Curs Conditionare_cap 0

Instalații de condiționare a aerului 9

CAP. 1 Generalităţi privind instalaţiile de condiționare a aerului

1.1 Ce reprezintă instalaţiile de condiţionare a aerului? Instalaţiile de condiţionare sunt sisteme tehnice prin a căror funcţionare se poate obţine într-un spaţiu închis (clădiri, încăperi, hale industriale, etc.) separat de mediul ambiant un climat caracterizat prin anumite valori ale temperaturii, umidităţii, vitezei aerului, etc. După destinaţie acestea se clasifică în instalaţii pentru:

• Condiţionarea de confort → au ca obiectiv obţinerea unor parametrii fizico-termici în care omul să aibă senzaţia de confort, să se simtă bine. Tot în această categorie intră şi condiţionarea care are ca scop obţinerea unor parametrii fizico-termici propice dezvoltării organismelor vi de exemplu: creşterea intensivă a animalelor (păsări, porci, vite, animale exotice etc.) sau cultivarea plantelor; • Condiţionarea industrială → au ca scop realizarea unor parametrii fizico-termici obligatorii pentru desfăşurarea în bune condiţii a unor procese tehnologice, de exemplu:

- în industria alimentară: cazul unor depozite frigorifice pentru păstrarea anumitor produse alimentare pe termen lung: legume, fructe, carne etc., în procesele tehnologice de obţinere a ciocolatei şi a bomboanelor, industria prelucrătoare a cărnii, în procesele tehnologice de obţinere a produselor de panificaţie, etc.

- în industria chimică: pentru realizarea unor condiţii optime de desfăşurare a reacţiilor chimice;

- în medicină şi industria farmaceutică prin controlul purităţii aerului, a temperaturii şi umidităţii;

- în industria materialelor de construcţii: cărămidă, faianţă, ciment, etc;

- în industria textilă;

10 Instalații de condiționare a aerului

- în industria poligrafică; - în industria de prelucrare a lemnului; - în industria constructoare de maşini în sălile de montaj; - în industria producătoare de ceasuri şi componente

electronice. 1.2 Ce reprezintă confortul? Totalitatea condiţiilor fizico-termice şi nu numai, care ajută la realizarea unui mediu în care omul (sau o altă fiinţă vie: animal, plantă) să se simtă bine în timpul activităţii sau odihnei, definesc aşa numitul CONFORT sau STARE DE CONFORT. Condiţiile de confort şi percepţia senzaţiei de confort este relativă. Ea diferă de la organism la organism de la individ la individ. Spre exemplu organismul uman poate fi comparat cu o maşina termică care primeşte energie prin oxidarea alimentelor Q� SC (sursa caldă SC), produce puterea mecanică P şi cedează

fluxul de căldura SRQ� către mediul ambiant (care reprezintă sursa rece SR), fig.1.1.

Figura 1.1

Corelaţia între efortul fizic realizat P şi fluxul de căldura cedat

SRQ� are o influenţă deosebit de importantă asupra stării de confort pentru organismul respectiv. Senzaţia de confort uman este asigurată de următorii factori:


• schimbul de căldură între organism şi mediul ambiant Fluxul total de căldură schimbat între organism şi mediul ambiant are trei componente

Q� organism uman= Q� sensibil +Q� latent + Q� radiație

Componenta sensibilă este condiţionată de coeficientul global de schimb de căldură k, suprafaţa organismului A precum şi de temperatura mediului ambiant tamb (în condiţiile în care temperatura organismului uman poate să fie considerată constantă torganism uman=ct).

Q� sensibil = k ·Aorganism ( tamb - torganism uman ) Din punct de vedere al fluxului optim schimbat de organism cu mediul ambiant acesta se înregistrează în următoarele condiţii: torganism ≈ 36.5 °C iar tamb ≈ topt = (20÷22) °C. Obs. Noţiunea de temperatură ambiantă optimă este relativă, fiecare om percepe senzaţia de confort la o anumită valoare a temperaturii ambiante. Statistic s-a dovedit că intervalul de temperatură topt = (20÷22) °C este acoperitor în proporţie de peste 80 % din cazuri în definirea stării de confort uman. Drept urmare valoarea temperaturii ambiante are următoarele consecinţe asupra organismului:

- tamb<< topt ⇒ senzaţia de frig, organismul pierde o cantitate prea mare de căldură;

- tamb ≥ topt ⇒ senzaţia de cald, organismul nu mai poate evacua fluxul de căldura sub formă sensibilă. Componenta sensibilă este condiţionată şi de coeficientul global de schimb de căldură:

∑++=λδ

ααint

111

extk

prin coeficientul de convecţie la exterior influenţat la rîndul lui de viteza de deplasare a aerului. Viteza aerului ambiant - waer aer are o influenţă semnificativă în definirea stării de confort după următorul mecanism:

waer ↑ ⇒ αaer ↑ ⇒ k ↑ ⇒ Q� ↑ - senzaţie de curent şi implicit de frig

waer limita=0.3 m/s pentru această valoare senzaţia de curent aproape dispare iar pentru waer < 0,3 m/s este imperceptibilă;


Componenta latentă a fluxului de căldură condiţionează la rîndul ei starea de confort uman.

Q� latent=Q� latent ( m� umiditate, ∆H) Cu cît aerul este mai saturat în vapori de apă cu atît schimbul de căldură sub forma latentă este mai redus şi viceversa cu cît aerul este mai nesaturat cu atît componenta latentă este mai pregnantă dacă se notează umiditatea relativă a mediului ambiant cu ϕamb rezultă următoarele corelaţii:

ϕamb ↑ ⇒m� umiditate respirație-transpirație↓⇒Q� latent ↓ senzaţia de zăpuşeală;

ϕamb ↓ ⇒m� umiditate respirație-transpirație ↑⇒ Q� latent ↑ senzaţia de uscăciune; Este de remarcat că în situaţia în care activitatea fizică a oamenilor este intensă atunci se intensifică şi fluxul de căldură cedat de organism mediului ambiant. Componenta radiativă a schimbului de căldură este condiţionată de temperatura corpurilor înconjurătoare.

Q� radiație=Q� radiație(T4)

Cu cît temperatura corpurilor înconjurătoare, temperatura medie radiativă a suprafeţelor înconjurătoare tmedr este mai mare cu atît mai intens este schimbul de căldură radiativ (ex. soarele) şi invers (ex. cazul corpurilor foarte reci)

tmedr ↑ ⇒ Q� > 0 senzaţie de căldură, chiar dacă temperatura aerului ambiant este scăzută;

tmedr ↓ ⇒ Q� < 0 senzaţie de frig, chiar dacă temperatura aerului ambiant este ridicată;

• puritatea aerului: conţinutul mare de CO2 sau alte gaze sau conţinutul mare de praf (de natură organică sau anorganică) poate afecta senzaţia de confort; • gradul de ionizare; • iluminatul; • nivelul de zgomot şi vibraţii; • elementele estetice, etc. Din punct de vedere senzorial confortul termic înseamnă în primul rînd lipsa senzaţiilor neplăcute de cald sau frig, iar din punct


de vedere biologic înseamnă asigurarea evacuării căldurii interne a organismului uman, fără suprasolicitarea sistemului termoregulator.

De exemplu pentru confortul uman se definesc valori minime şi maxime ale unor parametrii care în diagrama H-x definesc poligonul de agrement, fig. 1.2

tamb > tmax – senzaţia de cald / tamb < tmin – senzaţia de frig; ϕ < ϕmin – senzaţia de uscăciune / ϕ > ϕmax – senzaţia de zăpuşeală.

Figura 1.2

Observația1: Senzaţia de confort este diferită de la organism la organism şi de la individ la individ. Spre exemplu confortul pentru şerpi se înregistrează pentru topt > topt

max om şi ϕ < ϕmax om, iar pentru bumbac, orez, brad, palmier, urs polar etc. în alte condiţii caracteristice fiecărui organism; Observația2: Una din cele mai importante etape în proiectarea unei instalaţii de condiţionare este stabilirea parametrilor microclimatului în care organismul are senzaţia de confort sau trebuie să evolueze în condiţii optime.


1.3 Scurt istoric Întotdeauna omul a fost preocupat de îmbunătăţirea confortului termic şi nu numai. În mod paradoxal forme de condiţionare şi climatizare a aerului se cunosc din cele mai vechi timpuri:

- probabil în prima etapă a fost preocupat de încălzirea aerului necesar în timpul anotimpurilor reci – realizarea unor focuri în peşteri, etc.;

- primii paşi în condiţionare au fost făcuţi prin ventilarea manuala utilizând evantaiul;

- evul mediu şi antichitate – fântâni arteziene pentru împrospătarea aerului în imediata apropiere a unor pieţe situate în zone aride ca Spania, sudul Italiei etc.;

- umidificarea aerului în camere şi spaţii încălzite cu surse de temperatură ridicată (exemplu sobe sau plite) prin evaporarea liberă a apei dintr-un vas:

- prin ventilarea naturală a caselor: podul casei şi tirajul natural realizat de sobe;

- începutul secolului al XIX-lea a fost marcat de utilizarea ventilaţiei mecanice.

În România primul local care a fost echipat cu un sistem incipient de condiţionare a fost Atheneul Român – ventilaţie mecanică. 1.4 Clasificarea instalaţiilor de climatizare Funcţionarea instalaţiilor de climatizare de confort este similară cu funcţionarea instalaţiilor de climatizare tehnologică, în cele ce urmează vor fi studiate în amănunt instalaţiile de climatizare destinate confortului uman. Instalaţiile de climatizare au ca scop realizarea şi menţinerea unor condiţii climatice proprii desfăşurării activităţii umane:

- t → temperatura aerului; - ϕ → umiditatea relativă; - w → viteza de deplasare a aerului; - - → puritatea aerului, etc.


Instalaţiile complexe de tratare a aerului sau de condiţionare fig. 1.3 cuprind:

- SA sistem de amestecare;

- SF sistem de purificare – filtrare;

- SÎ sistem de încălzire;

- SR sistem de răcire;

- SUm sistem de umidificare;

- SUs sisteme de uscare;

- SV sistem de ventilaţie.

Figura 1.3 Instalaţiile de condiţionare lucrează cu cel mai cunoscut agent termic: AERUL atmosferic. În practică instalaţiile de condiţionare în funcţie de configuraţie pot să nu conţină toate elementele specificate în fig. 1.3, spre exemplu instalaţiile de tip „split” au în componenţă următoarele elemente:

- ventilator ≡ sistem de ventilaţie; - filtru ≡ sistem de purificare; - vaporizator ≡ sistem de răcire;


- rezistente electrice sau condensator ≡ sistem de încălzire; - nu conţine sistem de umidificare, sistem de uscare sau

sistem de amestecare.

Există sisteme de condiţionare simple: care pot realiza doar ventilaţie şi încălzire; ventilaţie şi răcire; ventilaţie şi filtrare, etc.– sau orice combinaţie de două sau mai multe astfel de sisteme. Sistemul de ventilaţie este sistemul care poate fi realizat în mai multe variante tehnice:

- ventilaţie mecanică; - ventilaţie naturală; - ventilaţie combinată.

În funcţie de modul în care au loc degajările de noxe din spaţiul ce trebuie ventilat sistemele de ventilaţie se grupează în:

- sistem de ventilaţie locală – când degajările de noxe sunt grupate;

- sistem de ventilaţie generală – când degajările de noxe sunt distribuite.

1.5 Generalităţi privind necesitatea tratării aerului Posibilitatea modificării parametrilor aerului are avantajul de a realiza o stare de microclimat benefică activităţii umane sau activităţii tehnologice chiar şi în cele mai dezavantajoase condiţii climaterice. Cele 4 zone climaterice cunoscute sunt:

- zona rece: în care temperatura medie lunară este mai coborîtă de -15°C Finlanda – Groenlanda; iar umiditatea relativă mai mică de ϕ<35%;

- zona temperată: temperatura medie lunară cuprinsă între (-15, +25) °C Europa Centrala şi de Nord, Nordul şi Centrul SUA; iar umiditatea relativă mai mare de 40%<ϕ<60%;


- zona uscată sau seacă: temperatura medie lunară > 25°C Africa de Nord, Sudul SUA, Sudul Europei; iar umiditatea relativă mai mică de ϕ<40%;

- zona umedă şi caldă: temperatura medie lunară > 25°C şi umiditatea relativă > 80% Bazinul Amazonului, India, Africa Centrala.

Parametrii climatici la nivelul globului sunt într-o dinamică permanentă, dinamică determinată de efectul de seră şi de creşterea gradului de poluare. Spre exemplu zona temperată în anotimpul cald la nivelul anilor 1950 era caracterizată de o medie zilnică a temperaturii de t = 17…18°C respectiv a umidităţii de ϕ=40%, în prezent aceşti parametri depăşesc t=22…26°C şi ϕ=50% ceea ce corespunde unei diferenţe de cca 4 g apa/m3 de aer. În prezent toate fenomenele meteorologice bizare au o explicaţie legată într-un fel sau altul de circuitul apei în natură şi de faptul că atmosfera se comportă ca o imensă instalaţie cu turbină cu abur ITA în care agentul termic apa preia căldura de la soare, se evaporă la nivelul solului se destinde către păturile înalte ale atmosferei în care cedează o parte din fluxul de căldură prin condensare producând în felul acesta o cantitate fabuloasă de energie mecanică sub forma unor mişcări violente ale straturilor de aer din atmosferă (vînturi, taifunuri, tornade etc.). Cu cît se înregistrează o supraîncălzire mai puternică a atmosferei datorită efectului de seră cu atât debitul de apă evaporată creşte iar violenţa fenomenelor meteorologice este mai ridicată Alături de temperatură umiditatea nu este numai un parametru de confort ci şi unul de igienă deoarece mediul umed este propice dezvoltării florei bacteriene şi microbiene (virusuri etc). Modificarea permanentă a parametrilor ce caracterizează aerul atmosferic are o implicaţie directă şi asupra funcţionării instalaţiilor de climatizare şi condiţionare a aerului de aici rezultă necesitatea dimensionării acestor sisteme de aşa manieră încît ele să poată face faţă acestor modificări. Ce este foarte important de subliniat este faptul că instalaţiile de climatizare sunt mari consumatoare de energie utilizarea lor contribuie la intensificarea efectului de seră drept urmare cu cât


suntem mai preocupaţi de confortul nostru termic cu atât impactul asupra mediului este mai mare drept urmare utilizarea acestor instalaţii trebuie făcută cu discernământ şi în regimuri de funcţionare cât mai economice.

Curs Conditionare_cap 0

Documents

Transcript of Curs Conditionare_cap 0