburi radiante cu incalzire progresiva cu arzatoare multiple pe parcurs

Principiul de funcţionare

Sistemul radiant TRIATHERM EUROLINE, format din arzătoare de gaz respectiv tuburi radiante, este adecvat pentru încălzirea spaţiilor cu suprafaţa de bază mare şi înălţimi interioare mari de 4-12 m(Fig.41).

1-35

Fig.41. Sisteme de incalzire cu tuburi radiante cu incalzire progresiva cu arzatoare multiple pe parcurs

Sistemul este suspendat în întregime pe structura de acoperiş al încăperii, astfel suprafaţa podelei rămâne liberă. Arzătoarele sunt legate între ele cu tuburi standard cu diametrul exterior de 114,3 mm. Tuburile sunt încălzite la temperatura de 200-500 oC de către gazele arse în sistem. Curgerea produselor arderii prin sistemul de tuburi este posibilă datorită depresiunii create de ventilatorul de evacuare a gazelor arse, amplasat la capătul tubulaturii. Produsele arderii în momentul părăsirii sistemului au temperatura de 100-160 oC. Randamentul sistemului – luând în considerare aportul de aer proaspăt - este de 93%.O ramură poate fi alcătuită din 1-5 bucăţi arzătoare de gaz legate în serie. La capătul fiecărei ramuri înainte de primul arzător este amplasată o diafragmă de reglare a aportului de aer proaspăt. Ramurile se unesc într-un tub colector cu diametrul de 159 sau 219,1 mm, care duce spre ventilatorul de evacuare a gazelor arse. Deasupra tuburilor radiante sunt situate reflectoarele din oţel aluminizat, care dirijează de sus în jos radiaţia emisă de partea superioară a tuburilor, pe întreaga lungime a sistemului. Aerul necesar arderii (aerul preîncălzit care trece prin filtrul amplasat în camera arzătoarelor) şi aerul proaspăt (aer secundar) ajung în sistem din spaţiul încălzit. Datorită celor descrise mai sus, utilizarea sistemului nu este recomandată în medii corozive sau agresive, saturate cu condens, respectiv în aceste cazuri sunt necesare măsurători individuale şi soluţii speciale.

Arzătoarele

Sistemul radiant multiarzător TRIATHERM EUROLINE este prevăzut cu arzătoare tip BRT cu puterea de 20, 30 sau 40 kW (Fig.42). Arzătoarele diferă între ele numai prin diametrul duzelor şi al diafragmelor, respectiv prin valorile reglate a presiunii aerului şi al gazului, necesare funcţionării.

1-36

Cam.arzăt

Presostat Cam.amestec

Ventil electromagn.combinat

reflector

spre ventilator exhaust.

Racord cu flanşă flanşă

Gaze arse de la arzăt. precedent

Racord electric 230 V- de latabloul de comandă

filtru aer (intrare laterală)

Racord gaz 1/2”

Carcasă arzător

Arz.

Electrod aprindere şi supraveghere a arderii

Cutie electronică de comandă şi siguranţă

Fig.42. Secţiune arzător şi cameră de ardere EUROLINE/HARMOLINE tip BRT 20, 30 şi 40 kW

Sistemul Triatherm (Euroline / Harmoline)

Sistemul TRIATHERM este o procedură de încălzire directa, pe bază de gaze, care corespunde prescripţiilor europene (CE) referitoare la funcţionarea sistemelor pe bază de gaz natural sau propan-butan. Sistemul TRIATHERM este adecvat pentru încălzirea spaţiilor cu volum mare de aer (hale de producţie şi săli de sport), produsele arderii sunt cele mai curate dintre toate modurile de încălzire radiante.Sistemul este ansamblul arzătoarelor montate în serie şi/sau în paralel pe o reţea de tubulatură pentru evacuarea produselor arderii, al căror putere utilă poate fi 20, 30 sau 40 kW. Arzătoarele sunt legate între ele cu ajutorul unui tub cu diametrul exterior de 114 mm. Tuburile sunt încălzite la temparatura de 200-500 oC de curgerea gazelor i arse în interiorul sistemului. Ramurile se unesc într-un tub colector cu diametrul de 159 sau 219 mm. Curgerea gazelor prin sistemul de tuburi este posibilă datorită depresiunii create de ventilatorul de aspiraţie, amplasat la capătul tubulaturii. Aerul necesar arderii (aerul preîncălzit care trece prin filtrul amplasat pe arzător) ajunge în sistem din spaţiul încălzit. Utilizarea sistemului nu este recomandată în medii corozive sau agresive, saturate cu condens. În acest caz este nevoie de cameră de ardere închisă, adică de întroducerea aerului necesar arderii şi pentru diluare, din exterior. În acest scop poate fi comandat separat racord pentru introducerea aerului necesar arderii.Puterea de încălzire a unui sistem poate fi între 40 kW - 900 kW.Avantajele prezentate de sistemul TRIATHERM faţă de sistemele de încălzire infra tradiţionale au permis extinderea lor rapidă în Europa de Vest. Sistemul este caracterizat de un randament unic de 93-95 %, mod de funcţionare silenţios, acoperire şi distribuţie de temperatură uniformă. Un alt avantaj mare constituie faptul că necesită utilizarea unui singur ventilator de exhaustare, care poate fi amplasat şi în exterior, deci nu este necesară străpungerea acoprişului.Sistemul TRIATHERM are două variante. Prima este varianta industrială EUROLINE, cealaltă varianta decorativă HARMOLINE, produsă în 11 culori. Proiectarea şi execuţia sistemului TRIATHERM necesită pregătire minuţioasă, precum şi procedură de montare precisă. Reguli de proiectare

Într-o ramură se pot monta n buc. arzătoare identice (exemplu: 2 buc. arzătoare de 40 kW)La capătul fiecărei ramuri se găseşte aşa numitul capăt de ramură, prin care introducem aerul

necesar pentru diluare (aspiraţie de aer secundar)Fiecare ramură este racordată la tubul colector printr-o clapetă de reglaj, a cărei rol este

reglarea presiunii în ramură (setare la punere în funcţiune).

1-37

Fig.43. Soluţii de încălzire cu tuburi radiante cu încălzire progresive cu arzătoare multiple pe parcurs

Numărul maxim de arzătoare dintr-o ramură

Ramură cu arzător de 20 kW



Nr. maxim de arzătoare într-o ramură [buc.]

5 3 2*

1-38

In cazul folosirii de gaz metan tip G25 şi gaz propan-butan tip G31 se pot monta 3 arzătoare într-o ramură cu următoarele condiţii: distanţa dintre primul şi al doilea arzător să fie 20 m ± 3 m, dintre al doilea şi al treilea 20 m ± 3 m, iar dintre al treilea şi clapetă să fie 20 m ± 3 m .

Distanţa dintre arzătoare

Distanţa dintre ultimul arzător din ramură şi clapeta de reglareRamură formată din arzătoare

cu puterea:Distanţa minimă Distanţa maximă

20 kW 5 1030 kW 7 1540 kW 10 20

Observaţie: distanţa dintre ultimul arzător şi clapetă trebuie să fie cât mai mare în scopul protejării clapetei de căldura excesivă.

Înălţimea de montare a sistemului şi suprafaţa de încălzit

Ramură formată din arzătoare cu puterea:

Înălţimea minimă[m]

Înălţimea maximă[m]

20 kW 3,5 630 kW 4,5 840 kW 5 12

Suprafaţa radiată sub ramură = de două ori înălţimea de montareDistanţa dintre capătul ramurii şi perete

Distanţa = 0,35 x (înălţimea de montare) - 0,25 m, care permite radiaţii până la perete.

Distanţa dintre arzătorul cel mai apropiat de ventilator şi ventilator Această distanţă permite optimizarea schimbului de căldură. Produsele rezultate din ardere ce părăsesc sistemul prin ventilator au temperatura cuprinsă între si 130 oC, ce garantează randamentul arderii respectiv evitarea apariţiei condensului. Distanţa medie dintre ultimul arzător al ramurii şi ventilator trebuie să fie conform celor de mai jos (± 2 m).

Nr. arzătoare din ramura cea mai

apropiată de ventilator

Ramură cu arzătoare de 20 kW

[m]


[m]


[m]1 18 20 202 20 23 303 23 30 (30)4 30 ----- -----5 30 ----- -----

Observaţie: Dacă reţeaua necesită lungimi mai mari decât cele prevăzute în tabel, tubulatura colectoare a gazelor arse va fi izolată cu vată minerală astfel încât la racordul ventilatorului de evacuare să se evite formarea condensului

1-39

Determinarea numărului de arzătoare ce pot fi racordate la un ventilator şi a diametrelor tuburilor de

colectare dintr-un sistem

Transport aer la 20 oC [m3/h]Arzător de 20 kW 20Arzător de 30 kW 30Arzător de 40 kW 40

Capăt de ramură cu arzătoare de 20 kW 20Capăt de ramură cu arzătoare de 30 kW 30Capăt de ramură cu arzătoare de 40 kW 40

Tub Transport aer la 20 oC [m3/h]114,3 × 3,6 250159 × 4,5 600219,1 × 6,3 1200

Atenţie! Diametrul tubului colector al gazelor arse nu trebuie să fie întotdeauna egal cu diametrul colectorului de condens.

Ventilator de aspiraţie Transport maxim de aer la 20 oC [m3/h]HR45 360

A 45 cu transport de aer mai mic 720A 45 cu transport de aer mai mare 1200

Sistem Transport aer la 20 oC [m3/h]

Diametru tub de colectare

[mm]

Ventilator de aspiraţie

3 ramuri cu 4 buc. arzătoare de 20 kW 300 159 (168,3) HR 452 ramuri cu 3 buc. arzătoare de 30 kW 240 114,3 HR 453 ramuri cu 2 buc. arzătoare de 40 kW 360 159 (168,3) HR 454 ramuri cu 3 buc. arzătoare de 30 kW 480 159 (168,3) A 455 ramuri cu 2 buc. arzătoare de 40 kW 600 159 (168,3) A 458 ramuri cu 2 buc. arzătoare de 40 kW 960 219 A 45

Tipul ventilatorului de aspiraţie

Puterea ventilatorului de aspiraţie

[Nm3/h]

Diametru racord

element de curăţare [mm]

Diametrul amortizorului

de zgomot[mm]

Diametrul tubului colector

[mm]

HR 45 360 159 (168) 153 114 sau 159 (168)A 45 (putere mică) 720 159 (168) 153 159 (168)A 45 (putere mare) 1200 219 250 219

Distanţe de protecţie

Distanţa minimă până la materiale inflamabile [m]Deasupra reflectorului 0,7

1-40

Sub tub 1,25 Lateral de reflector 0,6 De la capătul ramurii 1

Înclinarea

Tubulatura radiantă trebuie să aibă o pantă de 1 mm/m pentru evacuarea condensului prin punctele de curăţare. Locul punctelor de curăţare: colectorul de condens aflat la baza sistemului, elementul de curăţare al ventilatorului de aspiraţie, elementul de curăţare al amortizorului de zgomot al ventilatorului. Aceste orificii de curăţare trebuie racordate cu ajutorul unui sifon la tuburile destinate evacuării apei de ploaie. Lungimea sifonului să fie minim 450 mm, lungimea tubului pentru evacuarea condensului minim 2 m iar acestea nu vor fi amplasate în spaţii cu pericol de îngheţ. Amplasarea sifonului se va face astfel ca prin acesta să nu fie posibilă reîntoarcerea lichidului în sistemul TRIATHERM.Reglarea

Reglarea sistemului TRIATHERM poate fi efectuată în 1-3 zone.O zonă de reglare = minim 1 ramură şi maxim 1 sistemO zonă = 1 sau 2 sau …. ramură sau întregul sistemDouă sisteme nu pot avea un reglaj comun.Fiecare zonă trebuie să reprezinte cel puţin 1/3 din puterea întregului sistem.Reglajul conţine:

- 1 buc. unitate de comandă şi reglaj / sistem (1, 2 sau 3 zone - 230 V; 50 Hz), încluzând un ceas programabil comun pentru fiecare zonă (setare pe o zi sau pe săptămână) şi o sondă neagră/ zonă;

- 1 buc. cutie de comandă ventilator exhaustare (3×400 V); 50 Hz.

Formarea ramurii cu schimbare de direcţie (cot de 90o) Fig44.

În cazul în care ţinem cont de următoarele distanţe, există posibilitatea ca ramura să nu fie numai liniară:

1-41

A

BR=5d

Fig44.. Formarea ramurii cu schimbare de direcţie (cot de 90o)

Ramură alcătuită din arzătoare cu următoarele puteri

Distanţa minimă dintre cot -arzător (A) [m]

Distanţa minimă dintre arzător-cot (B) [m]

20 kW 2 530 kW 2 540 kW 2 7

Amplasarea clapetei fluture

Clapeta fluture trebuie montată sau sudată pe capătul dinspre ventilator al ramurii, astfel încât racordul de măsurare a presiunii să fie înaintea clapetei fluture, iar mânerul clapetei lateral. Reflectorul să nu fie situat deasupra clapetei fluture!

Fig 45. Amplasarea clapetei fluture

Fixarea tubului de evacuare

1-42

Racord măs. pres.

Clapetă fluture – reglează depresiunea.După reglare, înainte de punere în funcţiune trebuie fixată!

Sensul de înaintare a

Axa clapetei fluture trebuie să fie orizontală!

Ultimul reflector (la capătul ramurii dinspre tubul colector) végén)

produselor arderii

Spre ventilatorul de evacuare

Flanşă şi garnitură

După montare tubul de evacuare (159 sau 219 mm) va fi fixat într-un punct de structura clădirii înaintea elementului de legătură elastic al ventilatorului de evacuare a gazelor arse. (Punctul de fixare al tubului de evacuare să fie independent de suportul ventilatorului).

Fig.46. Fixarea tubului de evacuare

Sistemul de incalzire cu tuburi radiante cu incalzire progresiva cu arzatoare multiple pe parcurs are aplicatii multiple atat pentru spaţii industriale (incălzirea globală sau zonală a atelierelor , incălzirea zonelor de lucru (incălzire locală), depozite, aplicaţii speciale (preîncălzirea utilajelor, motoarelor, etc.), cat si pentru incălzirea spaţiilor cu altă destinaţie (hale de sport, săli de sport, încăperi multifuncţionale (comunale), tribunele acoperite ale stadioanelor, ateliere de instruire, ateliere de reparaţii, rampe de încărcat, incălzirea hangarelor, halelor de montaj ).

Acest sistem poate fi montat atât în clădiri deja existente cât şi în construcţii noi. Prin utilizarea lui se poate obţine o economie de energie de 30-60 % faţă de sistemele de încălzire tradiţionale, iar criteriul de realizare a confortului termic care urmareste realizarea unei temperaturi cat mai uniforme in planul de captare a radiatiei termice se incadreaza in valori optime, cerute de norme.

1.4.3 Încălzirea prin radiaţie cu module de tuburi radiante

Înălţimea minimă de instalare a tuburilor radiante H este stabilită pe baza cerinţei de limitare a fluxului termic maxim asupra capului unei persoane aflate în planul receptor. Alegerea înălţimii de instalare H a modulelor de tuburi radiante este strict legată de dimensiunea pe verticală a spaţiului care urmează a se încălzi[218].

În acest mod, se ţine seama de eventualele limitări pe care le pot aduce elemente ca: poduri rulante, corpuri de iluminat, rafturi înalte, cabluri electrice, etc. Odată aleasă înălţimea de instalare, din tabele se determină distanţa D între tuburile radiante şi pereţii delimitatori, în ipoteza încălzirii totale a spaţiului considerat sau doar a unei anumite zone de lucru.

1-43

Tub evacuare

Tub colector

Punct de fixare

Ventilator

Verificarea puterii instalate, care ţine seama de caracteristicile reale ale izolaţiei clădirii şi ale activităţii desfăşurate de persoanele prezente, se poate face cu ajutorul unui program de calcul.

În figura 47. este exemplificată încălzirea prin radiaţie asupra unor subiecţi umani plasaţi în diferite puncte în raport cu modulele radiante: a) într-o secţiune a încăperii perpendiculară pe axa modulelor şi b) într-o secţiune ce trece prin axa modulelor.

Fig. 47. Încălzirea prin radiaţie cu module de tuburi radiante [218]

A-radiaţie directă + indirectă 50%+50%=100%B- Radiaţie directa=100%C- Radiaţie directa 50%+50%=100%D- Radiaţie directa 30%+70%=100%E- Radiaţie directa = 50% insuficienta

Montajul tuburilor radiante poate fi realizat în paralel sau în serie aşa cum se prezintă în figura 48.

a) Montajul în paralel b) Montajul în serie

1-44

Fig. 48. Montajul în paralel (a) şi în serie (b) al tuburilor radiante [218]

1.4.4 Încălzirea generală şi încălzirea locală cu tuburi radiante

Distribuţia energiei radiante (conul de radiaţie), pentru încălzirea generală respectiv locala a unei incinte cu tuburi radiante de joasă temperatură este prezentată în cele două figuri49 şi 50..

Fig49. Încălzirea generală a incintei cu tub radiant [218] Fig 50. Încălzirea locală a incintei cu tub radiant [218]

1.4.5 Distribuţia fluxului radiant, variaţia temperaturii peretelui tubului radiant şi câmpul de temperaturi în planul de captare a radiaţiei termice

După cum se vede în figurile de mai jos, constructorii de tuburi radiante, în urma studiilor şi măsurărilor realizate pe diferite tipuri de tuburi radiante, au realizat termograme care prezintă repartiţia fluxului radiant în incinta încălzită , variaţia temperaturii pe suprafaţa exterioară în lungul tubului radiant precum şi distribuţia câmpului de temperaturi în planul de captare al radiaţiei termice.

1-45

Fig. 51 Distribuţia spaţială a fluxului radiant incident [213]

În figura 51 se prezintă modul de transfer termic dintre tubul radiant (radiaţie şi convecţie) şi suprafaţa de captare a radiaţiei termice. Sunt puse în evidenţă fluxul radiant incident şi cel reflectat, conul de radiaţie al tubului radiant şi zona de radiaţie în planul receptor. Din figură se observă dirijarea fluxului radiant spre zona ocupanţilor incintei încălzite.

Fig. 52. Variaţia temperaturilor în planul de captare a radiaţiei, în lungul tubului radiant [213]

In planul receptor, în lungul tubului radiant, este prezentată distribuţia temperaturilor, pe o zona având dimensiunile 600x145 cm (Fig. 52.). În planul de captare a radiaţiei , în zona aflată sub arzător temperaturile sunt mai ridicate ele scăzând constant spre zona aflată sub exhaustorul tubului radiant.

1-46

Fig. 53.Câmpul de temperaturi pe planul de captare a radiaţiei termice [213]

1-47

l[m]

l[m]

l [m]

l [m]

În figura 53. se prezintă câmpul de temperaturi în planul de captare a radiaţiei termice pentru cazul sistemului liniar de încălzire, cât şi pentru cazul tuburilor radiante singulare.

În planul receptor, pe linia proiecţiei tubului radiant pe acest plan , temperaturile sunt maxime, ele scăzând spre marginea planului receptor, deoarece intensitatea de radiaţie este afectată de cosinusul unghiului făcut de radiaţia incidentă cu normala la planul receptor. De asemenea observăm că, în cazul sistemului liniar de încălzire, câmpul de temperaturi este mai uniform faţă de cazul tuburilor radiante singulare.

1.5 BAZELE TRANSFERULUI DE CĂLDURĂ PRIN RADIAŢIE

1.5.1 Consideraţii privind natura radiaţiei termice şi mecanismul transferului de căldură prin radiaţie

Radiaţia termică este un transfer de energie având ca suport material undele electromagnetice cu lungimi de undă situate între 0,1 şi 100 , ce cuprind raze din spectrul infraroşu, vizibil şi parţial ultraviolet. [122]

Fig.54. Unda electromagnetică [122]

Radiaţia reprezintă totalitatea schimburilor de energie care se realizează, prin unde electromagnetice ,între corpuri aflate la distanţă. Toate corpurile cu o temperatură superioară lui T=0 K emit în mod continuu energie sub formă de radiaţii. Corpurile pot fi separate prin spaţii cu vid sau de orice mediu suficient de transparent faţă de undele electromagnetice.[129]Emisia, respectiv absorbţia de radiaţii se face prin cuante discrete de energie şi impuls, denumite fotoni. Fotonul este o undă electromagnetică care determină aspectul corpuscular al câmpului electromagnetic. Energia câmpului electromagnetic, E, constă din cuante de energie h .O cuantă ε este energia unui foton , h este constanta lui Plank, iar frecvenţa oscilaţiilor, avem ε=h .

Toate tipurile de radiaţie electromagnetică au aceeaşi natură, diferenţiindu-se numai prin lungimea de undă, şi formează împreuna spectrul undelor electromagnetice (fig. 55).

1-48

Fig. 55. Spectrul undelor electromagnetice. [93]

Radiaţia termică este emisă de un corp datorită energiei sale termice şi se realizează prin transformarea energiei interne în energie a undelor electromagnetice. Radiaţia termică ocupă, în spectrul radiaţiei electromagnetice, domeniul de lungimi de undă cuprins între 0,1 şi 100 ; între 0,4 şi 0,8 se afla radiaţia perceptibila cu ochiul (spectrul vizibil).[56;99;129;149]

Se ştie, după Maxwell, că şi radiaţia termică, la fel ca şi radiaţia luminoasă, este tot de natură electromagnetică. Mai mult chiar radiaţia luminoasă (vezi figura41), constituie numai partea vizibilă,- relativ mică ca extindere a domeniului valorilor lui λ, a radiaţiei termice . Se constată ca atât partea vizibilă a radiaţiei termice , radiaţia luminoasă, cât şi ansamblul radiaţiei termice se supun aceloraşi legi, nu numai ale radiaţiei termice, ci şi celor ale opticii geometrice[93;112;129;178]. Între lungimea de undă λ şi frecvenţa oscilaţiei , avem relaţia λ=c/ , unde c=2.998*108 este viteza luminii în vid.Astfel :- radiaţia termică se reflectă, se refractă şi se propagă la fel ca radiaţia luminoasă;- radiaţia termică se supune aceloraşi legi ale opticii geometrice, inclusiv legilor lui Lambert;- radiaţia termică se propagă în linie dreaptă într-un mediu omogen şi izotrop.

După un şir de absorbţii, energia radiantă se distribuie total între corpuri, realizându-se astfel un schimb de căldură prin radiaţie termică.

1-49

Fig.56. Bilanţul energetic al fluxurilor de radiaţie

În figura 56 este arătat bilanţul energetic al fluxurilor de radiaţie. Din fluxul radiaţiei incidente Ei, o parte este reflectată, Er, alta parte trece prin suprafaţa Ed şi cealaltă parte este absorbită de suprafaţa de recepţie şi transformată în căldură, Ea.

Legile radiaţiei termice a corpului negru sunt:

1.5.2 Legea lui PLANCK

Este legea fundamentală a radiaţiei şi stabileşte legătura între intensitatea radiaţiei monocromatice a corpului negru (I0), lungimea de undă şi temperatura sa absolută[129]:

I0 = ; [W/m3]

[3]în care

c1=prima constantă a radiaţiei: c1=2c2h=3,741410-16W/m2; c= viteza luminii în vid: c=2,9979108m/s h= constanta lui PLANCK: h=6,625*10-34Js;=lungimea de undă, [m];T= temperatura termodinamică, [k]

c2=a doua constantă a radiaţiei; c2= =1,43810-2mk

k= constanta lui Boltzmann; k=1,380510-23J/kPentru lungimi de undă mari (), rezultă:

I0= T-4; [W/m3]; -Legea Rayleigh-Jeans, [4]

Pentru lungimi de undă mici ():

I0=c1-5e ; [W/m3]; Legea lui Wien. [5]

Reprezentarea relaţiei lui Planck în raport cu şi T se face conform figurii57.

1-50

Ed

Er

Ei

Ea

Fig. 57. Variaţia

emitanţei energetice

monocromatice a corpului negru, la diverse temperaturi (Planck) [129]

Aria delimitată de axa abscisei, izoterme şi ordonatele şi d (haşurată) de măsura cantităţii elementare de energie dE0,T emisă de unitatea de suprafaţă în unitatea de timp, la temperatura T, în intervalul de lungime de undă d:

dE0,T = I0d [6]

En= [7]

En= energia totală (pe toate lungimile de undă) emisă de corpul negru.

1.5.3 Legile lui WIEN

a) Legea deplasării a lui WIEN dă relaţia dintre lungimea de undă corespunzătoare intensităţii maxime de radiaţie a corpului negru, max(T) şi temperatura de radiaţie (izoterma spectrală (T):[93;129]

max(T)T=2,89810-3; [mK]. [8]

Poziţia lui max(T) se găseşte din ecuaţia =10 [9]

Observaţii:1. max(T) variază invers proporţional cu T;2. Daca T creste, maximul intensităţii de radiaţie se deplasează către valorile mici ale lui 3.Daca T scade, maximul intensităţii de radiaţie se deplasează spre valorile mari ale lui .

Prin încălzire I creste, în timp ce scade.b) Legea a 2-a a lui WIEN stabileşte valoarea lui Eomax, în funcţie de temperatură[100]:

1-51

600K

1000K

1200K

1400K

0 2 4 6 8 10

5

10

15

20

25

30

35

800K

dλ

Io[w/m3]

[m]

Eomax= 1,27810-11T5; [W/m2] [10] Deplasarea lui max spre lungimi de undă mai mici, la creşterea temperaturii ,explică aspectul unui corp în timpul încălzirii sale: la început corpul emite radiaţii în domeniul infraroşu (invizibil), culoarea lui rămânând neschimbată; apoi devine roşu, pe măsură ce spectrul sau de emisie intră în domeniul vizibil; pentru o temperatură suficient de ridicată ,spectrul de emisie al corpului acoperă întregul domeniu vizibil, ceea ce corespunde unei emisii de lumină albă.

1.5.4 Legea STEFAN-BOLTZMANN

Stabileşte, folosind legea lui PLANCK, dependenţa de temperatura T a puterii totale de emisie a corpului negru Eo. [56;61;93;129]Emisivitatea totală se obţine integrând intensitatea de radiaţie Io pe întreg domeniul spectrului de radiaţie:

Eo= Iod= [11]

Notând c2/T= Z, rezultă = şi d=

Io= ; [12]

Eo= ; [13]

Eo= [14]

Se poate arata că : [W/m2] [15]

Rezultă : Eo=C1/C4C3T4 [16] Eo= T4 [17]

= 5,67 10-8 W/m2 este constanta Stephan-Boltzmann pentru corpul negru;Co= 5,67, rezultă =Co10-8* W/m2K4;

Co= coeficient de radiaţie al corpului negru;Eo= T4= Co10-8T4= Co (T/100)4 pentru corpul negru;Co= 5,67 W/m2K4;

E= Co (T/100)4 pentru corpul cenuşiu; = factor energetic de emisie al corpului cenuşiu:

= ; = ;

= 0…1.

1.5.5Legile lui KIRCHOFF:

1-52

a) Legea I a lui KIRCHOFF:1. Puterea totală de emisie a unui corp aflat într-o incintă adiabată având aceeaşi temperatură

T nu depinde de natura corpului, ci numai de proprietăţile incintei; [61;93]2. Orice corp absoarbe energie radiantă pe aceeaşi lungime de undă pe care şi emite.

b) Legea II a lui KIRCHOFF stabileşte legătura dintre proprietăţile emisive şi absorbante ale unui corp: “raportul dintre puterea de emisie a suprafeţei unui corp cenuşiu, E şi factorul de absorbţie al acesteia, A este egal cu puterea de emisie a corpului negru, Eo: [59;93;100;129;178]

= Eo; [W/m2] [18]

Pentru mai multe corpuri:

= =…= =Eo(T)= oT4 [19]

Ao= 1 reprezintă coeficient de absorbţie al corpului negruConsiderăm schimbul termic radiativ între două suprafeţe, dintre care una neagră cu temperatura To, cealaltă cenuşie cu factorul de absorbţie A şi temperatura T (fig. 58).

Corp cenuşiu Corp negru

T To

E

Eo

AEo

(1-A)Eo

A1 Ao=1

Fig.58. Demonstrarea Legii a II-a a radiaţiei a lui KIRCHHOFF [93]

Bilanţul energiei primite şi cedate este următorul:a) Pentru peretele negru: q12= E-(1-A) Eo –Eo= E-AEo;b) Pentru peretele cenuşiu; q12= E-AEoT =To; q12=0 (sistem termodinamic în echilibru);

rezulta : E=AEo sau = Eo= f(T). [20]

Legile optice ale radiaţiei termice sunt:

1.5.6 Legile lui LAMBERT

1-53

a) Legea I a lui Lambert: “Emisivitatea într-o direcţie oarecare E este direct proporţională cu emisivitatea în direcţia normalei, En şi cu cosinusul unghiului dintre direcţia respectivă şi direcţia normală”:

En E

E= En cos ; [W/m2] [21]

Fig. 59. Radiaţia energiei termice în direcţia [129]

0

b) Legea II a lui Lambert: “ Emisivitatea după o direcţie oarecare într-un unghi solid d este direct proporţională cu cosinusul unghiului făcut de direcţia dată cu normala şi cu mărimea unghiului solid d”. [56;61;94;103;129;138;180]Expresia matematică a Legii II a lui Lambert este:

dE ,Sd= d2E ,S=Encos1dS1d. [22]Mărimea unghiului solid d se determină în coordonate sferice, conform figurii 60.

Fig.60.Determinarea unghiului solid în coordonate sferice [103]

Emisivitatea difuză (totală) dîntr-o semisferă este de ori mai mare ca emisivitatea En în direcţia normalei pe unitatea de unghi solid:

E= En [23]

1-54

x

z

dS2

r'

O

ψ

D ψ

φ

dφ

Altă formă a Legii II a lui Lambert este:d2E ,Z,= En cos1 dS1dS2(cos2/R2) [24]d2E12= E1(cos1cos2dS1dS2/R2) [25]d2E21= E2(cos1cos2dS1dS2/R2) [26]

unde:d2E12= puterea de emisie elementară când e vorba de emisia suprafeţei 1 spre suprafaţa 2.

1.5.7 Legea variaţiei intensităţii de iradiere cu distanţa:

Enunţ:” Când distanţa între suprafaţa receptoare şi suprafaţa radiantă, care emite radiaţiile termice (h) variază, intensitatea de iradiere (qi) variază invers proporţional cu pătratul acestei distante: [99]

qi1/qi2 = h22/h1

2 [27] în care:

qi [W/m2]= intensitatea de iradiere definită ca fiind cantitatea de energie termică primită în unitatea de timp de o unitate de suprafaţă a unui corp care se află sub acţiunea radiaţiei termice emise de o sursa radiantă;

qi1 = intensitatea de iradiere [W/m2], când suprafaţa se află la distanţa h1 [m] de sursa care emite radiaţiile termice;

qi2 = intensitatea de iradiere a suprafeţei, când aceasta se află la o distanţă h2 de sursa care emite radiaţiile termice.1.5.8 Considerente termofiziologice privind acţiunea radiaţiilor termice asupra organismului uman

Organul senzorial prin care omul percepe căldura sau frigul este pielea. Pe toată suprafaţa pielii exista intercalate, între ele ,aşa-numitele puncte reci şi puncte calde. Numărul total al punctelor reci (cca 250.000) este mult mai mare decât cel al punctelor calde (cca 30.000); de aceea, în mărime biologică, receptivitatea omului la rece este sensibil mai mare decât cea la cald. Intensitatea senzaţiei de cald sau de rece depinde de intensitatea excitaţiei termice, de viteza de variaţie a acestei excitaţii, durata ei, precum şi de regiunea de pe corp asupra căreia acţionează. Prîntre cauzele exterioare care produc excitarea termică locală sau generală a pielii, dând naştere la senzaţii de cald sau de rece se numără şi schimburile calorice prin radiaţie termică intervenite între piele şi diferite suprafeţe cu temperaturi diferite de cea a pielii. [3;41]Cazul în care asupra omului acţionează radiaţia termică emisă de o suprafaţă sau de alta sursă cu temperatura mai ridicată decât temperatura pielii:

Fenomenul care dă naştere senzaţiei de cald se produce în felul următor: o mică parte din razele incidente, acelea cu lungimi de undă sub 0,7 şi 1,4 , pătrund mult în ţesuturile mai adânci (pâna la 10mm adâncime şi peste) acţionând asupra ţesutului subcutanat, a vaselor de sânge, glandelor, etc.. Razele infraroşii cu lungimi de undă mai mari (între 1,4 şi 800 ), emise de majoritatea corpurilor calde, neincandescente, sunt absorbite de epidermă, iar energia lor radiantă se transformă în căldură, încălzind acest strat superficial al pielii. [41;79]Intensitatea senzaţiei de cald depinde de foarte mulţi factori, ca de exemplu:

-diferenţa de temperatură între cea a suprafeţei calde şi cea a pielii;-temperatura aerului înconjurător;-temperatura celorlalte suprafeţe înconjurătoare;-mărimea, forma, poziţia şi distanţa suprafeţei calde faţă de corpul uman;-starea termică internă a omului;-durata fenomenului;

1-55

Cazul în care asupra omului acţionează radiaţia termică emisă de o sursă cu temperatură mai scăzută decât temperatura pielii:

În acest caz pielea cedează o parte din căldura ei, prin intermediul razelor infraroşii, către suprafaţa mai rece, care absoarbe aceste radiaţii, emise de piele, fenomen cunoscut şi sub denumirea de “radiaţie rece”. Radiaţiile infraroşii emise de piele produc senzaţia de rece. Intensitatea senzaţiei de rece în acest caz depinde, în principiu, de aceeaşi factori care au fost arătaţi în cazul precedent, când radiaţiile infraroşii emise de o suprafaţă caldă produc senzaţia de cald. [41]Acţiunea radiaţiilor termice asupra organismului uman produce următoarele efecte: activează glandele sudoripare, stimulează activitatea nervoasă a pielii, mărind sensibilitatea pielii, fie calmând durerile, produc vasodilataţie, intensifică schimbul între celule; pătrunse în ţesături ele se transformă în căldură, ceea ce are ca efect ridicarea locală a temperaturii.Când temperatura aerului din incintă este mai coborâtă decât temperatura pielii, atunci corpul omenesc cedează din căldura sa, iar când temperatura aerului este mai ridicată, corpul omenesc primeşte căldură de la aer prin convecţie.

1.5.9 Fluxul termic schimbat prin radiaţie între om şi suprafeţele înconjurătoare ale incintei

Diferitele părţi ale corpului unui om ,aflat în interiorul unei încăperi, schimbă diferite cantităţi de căldură cu suprafeţele înconjurătoare, dacă temperaturile acestor suprafeţe diferă de temperatura suprafeţei omului. Transmiterea energiei calorice într-un sens sau celalalt, se face prin unde calorice (infraroşii) din spectrul undelor electromagnetice. Pentru distanţele uzuale dintre suprafeţele de schimb de căldură prin radiaţie, aerul pur este complet transparent pentru razele calorice şi nu retine nimic din energia calorică care-l străbate. Prezenţa umidităţii şi a gazelor, ca CO2, şi SO2 reţin o parte din energia radiantă, în funcţie de grosimea stratului de aer cu conţinut în aceste gaze străbătut de energia transmisă prin radiaţie. [41;175]Formula de calcul, în cazul schimbului de căldură prin radiaţie de la suprafaţa omului spre o sursă oarecare din incintă, este următoarea:

[28]

unde:- - factorul de formă în cazul schimbului de căldură prin radiaţie, considerat de la suprafaţa omului Fom spre o suprafaţă oarecare S; - - coeficientul de transfer termic prin radiaţie:

; [W/m2 x K4] [29]

-c – coeficientul de radiaţie al celor două suprafeţe între care se produce schimbul de căldură prin radiaţie;[W];-tom – temperatura suprafeţei omului;[0C];-ts – temperatura suprafeţei s;[0C];

- - coeficientul de absorbţie a radiaţiilor termice care traversează startul de aer cu conţinut în H2O şi CO2.

1.5.10 Bilanţul radiaţiei efective şi rezultante

1-56

O parte din energia de radiaţie incidenta Ei pe suprafaţa unui corp solid, aflat în interacţiune energetică cu corpurile vecine este absorbită: EA =AEi, iar alta este reflectată ER= REI= (1-A)EI. (fig.61)

a b

E Eef

Eabs E

qrez qrez

Fig.61.Bilanţul radiaţiei efective [180]

Suma dintre energia de radiaţie proprie şi cea reflectată se numeşte radiaţia efectivă :Eef = Ep+ER= Ep+(1-A)Ei [30]

Diferenţa dintre fluxul radiant primit de corp şi fluxul radiant absorbit se numeşte fluxul radiaţiei rezultante:

qrez=Ep-EA= Ep-AEi sau :qrez=Eef-Ei [31]

Combinând aceste relaţii, rezultă:

Eef= qrez +Ei; Ei= [32]

deci:

Eef= qrez(1- )+ [33]

Pentru corpul negru absolut: A=1 şi Eef= Ep= Eo. Radiaţia efectivă sau rezultantă nu depinde numai de proprietăţile fizice ale corpului şi de

temperatura sa, ci şi de proprietăţile fizice, temperatura şi spectrul de radiaţie al corpurilor vecine. In particular, radiaţia efectivă sau rezultantă depinde de forma, dimensiunile şi poziţia

relativa a corpurilor în spaţiu.

1.5.11 Coeficientul de absorbţie al radiaţiilor termice (A)

1-57

Corpurile cenuşii absorb o parte din radiaţiile care cad pe suprafaţa lor. Procentul de radiaţii absorbite este dat de coeficientul de absorbţie al radiaţiilor termice numit şi factor energetic de absorbţie. [129;145]

Relaţia = =A, exprimă faptul că acest coeficient de absorbţie A este egal, în regim staţionar, cu

coeficientul de emisie al radiaţiilor termice () denumit şi indice de negru.Absorbţia radiaţiilor depinde de natura corpului şi de gradul de prelucrare a suprafeţelor. Astfel, suprafeţele rugoase permit absorbţia unei cantităţi mai mari de radiaţii termice prin fenomenul reflexiilor repetate însoţite de absorbţii repetate (fig. 62.)

Fig. 62. Absorbţiile repetate datorita rugozitatatii suprafeţelor. [145]

Sursa

Radiaţia incidentă

Radiaţia difuza

dS

Fig.63. Radiaţia difuză a corpurilor rugoase [138]

Suprafeţele rugoase (mate) reflectă difuz (de exemplu un perete din cărămidă), în timp ce suprafeţele lucii (oglinzile) reflectă direcţionat. în ambele cazuri, însă, se respectă legile reflexiei.Comportarea la radiaţii termice a unor materiale de construcţii în funcţie de temperatura şi gradul de prelucrare a suprafeţelor este prezentată în Tabelul nr.1.1, în care se dă valoarea coeficientului de absorbţie a radiaţiilor termice, A.

Tabel nr. 1.1. Valorile coeficienţilor de absorbţie A, a radiaţiilor termice, în funcţie de temperatura şi de natura materialului

1-58

Materialul T, [K] ATencuială de var cu asperităţi 283..363 0,91Cărămidă de şamotă smălţuită 1373 0,85Cărămidă roşie cu asperităţi 293 0,93Gips 293 0,80…0,90Porţelan smăltuit 295 0,92Sticla netedă 295 0,94Azbest 297 0,96Lemn de construcţie 293 0,85Aluminiu lustruit 523…823 0,039…0,057Aluminiu rugos 298 0,055Lac de radiatoare 293…373 0,96…0,98Vopsea neagră 313…373 0,96…0,98Apă 273…373 0,95…0,96Hârtie 293 0,93Vopsele în ulei, diferite culori 373 0,92…0,96Email alb pe fier 292 0,90

Concluzie: În construcţii pentru a obţine un coeficient ridicat de reflexie a radiaţiilor termice, pereţii trebuie sa fie tencuiţi cu o tencuială fină şi vopsiţi în alb. Suprafaţa lor trebuie sa fie cât mai netedă pentru a micşora coeficientul de absorbţie.Pentru acelaşi material de construcţie, calitatea suprafeţei influenţează coeficientul de absorbţie.

1.5.12 Studiul transferului de căldură prin radiaţie între corpuri solide separate prin medii transparente. Ipoteze simplificatoare.

Transferul de căldură prin radiaţie între corpurile solide separate prin medii transparente reprezintă un proces complex de reflexii şi absorbţii repetate şi atenuate, proces determinat de: temperaturile, proprietăţile radiative, geometria şi poziţia reciproca a suprafeţelor .

Ipotezele simplificatoare adoptate sunt următoarele:a) Suprafeţele sistemului studiat alcătuiesc o incintă (spaţiu) închisă. Un sistem format din

mai multe suprafeţe poate fi întotdeauna considerat cu aproximaţie ca incintă închisă, dacă în spatiile libere dintre suprafeţele reale se consideră suprafeţe fictive negre cu temperatura uniformă şi egală cu cea a mediului ambiant;

b) Suprafeţele sunt izoterme şi caracterizate printr-o distribuţie uniformă radiaţiei ;c) Suprafeţele aparţin unor corpuri opace şi sunt cenuşii-difuze (au proprietăţi radiative

independente de lungimea de undă şi direcţie);d) Suprafeţele sunt separate prin medii transparente la radiaţii (diaterme).

În aplicaţiile tehnice, acesta este un caz frecvent, deoarece aerul şi gazele mono sau biatomice sunt practic transparente la radiaţii.

1.5.13 Transfer de căldură prin radiaţie între corpuri cu suprafeţe plane, paralele şi infinite

1-59

fun pc, 03.01.-1,

sau rugozitatii?

Este cazul transferului între două corpuri atermane (opace) a căror suprafeţe plan paralele având temperaturile T1, T2 şi coeficienţii de emisie 1, 2 şi ariile A1, A2 radiază una spre cealaltă (fig. 164.)

Fig. 64. Schimbul de căldură prin radiaţie termică între două suprafeţe plane paralele. [129]

Radiaţia termică primită de către fiecare suprafaţă este doar parţial absorbită, restul fiind reflectată. Schimbul radiant de energie rezultă ca efect al unor nenumărate reflexii şi absorbţii, a radiaţiei între cele două suprafeţe. Astfel un punct de pe suprafaţa 1 emite energia radiantă E 1, din care suprafaţa 2 absoarbe 2E1, reflectă (1-2)E1, care cade din nou pe suprafaţa 1 unde se absoarbe 1 (1-2) E1 şi se reflectă (1-1) (1-2) E1, s.a.m.d. [129;140] Similar se va comporta şi un punct oarecare de pe suprafaţa 2.Emisia totală sau luminozitatea L a unei suprafeţe e formată din emisia proprie, cât şi din emisia reflectată, provenită din radiaţia celeilalte suprafeţe 1. De exemplu, pentru suprafaţa 1:

L1=E1+ (1-1) L2 : [W/m2] [34]unde:

(1-1) L2 –partea din emisia totală a corpului cu suprafaţa A2 pe care o reflecta suprafaţa A1

In mod similar, pentru suprafaţa A2:

L2=E2+(1-ε2)L1 [35]

Rezolvând sistemul creat, găsim valorile emisiilor efective ale suprafeţelor 1 şi 2:

L1= [36]

L2= [37]

1-60

L1 L2

Q12

1*E2 1*E1

E1 E2

T2 T1

1 2

(1-1)* E2

(1-2) *E1

(1-1)* (1-2)*E1

1 2

T1>T2

Fluxul de căldură schimbat va fi egal cu diferenţa celor doua luminozităţi (emisii efective):q12= L1-L2 ; [W/m2]

q12= ;[W/m2] [38]

unde conform legii Stefan-Boltzmann pentru corpuri cenuşii, avem:

E1=1Co( )4 [39]

E2= 2Co( )4 [40]

Rezulta:

= Co[ ( )4- ( )4] [41]

Notând 12= coeficientul mediu de emisie reciprocă a celor două suprafeţe

Rezultă:

q12=12Co[( )4- ( )4] [W/m2] [42]

Relaţia [42] este expresia finală de calcul a fluxului unitar q12 schimbat prin radiaţie între două suprafeţe plane şi paralele.

1.5.14 Transfer radiant între suprafeţe exterioare de forma oarecare

Cazul cel mai simplu, din dunct de vedere geometric, de transfer termic radiant e dat de suprafeţele plane şi paralele cu temperaturi uniforme pe suprafeţe (dar diferite între acestea). [56;100;129]Se iau două corpuri de formă oarecare, caracterizate de următoarele mărimi fizice:

-S1, S2= suprafeţele celor două corpuri;-T1, T2= temperaturile absolute ale suprafeţelor celor două corpuri;-1, 2= coeficienţii de emisie ai celor două corpuri;-dS1, dS2= ariile elementare plasate pe suprafeţele ce schimbă căldură prin radiaţie (fig. 65.).

n1

1-61

2

n2

R

dS2

d

1

dS1

Fig.65. Schimb termic radiant între două suprafeţe oarecare [129]

Radiaţia termică emisă de dS1, pe baza Legii II a lui Lambert, se scrie:d2E12= E1 (cos 1 cos2dS1dS2/R2) [43]

sau

d2E12= 1Co ( )4(cos 1 cos2dS1dS2/R2) [44]

în care:1,2 = unghiurile dintre normalele la suprafeţe şi raza R ce uneşte centrele celor două

suprafeţe.Radiaţia emisă dS2 şi care ajunge pe dS1:

d2E21= 1Co ( )4(cos 1 cos2dS1dS2/R2) [45]

Căldură schimbată prin radiaţie de ariile elementare dS1 şi dS2 este egală cu diferenţa dintre căldurile absorbite de cele două suprafeţe:

d2q12= 2d2E12-1d2E21 [46]

d2q12=12Co[( )4- ( )4] (cos 1 cos2dS1dS2/R2) [47]

Integrând, rezulta:

q12=12Co[( )4- ( )4] cos 1 cos2dS1dS2/R2; [48]

unde:

12= cos 1 cos2dS1dS2/R2; [49]

12= coeficient de iradiere reciprocă. Problema principală a determinării schimbului de căldură radiant constă în acest caz în scrierea şi rezolvarea integralei duble. Trebuie determinate unghiurile 1, 2, distanţa R dintre centrele de greutate ale suprafeţelor şi mărimile suprafeţelor S1 şi S2.

1.5.15 Observaţii generale privind determinarea coeficientului de iradiere reciprocă

Problema determinării schimbului de căldură radiant se reduce la rezolvarea integralei duble, care defineşte coeficientul de iradiere reciprocă:

1-62

[50]

Pentru aceasta trebuie determinate unghiurile 12, distanta R dintre centrele de greutate ale suprafeţelor şi mărimile suprafeţelor 1 şi 2.

Coeficientul 12 este o caracteristică geometrică şi depinde de dimensiunile , formă şi dispunerea corpurilor în spaţiu. De aceea, definirea şi determinarea lui 12 este de natura pur geometrică şi este independentă de faptul că suprafeţele ce schimbă căldură prin radiaţie termică aparţin unor corpuri negre sau cenuşii, 12 este definit ca fiind:

a) coeficient unghiular de radiaţie termică reciprocă, dacă suprafeţele aparţin unor corpuri negre;

b) coeficient unghiular mediu de radiaţie termică reciprocă, dacă suprafeţele aparţin unor corpuri cenuşii

În literatura de specialitate coeficientul 12 se mai întâlneşte şi sub alte denumiri ca: factor de formă, factor geometric de configurare, factor de vedere, coeficient de radiaţie reciprocă, etc.Relaţia:

; 12= 0…1, [51]

exprimă sensul fizic al coeficientului unghiular mediu de radiaţie termică reciprocă şi anume că el este fluxul termic transmis prin radiaţie de suprafaţa S1 şi interceptat de suprafaţa S2 raportat la

fluxul termic transmis prin radiaţie de suprafaţa S1 în toate direcţiile: 12= ; 21= .

Proprietăţile principale ale coeficientului unghiular mediu de radiaţie termică reciprocă sunt:a) Reciprocitatea :

Întrucât are aceeaşi valoare absolută cu , rezultă S112=S221 sau S12=S21, deoarece

S112=S12, care reprezintă suprafaţa medie de radiaţie termică reciprocă.Sub formă diferenţială, coeficienţii unghiulari medii de radiaţie termică reciprocă au expresiile:

; [52]

b) Aditivitatea; Dacă una din suprafeţe, de exemplu S2, se compune din componente:S2n= S21+S22+S23+…+S2n

rezultă 12 dintre S1 şi S2 : 12= ; [53]

unde:12i= coeficientul unghiular mediu de radiaţie termică reciprocă dintre suprafaţa S1 şi

componenta i din suprafaţa S2.c) Închiderea fluxurilor termice de radiaţie

Aceasta proprietate se referă la cavităţi a căror contururi sunt formate din n suprafeţe (fig.66.)Sn (concavă).

Sn-1……S7

S6 (convexa)

1-63

S1 S5

S2 S4

S3 Fig.66. Cavitatea formată din n suprafeţe

Suma coeficienţilor medii de radiaţie termică reciprocă a uneia din suprafeţe în raport cu celelalte este egala cu 1. De exemplu pentru suprafaţa 1 se obţine:

1=11+ 12+ 13+ …+ 1n; [54]unde:

11, 12 ,13 … 1n = coeficienţi medii de radiaţie termică reciprocă dintre suprafaţa S1 şi celelalte suprafeţe 2,3,…,n.Se obţin astfel, pe conturul ce mărgineşte cavitatea respectivă, n ecuaţii de forma:

; i= 1, 2, 3,…n. [55]

Aceste observaţii generale, rezultate chiar din calculele coeficienţilor de radiaţie reciprocă, permit numai verificarea valorilor obţinute ale coeficienţilor de radiaţie reciprocă. Calculul efectiv al coeficienţilor de radiaţie reciprocă necesită descrierea corectă din punct de vedere geometric şi al transferului radiant a unui sistem descris complex, ca şi utilizarea unei metode de calcul adecvate.

1.5.16 Metodele de determinare a coeficientului unghiular mediu de radiaţie termică reciprocă

Pentru determinarea coeficientului unghiular mediu de radiaţie termică reciprocă se folosesc următoarele metode: [80;184]

Metoda analitică, care e bazată pe integrarea ecuaţiilor de definire a coeficienţilor unghiulari de radiaţie;

Metode grafo-analitice, care înlocuiesc operaţia de integrare printr-o proiecţie grafică şi sunt:

- metoda de proiecţie NUSSELT; - metoda elementelor de frontiera;

Metode numerice, care sunt:- metoda semisferei;- metoda semicubului;

Metoda algebrică POLEAK, care se bazează pe proprietăţile geometrice ale fluxurilor radiante de reciprocitate şi închidere;

Metoda secţiunii transversale (crossed-strings), care se foloseşte pentru configuraţii complicate ale suprafeţelor care au contururi curbe oarecare şi care au în lungul lor aceeaşi secţiune transversală;

Metoda sferei închise, care se poate aplica acelor configuraţii geometrice care se pot înscrie unei suprafeţe sferice;

Metoda zonală, potrivit căreia cavitatea mărginită de suprafeţele ce schimbă căldură prin radiaţie este divizată într-un număr finit de volume izoterme, respectiv de suprafeţe de arii izoterme.

1.5.17 Transferul radiant în medii absorbante

1-64

1.5.17.1 Emisia şi absorbţia gazelorGazele sunt corpuri selective, absorbind şi emiţând radiaţii numai pe anumite benzi de lungimi de undă, al căror număr este limitat. [27;34;56;64;93;103;115;129;178;184;192] (fig53).Intensitatea radiaţiei emisă de suprafaţa unui perete radiant la o lungime de undă cuprinsă în banda spectrală a gazului mex, datorită mediului gazos absorbant, va avea o valoare mai scăzuta la distanta x de perete, mex(fig. 67).

mex= meo [56]

unde:

k= coeficientul de absorbţie în adâncimea stratului gazos, exprimat în [m-1]; depinde de temperatura gazului.

Fig. 67 Emisia de radiaţii în banda spectrală[56] Fig.68. Absorbţia radiaţiei într-un strat de gaze

[184]

Radiaţia gazelor este influenţată de volumul gazului ; lungimea reală a radiaţiilor se reduce la cea corespunzătoare unei emisfere, lungimea medie echivalentă este determinată cu relaţia:

L= , [57]

iar factorul energetic de absorbţie definit că raportul dintre energia radiantă absorbită şi radiaţia incidenţă şi se calculează cu relaţia:

a= 1- = 1- eL [58]

Factorul energetic de absorbţie este o mărime variabilă în limite largi, de la transparentă până la o comportare similară cu cea a corpului negru.Dacă mediul gazos este el însuşi un emiţător de radiaţii de lungime de undă , scăderea intensităţii radiaţiei incidente se datorează fracţiunii din aceasta, absorbită de stratul de gaz de grosime dx, căreia i se adaugă, însă, intensitatea radiaţiei proprii a mediului gazos. Variaţia finită a intensităţii radiaţiei va fi:

mex = meo + ; [W/m3] [59]

unde:meg = intensitatea radiaţiei corpului negru la temperatura gazului ;dx’ = grosimea elementului de gaz.

1-65

x dx

(mexd

(mex

(meo

me

meΔo meΔx

meΔ

0

Puterea emisivă a suprafeţelor care cuprind mediul gazos este determinată de proprietăţile peretelui, de emisivitatea (,p) şi rezistivitatea (p) acestuia, care, precizează fracţiunea din intensitatea radiaţiei altor corpuri asupra peretelui mein:

meo = p moep+pmein; [W/m3]

Cu valori ale factorilor energetici de absorbţie şi emisie ai gazului:

ag = moepad [60]

g= moegad [61]

puterea emisiva a gazului este:

Mex = [(1-ag)p+g]+ ]; [W/m2] [62]

Ultimul termen reprezintă fracţiunea din radiaţia incidentă suprafeţei peretelui, reflectată de acesta, care, parcurgând stratul de gaz îl părăseşte.

1.5.17.2. Transferul de radiaţii termice de la un gaz la suprafaţa pereţilor înconjurători

Suprafeţele pereţilor radiază pe toate lungimile de undă, în timp ce gazul emite radiaţii numai de-a lungul benzilor lui spectrale. Ca urmare suprafaţa peretelui absoarbe în întregime radiaţiile emise de gaz împreună cu fracţiunea din radiaţia proprie, reîntoarsă după absorbţia selectivă a mediului gazos. [129;180;184]Densitatea fluxului termic transmis prin radiaţie de către gaz peretelui, poate fi exprimată prin relaţia:

[W/m2] [63]

unde:

ef = factorul energetic efectiv de emisie al peretelui ;

g= factorul energetic de emisie al gazului (sau amestecului de gaze).Densitatea fluxului termic transmis prin radiaţie în canalele de gaze arse ale cazanelor sunt calculate cu relaţia:

qgp = C0p . [64]

Coeficientul de radiaţie termică (cu rol în determinarea contribuţiei pe care o are radiaţia într-un proces de transfer termic), care intervine în calculul transferului de căldură dintre două corpuri separate prîntr-un spaţiu ce conţine gaze transparente la radiaţiile termice este:

; [W/m2k] [65]

iar, în cazul în care gazul are temperatura Tg, are expresia:

+C0efga; [66]

unde:1-66

a=(Tg3+Tg

2Tp+TgTp2+Tp

3)10-8 . [67]

1.5.17.3. Radiaţia complexă a gazelor şi mediilor disperse în incinte de ardere şi canale de gaze de ardere

Caracteristica incintelor de ardere este radiaţia simultană a gazelor triatomice şi a gazelor de ardere ce constituie un mediu dispers în cazul arderii combustibilului gazos (particulele mediului dispers fiind de dimensiuni mici) şi de asemenea radiaţia flăcării. [103;129;184]În timp ce gazele mono şi biatomice (He, H2, N2, O2, etc.) sunt practic transparente la radiaţiile termice, gazele tri şi poliatomice (CO2, H2O, SO2, NH3, etc.) au o capacitate de radiaţie şi absorbţie importantă. Radiaţia stratului de gaze triatomice caracterizează, prin dependenta de presiunea parţiala, grosimea stratului de gaze şi temperatura, şi este calculată cu ajutorul factorului de absorbţie:

ag=1-e-kgl, [68]cu constanta de absorbţie a gazelor data de relaţia lui MITOR (dependentă de presiunile parţiale ale gazului):

kg = (1-0,38 [69]

si grosimea stratului radiant determinata cu relaţia lui HOTTEL:

l=f [70]

în care:V= volumul incintei; [m3]Ap= aria pereţilor marginali receptori; [m2]f= factor de corecţie funcţie de raportul dimensiunilor incintei; f=0,9-1.

TIMOFEEV utilizeaza relaţia:

l=m ; [m] [71]

cu m= 3,4 lec 1m= 3,6 lec1

În cazul flăcărilor difuze sau autocarburante ale gazelor naturale, situaţii în care mediile sunt dispersate ( cu particule mici d), numai o parte din energia radiantă este absorbită de mediul dispers.Coeficientul de absorbţie este calculat printr-o mediere pe intensitatea specifică de radiaţie pentru fiecare lungime de unda:

ae= [72]

Pentru coeficientul real de absorbţie al gazului cu particule mici, dispersate, rezultă:ae= kan [73]

cu an= 1 ;

[74]unde:

= concentraţia particulelor dispersate;V= volumul considerat:

l= = grosimea stratului radiant;

1-67

= densitatea particulei dispersate;k= coeficient funcţie de lungimea de undă; ae prezintă maxime pentru particule cu diametrul

între 2-4m.Constanta de absorbţie este:

Kp= 7 [75]

unde:d= diametrul mediu al particulelor

Pentru radiaţia combinată se utilizează o constantă de radiaţie, obţinută prin însumare:k=kp+kg

În cazul suprapunerii peste radiaţia gazelor de ardere a unei flăcări , se consideră că intensitatea de radiaţie a acesteia este cu mult mai mare decât intensitatea de radiaţie corespunzătoare a gazelor de ardere triatomice. Se va proceda la o ponderare a absorbţiei flăcării cu cea a mediului de gaze de ardere după criterii empirice considerând o proporţie din volumul focarului. Se utilizează pentru calculul coeficientului de absorbţie al focarului relaţia:

aj= afe + (1-)ag, [76]cu = 00,2 pentru flăcări ale combustibililor gazoşi.

1.6 SINTEZA OBSERVATIILOR ASUPRA ÎNCALZIRII CU TUBURI RADIANTE

Radiaţia termică este un transfer de energie având ca suport material undele electromagnetice cu lungimi de undă situate între 0,1µm şi 100 µm, ce cuprind din spectrul undelor electromagnetice integral domeniul infraroşu şi vizibil şi parţial domeniul ultraviolet .

Energia radiantă ajungând pe un corp se distribuie astfel: o parte se reflectă la suprafaţa corpului fiind distribuită corpurilor înconjurătoare, o altă parte pătrunde în corp, unde este absorbită, transformându-se în energie internă a acestuia. În fine, dacă corpul este transparent pentru radiaţie, aşa cum sunt gazele sau straturile subţiri de lichide, o a treia parte din radiaţia incidentă va străbate corpul.Toate aceste categorii de fenomene sunt întâlnite la încălzirea prin radiaţie a încăperilor.

Încăperile cu volum mare sunt încălzite în procent de doar 4% prin sisteme radiative, existând un potenţial ridicat de implementare dat de avantajele faţă de sistemele convective. Calitatea ridicata a confortului termic şi economia de energie realizată , justifică necesitatea, actualitatea şi oportunitatea studiului instalaţiilor de încălzire cu tuburi radiante de joasă temperatură.

Studiul comparativ al sistemelor de încălzire radiative şi convective pune în evidenţă avantajele încălzirii prin radiaţie, ce poate fi utilizata pentru foarte multe tipuri de incinte cu volum mare. Pentru fiecare incintă cu volum mare, în parte, trebuie realizat acest studiu comparativ, între sistemele de încălzire radiative şi convective, atât din punctul de vedere al asigurării confortului termic şi al criteriilor de confort termic, cât şi din punctul de vedere al asigurării calităţii aerului.

1-68

4CAP 1

Documents

Transcript of 4CAP 1