EXAMEN

TERMICE5.2 Noiuni de transfer termicTransferul termic este un fenomen de transport de proprietate prin care energia termic sub forma sa de transport, cldura se transfer dintr-o parte a circuitului termic, cu un potenial termic (temperatur) ridicat, n alt parte a circuitului termic de potenial termic sczut. Acest fenomen natural se manifest pn la egalizarea potenialelor termice (egalizarea temperaturii).

Cauza fenomenului este diferena de temperatur , efectul este fluxul termic transferat iar factorul de reglare este reprezentat de o proprietate de material care se opune fenomenului de transfer numit rezisten termic .Legtura matematic dintre aceste mrimi se exprim sub forma unei relaii fundamentale numit relaie ohmic:

; [W](5.2)

Care exprim mrimea efectului rezultat din aciunea contrarie a mrimii active, generatoare i a celei pasive, oponente . Mecanismele fundamentale de transfer termic sunt conducia, convecia i radiaia.Conducia termic este un mod fundamental de trecere a cldurii ntre dou subsisteme sau ntre dou sisteme termodinamice aflate n contact direct ntre care exist diferen de temperatur fr s existe aparent micri relative macroscopice ale particulelor.Mecanismul de transfer termic conductiv se realizeaz diferit pentru diferite sisteme. Prin corpurile solide metalice, transferul termic are loc, n principal, datorit electronilor liberi (de valen). Prin corpurile solide nemetalice, transferul termic are loc, n principal, prin vibraia termic a reelei cristaline. Particulele purttoare de energie termic poart, n acest caz, numele de fononi - concept asemntor cu cel al transferului de radiaie luminoas prin fotoni.Convecia termic este modul fundamental de transfer termic dintre o suprafa (n general a unui solid) i un fluid aflate n contact atunci cnd ntre ele exist diferen de temperatur i micare relativ. Mecanismul conveciei termice combin efectul conduciei termice n stratul limit laminar cu micarea de amestecare a particulelor cu energii diferite n stratul turbulent, transferul termic fiind astfel nsoit de transfer de mas i impuls.Radiaia termic reprezint modul fundamental de transfer termic la distan, folosind ca suport undele electromagnetice din banda de frecvene infrarou (=0,1m-100m).Mecanismul transferului termic radiant const n transformarea unei pri a energiei interne a unui corp cu T>0 K, la nivelul suprafeei, n energie i propagarea ei la distan. n momentul n care radiaia ntlnete suprafaa unui alt corp, o parte a energiei radiante se transform n energie intern a corpului radiat.

5.2.1 Conducia termic, fr surse interioare de cldur, prin peretele plan neomogen format din n straturi omogene perpendiculare pe direcia de propagare a fluxului termic Se consider un perete plan neomogen cu n straturi paralele (figura 5.1). Se dorete determinarea fluxul termic unitar i a fluxul termic total care se transfer ntre cele dou fee ale peretelui.

Fig. 5.1 Conducia prin peretele plan neomogen Ipotezele de lucru sunt:- straturile sunt omogene cu densitile 1n constante cu temperatura; - conductivitatea termic a straturilor componente (1 n) sunt constante cu temperatura;- grosimea straturilor componente sunt 1n i celelalte dimensiuni infinite;- temperaturile faetelor sunt tp1>tpn+1 aceeai n toate punctele unei faete i constante n timp;Deoarece peretele este plan paralel i temperaturile pe faete exterioare rmn constante nseamn c suprafeele izoterme sunt plane paralele cu feele peretelui.Datorit diferenei de potenial termic prin perete se va transmite un flux termic unitar cu direcia perpendicular pe suprafeele izoterme, deci perpendicular pe perete i sensul de la faeta 1 ctre faeta n+1 (fig. 5.1).Pentru rezolvarea acestei situaii se folosete:1. expresia fluxului termic unitar, unidirecional transferat prin peretele plan omogen:

; [W/m2] (5.3)unde:- M [m2K/W] poart numele de coeficient de izolaie termic;- k [W/(m2K)] se numete coeficient de transmisie termic;2. analogia transferului termic cu transferul de sarcini electrice i anume faptul c ntr-un circuit de tip serie (debitul de cldur parcurge succesiv straturile) prin orice suprafa izoterm trece acelai flux termic.n aceste condiii, putem scrie expresia fluxul termic unitar prin fiecare strat:

- pentru stratul 1:;;

- pentru stratul 2: ;;

- pentru stratul i:;;

- pentru stratul n-1:;;

- pentru stratul n:;;

Prin adunarea expresiilor membru cu membru obinem:;Fluxul termic unitar va fi:

;[W/m2] (5.4)Din analiza ecuaiei se constat c fluxul termic unitar este raportul dintre diferena de potenial termic total iar coeficientul de izolare total este suma coeficienilor de izolare pariali.Pentru o suprafa finit de suprafa A, fluxul termic total are expresia:

; [W](5.5)Deci fluxul termic este raportul dintre diferena de potenial termic total i rezistena termic total, care este suma rezistenelor termice pariale.Pentru determinarea temperaturii pe una din faetele intermediare (tpj) se scrie fluxul termic unitar pe un circuit parial cuprins ntre o faet cu temperatur cunoscut i cea cu temperatura tpj i se egaleaz cu fluxul unitar pe ntreg circuitul:

; ; [C] (5.6)

5.2.3.1 Schimbul de cldur prin radiaie ntre doi perei plani separai de un mediu transparent la radiaia termic Se consider doi perei plani infinii, opaci (A+R=1), separai de un mediu neabsorbant la radiaiei (fig.5.4). Natura suprafeelor pereilor este cunoscut respectiv coeficienii de absorbie (A1, A2) i coeficienii de emisie ( 1, 2) i temperatura termodinamic a suprafeelor (T1, T2), astfel c puterea de emisie a suprafeelor poate fi exprimat cu relaiile:

;;[W/m2] (5.14)unde C0=5,672 [W/(m2K4)] reprezint constanta (coeficientul) de radiaie a corpului negru sau constanta lui Stefan-Boltzman. Dup cum se poate vedea din figur, transferul de cldur ntre cei doi perei const dintr-o succesiune de emisii, absorbii i reflexii pn la amortizarea radiaie. Spre exemplu emisia E1 a peretelui 1, incident pe peretele 2 este absorbit parial de acesta (A2E1) iar restul este reflectat nspre peretele 1 [(1-A2)E1] unde fenomenul se petrece analog respectiv, fraciunea [A1(1-A2)E1] este absorbit de peretele 1 i fraciunea rmas este din nou reflectat nspre peretele 2 [(1-A1)(1-A2)E1]. Procesul se continu pn ce amortizarea este complet. Pe de alt parte, fenomenul se petrece analog i cu radiaia termic a peretelui 2.

Fig. 5.4 Schimbul de cldur prin radiaie ntre doi perei paraleli separai de un mediu transparent la radiaie

Din cauza complexitii fenomenului, determinarea fluxului termic unitar schimbat de cei doi perei se face cu relaia:

;[W/m2] (5.15)relaie n care:

- [W/m2] - reprezint puterea de emisie termic efectiv (luminana termic) a suprafeei 1 compus din puterea de emisie a suprafeei 1 i partea reflectat din puterea de emisie termic efectiv a suprafeei 2;

- [W/m2] - reprezint puterea de emisie termic efectiv (luminana termic) a suprafeei 2 compus din puterea de emisie a suprafeei 2 i partea reflectat din puterea de emisie termic efectiv a suprafeei 1 , adic:

;[W/m2]

;[W/m2](5.16)Sistemul de dou ecuaii cu dou necunoscute se rezolv prin metoda substituiei, nlocuind Eef1 din prima ecuaie n a doua:

;

; [W/m2] (5.17)i datorit liniaritii sistemului:

; [W/m2] (5.18)Dac se nlocuiesc expresiile luminanelor n relaia fluxului termic unitar se obine:

;Prin nlocuirea puterilor de emisie cu expresiile lor i cunoscnd c coeficientul de emisie este egal cu factorul de absorbie se obine:

; [W/m2]

;[W/m2] (5.19)Pentru o suprafa finit A1= A2=A fluxul termic are valoarea:

; [W/m2] (5.20)unde expresia:

; [-]se numete factor de emisie relativ sau mutual al celor dou suprafee.Coeficientul mutual (relativ) de radiaie a celor dou suprafee are expresia:

; [W/(m2 K4)](5.21)Din analiza expresiei fluxului termic se constat c:- n cazul unui mediu transparent, fluxul termic nu depinde de distana ntre perei;- intensificarea transferului termic se face prin creterea temperaturii sursei calde, scderea temperaturii sursei reci i creterea factorilor de emisie a suprafeelor;

5.2.3.4 Coeficientul de transfer termic prin radiaieDin punct de vedere formal, expresia fluxului termic transferat prin radiaie difer de forma ohmic a fluxului termic conductiv i convectiv. Pentru compunerea efectelor transferului termic prin toate cele trei moduri fundamentale, de foreaz forma relaiei fluxului termic transferat prin radiaie sub forma:

;[W](5.31)relaie n care:- T se noteaz temperatura termodinamic iar cu t temperatura pe scara Celsius;

- [W/(m2K)] reprezint coeficientul (echivalent) de transfer termic prin radiaie;i deci:

;[W/(m2K)](5.32)

5.2.4.2 Schimbul global de cldur, n regim staionar, ntre dou fluide separate de un perete plan neomogen cu n straturi omogene perpendiculare pe direcia de propagare a fluxului termicIpotezele de lucru sunt:- straturile sunt omogene cu densitile 1n constante cu temperatura; - conductivitatea termic a straturilor componente (1 n) sunt constante cu temperatura;- grosimea straturilor componente sunt 1n i celelalte dimensiuni infinite;- temperaturile faetelor sunt tf1> tf2 constante n timp;

- coeficienii de transfer termic superficiali sunt cunoscui i ; Suprafeele izoterme sunt plane paralele cu feele peretelui.Datorit diferenei de potenial termic ntre fluide se va transmite un flux termic unitar cu direcia perpendicular pe suprafeele izoterme, deci perpendicular pe perete i sensul de la fluidul 1 ctre fluidul 2 (fig. 5.7).

Fig. 5.7 Schimbul global de cldur prin peretele plan neomogen

Pentru rezolvarea acestei situaii ne folosim de analogia cu transferul de sarcini electrice i anume de faptul c ntr-un circuit de tip serie (debitul de cldur parcurge succesiv straturile) prin orice suprafa izoterm trece acelai flux termic.Circuitul termic poate fi mprit n trei zone distincte. n prima i a treia zon transferul termic se face prin convecie i radiaie iar n zona a doua, prin conducie.n aceste condiii, putem scrie fluxul termic unitar schimbat n fiecare zon a circuitului:

- pentru zona 1: ;;

- pentru zona 2: ; ;

- pentru zona 3: ; ;Prin adunarea expresiilor se obine:

; [K](5.35)Fluxul termic unitar va fi:

; [W/m2] (5.36)Din analiza expresiei se constat c fluxul termic unitar este raportul dintre diferena de potenial termic dintre cele dou fluide i coeficientul de izolare total care este suma coeficienilor de izolare pariali:

; [m2K/W] (5.37)Pentru o suprafa finit de transfer termic A, fluxul termic are expresia:

;[W] (5.38)Deci fluxul termic este raportul dintre diferena de potenial termic total i rezistena termic total care este suma rezistenelor termice pariale.

Pentru determinarea temperaturii pe una din faetele intermediare se scrie fluxul termic unitar pe un circuit parial cuprins ntre unul din fluide (cu temperatur cunoscut) i cea cu temperatura i se egaleaz cu fluxul pe ntreg circuitul:

; i se expliciteaz:

; [K] (5.39)

5.6 Necesarul de cldur pentru nclzire

Pentru cldiri obinuite, modalitatea de calcul a fluxului termic (sarcina termic) a unei camere este reglementat prin SR 1907 [20], figura 5.10, i se calculeaz cu relaia:

; [W](5.42)n care mrimile au urmtoarele semnificaii:

[W] - fluxul termic cedat de incint prin transmisie spre mediu prin elementele anvelopei sau prin elementele delimitatoare ale incintei ctre alte spaii ntre care exist diferene de temperatur.

- suma adaosurilor compensatorii aferente fluxului de cldur transmis;

[W] - fluxul termic necesar nclzirii aerului proaspt rece intrat (aportat) n incint;

[W] - fluxul termic generat de surdele de cldur interne (evacuate n interiorul incintei);

Fig. 5.10 Bilanul termic al incintei nclzite

5.7.2.1 Instalaia de nclzire central cu ap cald cu corpuri statice, circulaie natural i distribuie superioarCorpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.Circulaia natural a apei n instalaiile de nclzire se caracterizeaz prin faptul c nu exist un element activ (electropomp) care s asigure circulaia apei prin instalaie.Diferena de presiune necesar nvingerii rezistenelor hidraulice din circuit este furnizat de gravitaie, diferena de densitate tur/retur i de diferena de nlime dintre sursa de nclzire (cazan) i corpul de nclzire (calorifer) (vezi 5.58). Fenomenul poart numele de termosifon i se datorete stratificrii apei funcie de temperatur (apa cald se ridic iar apa rece coboar).

Avantaje: costuri de exploatare reduse; fezabil pentru zone neelectrificate; autoreglarea instalaiei debitul prin ramurile reelei este dependent de rcirea apei n corpurile statice deci de necesarul de energie termic; la distribuia superioar a agentului termic circulaia este activat din cauza rcirii apei n conducta de tur (reeaua roie) ct i n conducta de retur (reeaua albastr ntrerupt).Dezavantaje: reele cu diametre hidraulice mari; utilizarea de cazane manufacturate, neautomatizate; dificultatea reglrii sarcinii funcie de necesar; posibilitatea vaporizrii apei risc de explozie; amplasarea cazanului sub nivelul caloriferelor; la varianta cu vas de expansiune deschis din cauza contactului cu atmosfera a agentului instalaia corodeaz datorit absorbiei oxigenului n ap;Debitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.

Debitul agentului termic prin ntreaga instalaie este debitul rezultat din condiia de asigurarea a fluxului termic (sarcina termic) (vezi paragraful 5.6 Necesarul de cldur pentru nclzire i relaia 5.42) i anume:

[kg/s](5.59)cu semnificaia: - capacitate caloric specific a agentului termic (apei 4,186 kJ/kgK) - diferena de temperatur tur-retur (1520 K)Diferena de presiune corespunztoare diferenei de nlime h (fig. 5.12) este cea care asigur circulaia agentului termic prin caloriferele de la parter.

Condiia funcionrii corecte din punct de vedere hidraulic a instalaiei este ca pentru debitul nominal

[mca](5.60)

unde pierderea de sarcin nominal a reelei se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat de la cota cea mai mic.Vasul de expansiune deschis are rolul de a prelua diferenele de densitate ale a agentului termic, de a realiza aerisirea instalaiei i de a evacua agentul n surplus.

5.7.2.2 Instalaia de nclzire central cu ap cald cu corpuri statice, circulaie natural i distribuie inferioarCorpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.Circulaia natural a apei n instalaiile de nclzire se caracterizeaz prin faptul c nu exist un element activ (electropomp) care s asigure circulaia apei prin instalaie.Diferena de presiune necesar nvingerii rezistenelor hidraulice din circuit este furnizat de gravitaie, diferena de densitate tur/retur i de diferena de nlime dintre sursa de nclzire (cazan) i corpul de nclzire (calorifer) (vezi 5.58). Fenomenul poart numele de termosifon i se datorete stratificrii apei funcie de temperatur (apa cald se ridic iar apa rece coboar).

Fig. 5.13 Instalaia de nclzire central cu circulaie natural i distribuie inferioar Avantaje: costuri de exploatare reduse; fezabil pentru zone neelectrificate; autoreglarea instalaiei debitul prin ramurile reelei este dependent de rcirea apei n corpurile statice deci de necesarul de energie termic;Dezavantaje: reele cu diametre hidraulice mari; utilizarea de cazane manufacturate, neautomatizate; dificultatea reglrii sarcinii funcie de necesar; posibilitatea vaporizrii apei risc de explozie; amplasarea cazanului sub nivelul caloriferelor; la varianta cu vas de expansiune deschis din cauza contactului cu atmosfera a agentului instalaia corodeaz datorit absorbiei oxigenului n ap; la distribuia inferioar a agentului termic circulaia este ncetinit din cauza rcirii apei n conducta de tur (reeaua roie). Pentru evitarea scderii diferenei de depresiune active se recomand izolarea conductei de turDebitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.


[kg/s](5.59)cu semnificaia: - capacitate caloric specific a agentului termic (apei 4,186 kJ/kgK) - diferena de temperatur tur-retur (1520 K)Diferena de presiune corespunztoare diferenei de nlime h (fig. 5.12) este cea care asigur circulaia agentului termic prin caloriferele de la parter.


[mca](5.60)

unde pierderea de sarcin nominal a reelei se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat de la cota cea mai mic.Vasul de expansiune deschis are rolul de a prelua diferenele de densitate ale a agentului termic, de a realiza aerisirea instalaiei i de a evacua agentul n surplus.

5.7.2.3 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice i circulaie foratCorpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.

Circulaia forat a apei prin instalaiile de nclzire este o soluie modern care implic montarea n circuitul de nclzire a unei pompe de circulaie care s genereze o diferen de presiune activ capabil s nving cderile de presiune (pierderile de sarcin ) pe traseul de nclzire.

Cderea de presiune nominal respectiv pierderea de sarcin nominal pe reea utilizat pentru dimensionarea pompei de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).

Fig. 5.14 Instalaia de nclzire central cu circulaie forat i distribuie inferioar Debitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.


[kg/s](5.59)cu semnificaia:

- capacitate caloric specific a agentului termic (apei 4,186 kJ/kgK)

- diferena de temperatur tur-retur (1520 K)


[mca](5.61)Avantaje: reele de distribuie cu diametre hidraulice mici (costuri de investiie mai mici, trasee uor de amplasat i mascat) ; posibilitatea amplasrii centralei termice la orice nivel al cldirii (fa de nlimea de pompare a pompei fenomenul de termosifon are pondere nesemnificativ); automatizarea facil a instalaiei; utilizarea de cazane moderne, automatizate; utilizarea de vase de expansiune nchise care protejeaz instalaia mpotriva corodrii (oxidrii);Dezavantaje: costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropomp; necesitatea reglrii hidraulice a instalaiei din robinetele de reglaj ale caloriferelor astfel nct temperatura n fiecare incint s fie cea dorit;n figura 5.14 este prezentat o instalaie de nclzire cu circulaie forat la care pompa de circulaie este amplasat n cazan.Specific instalaiei este dotarea ei cu un vas de expansiune nchis, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum a apei din instalaie datorat modificrii temperaturii.

5.7.2.4 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice, circulaie forat i preparare instantanee de ap cald sanitar Instalaia se preteaz pentru apartamente sau cldiri cu extindere mic cu necesar limitat de ap cald sanitar. Corpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.


Cderea de presiune nominal respectiv pierderea de sarcin nominal pe reea utilizat pentru dimensionarea pompei de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).

Debitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.






[mca](5.61)Avantaje: reele de distribuie cu diametre hidraulice mici (costuri de investiie mai mici, trasee uor de amplasat i mascat) ; posibilitatea amplasrii centralei termice la orice nivel al cldirii (fa de nlimea de pompare a pompei fenomenul de termosifon are pondere nesemnificativ); automatizarea facil a instalaiei; utilizarea de cazane moderne, automatizate; utilizarea de vase de expansiune nchise care protejeaz instalaia mpotriva corodrii (oxidrii); prepararea instantanee de ap cald sanitarDezavantaje: costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropomp;

5.7.2.5 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice, circulaie forat i acumulare de ap cal sanitar Instalaia se preteaz pentru cldiri cu extindere medie cu necesar de ap cald sanitar. Corpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.


Cderea de presiune nominal respectiv pierderea de sarcin nominal pe reea utilizat pentru dimensionarea pompei de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).Debitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.




- diferena de temperatur tur-retur (1520 K)Fig. 5.16 Instalaia de nclzire central cu circulaie forat i boiler de ap cald sanitar


[mca](5.61)Avantaje: reele de distribuie cu diametre hidraulice mici (costuri de investiie mai mici, trasee uor de amplasat i mascat) ; posibilitatea amplasrii centralei termice la orice nivel al cldirii (fa de nlimea de pompare a pompei fenomenul de termosifon are pondere nesemnificativ); automatizarea facil a instalaiei; utilizarea de cazane moderne, automatizate; utilizarea de vase de expansiune nchise care protejeaz instalaia mpotriva corodrii (oxidrii); asigurarea de cantiti mai mari de ap cald sanitar pentru funcionarea simultan a mai multor consumatori; regimul stabile de funcionare a cazanuluiDezavantaje: costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropomp; costuri de investiie sporite; necesitatea reglrii hidraulice a instalaiei din robinetele de reglaj ale caloriferelor astfel nct temperatura n fiecare incint s fie cea dorit;n figura 5.16 este prezentat o instalaie de nclzire cu circulaie forat i preparare de ap cald sanitar n regim de acumulare.Cazanul alimenteaz cu agent termic alternativ serpentina boilerului (prioritar) respectiv instalaia de nclzire cu corpuri statice.Dup filtrare apa rece alimenteaz circuitul de ap rece al cldirii i boilerul de preparare a apei calde sanitare. Agentul termic care circul prin serpentina boilerului nclzete prin transfer termic apa rece care se stratific din cauza modificrii densitii cu temperatura.Apa cald sanitar este livrat de la partea superioar a boilerului dup ce este finisat la temperatura de utilizare cu ajutorul unei vane cu 3 ci termostatice prin amestec cu ap rece.Reeaua de recirculare ap cald sanitar, dotat cu o pomp de recirculare are rolul de a readuce n boiler apa cald sanitar rcit pe traseu astfel ca utilizatorul de apa cald sanitar s nu atepte apariia ei la baterie. Instalaia este dotat dou vase de expansiune nchise, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum datorat modificrii temperaturii a agentului termic respectiv a apei calde sanitare din instalaie.Supapele de descrcare au rolul de a proteja circuitele de suprapresiunile termice prin eliminarea unei cantiti de lichid la o depirea presiunii de setare iar supapele de sens de a mpiedica eventualele circulaii n sens invers.

5.7.2.6 Instalaia de nclzire central cu ap cald, corpuri statice, circulaie forat i boiler bivalent Instalaia se preteaz pentru cldiri cu extindere medie cu necesar de ap cald sanitar i posibilitate de instalare de panouri solare. Corpurile statice (caloriferele) sunt elemente componente ale instalaiei de nclzire care transfer energia termic spre aerul interior prin convecie natural i radiaie.


Cderea de presiune nominal respectiv pierderea de sarcin nominal pe reea utilizat pentru dimensionarea pompei de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).Debitele agentului termic prin fiecare ramur de reea se determin prin nsumarea debitelor emergente tronsonului de reea termic.






[mca](5.61)

Avantaje: reele de distribuie cu diametre hidraulice mici (costuri de investiie mai mici, trasee uor de amplasat i mascat) ; posibilitatea amplasrii centralei termice la orice nivel al cldirii (fa de nlimea de pompare a pompei fenomenul de termosifon are pondere nesemnificativ); automatizarea facil a instalaiei; utilizarea de cazane moderne, automatizate; utilizarea de vase de expansiune nchise care protejeaz instalaia mpotriva corodrii (oxidrii); asigurarea de cantiti mai mari de ap cald sanitar pentru funcionarea simultan a mai multor consumatori; regimul stabile de funcionare a cazanului; economii de energie rezultate prin nclzirea apei din boiler prioritar cu energie solar;Dezavantaje: costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropomp; costuri de investiie sporite inclusiv datorate panourilor solare pentru care amortizarea investiiei se face dup aprox. 5-8 ani; necesitatea reglrii hidraulice a instalaiei din robinetele de reglaj ale caloriferelor astfel nct temperatura n fiecare incint s fie cea dorit;n figura 5.17 este prezentat o instalaie de nclzire cu circulaie forat i preparare de ap cald sanitar n regim de acumulare cu un boiler de acumulare bivalent. Boilerul este echipat cu dou serpentine i anume: serpentina inferioar rezervat nclzirii cu agent termic nclzit cu ajutorul radiaiei solare (soluie ap glicol; serpentina superioar alimentat cu agent termic preparat n centrala termic cu rol de finisare a temperaturii apei calde sanitare;Cazanul alimenteaz cu agent termic alternativ serpentina boilerului (prioritar) respectiv instalaia de nclzire cu corpuri statice.Dup filtrare apa rece alimenteaz circuitul de ap rece al cldirii i boilerul de preparare a apei calde sanitare. Agentul termic care circul prin serpentina boilerului nclzete prin transfer termic apa rece care se stratific din cauza modificrii densitii cu temperatura.Apa cald sanitar este livrat de la partea superioar a boilerului dup ce este finisat la temperatura de utilizare cu ajutorul unei vane cu 3 ci termostatice prin amestec cu ap rece.Reeaua de recirculare ap cald sanitar, dotat cu o pomp de recirculare are rolul de a readuce n boiler apa cald sanitar rcit pe traseu astfel ca utilizatorul de apa cald sanitar s nu atepte apariia ei la baterie. Instalaia este dotat dou vase de expansiune nchise, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum datorat modificrii temperaturii a agentului termic respectiv a apei calde sanitare din instalaie.Supapele de descrcare au rolul de a proteja circuitele de suprapresiunile termice prin eliminarea unei cantiti de lichid la o depirea presiunii de setare iar supapele de sens de a mpiedica eventualele circulaii n sens invers. Specific instalaiei sunt panourile solare unde prin efect de ser se transform radiaia solar difuz i direct n energie termic a agentului din sistemul solar. Circuitul solar este activat de o pomp de circulaie comandat de diferena de temperatur dintre agentul din panoul solar i cea din boiler iar variaia de volum a agentului este preluat de un vas de expansiune cu pern de azot.

5.7.2.7 Instalaia de nclzire central cu ap cald, cu serpentine n pardoseal, circulaie forat i acumulator de energie termic Instalaia se preteaz pentru cldiri foarte bine izolate termic, cu extindere medie cu necesar de ap cald sanitar i posibilitate de instalare de panouri solare.Energia termic este transferat aerului interior prin convecie natural i radiaie de pardoseala ncperilor prin care sunt montate ntr-o ap de beton serpentine din eav din material plastic special.n acest caz exist trei circuite hidraulice distincte:1.

Circuitul agentului termic prin instalaia de nclzire n pardoseal - asigurat de o pomp de circulaie care genereaz o diferen de presiune activ capabil s nving cderile de presiune (pierderile de sarcin ) pe traseul de nclzire.2. Circuitul agentului termic de la centrala termic la acumulatorul de energie termic - asigurat de pompa de circulaie a cazanului care genereaz o diferen de presiune activ capabil s nving cderile de presiune pe acest traseu.3. Circuitul agentului termic de la panourile solare la serpentina acumulatorul de energie termic - asigurat de pompa de circulaie a circuitului solar care genereaz o diferen de presiune activ capabil s nving cderile de presiune pe acest traseu.

Cderile de presiune nominale respectiv pierderile de sarcin nominale pe reele utilizate pentru dimensionarea pompelor de circulaie se determin conform paragrafului 4.1.2.10 - Calculul de proiectare al conductelor pentru corpul de nclzire cel mai defavorizat (amplasat la cea mai mare distan de sursa de nclzire).Fig. 5.18 Instalaia de nclzire central n pardoseal cu acumulator de energie termic i boiler de ap cald sanitarAvantaje: nclzirea uniform a spaiilor; temperaturi de interior cu 1-2 K mai mici dect n cazul nclzirii cu corpuri statice; posibilitatea amplasrii centralei termice la orice nivel al cldirii (fa de nlimea de pompare a pompei fenomenul de termosifon are pondere nesemnificativ); utilizarea de cazane moderne, automatizate; utilizarea de vase de expansiune nchise care protejeaz instalaia mpotriva corodrii (oxidrii); asigurarea de cantiti mai mari de ap cald sanitar pentru funcionarea simultan a mai multor consumatori; regimul stabile de funcionare a cazanului; economii de energie rezultate prin nclzirea apei din boiler prioritar cu energie solar;Dezavantaje: costuri de exploatare ceva mai ridicate datoriei energiei electrice consumate de electropompe; costuri de investiie sporite inclusiv datorate panourilor solare pentru care amortizarea investiiei se face dup aprox. 5-8 ani; automatizarea facil a instalaiei dar cu costuri de investiie importante; necesitatea reglrii hidraulice a instalaiei din robinetele de reglaj ale distribuitoarelor astfel nct debitele (indicate de debitmetre) s fie cele care asigur cderile de temperatur proiectate;n figura 5.18 este prezentat o instalaie de nclzire n pardoseal i preparare de ap cald sanitar n regim de acumulare cu boiler de acumulare.Particularitatea instalaiei este dat de existena acumulatorului de energie termic cu dou surse de energie termic: solar respectiv clasic.Datorit faptului c temperatura indicat a pardoselii nu trebuie s depeasc 26 C (30 C n bi) temperatura de tur a agentului de nclzire este limitat la 40 C. Aceast constrnge face ca s devin fezabil utilizarea surselor secundare de energie de parametri sczui inclusiv utilizarea parial a energiei solare pentru nclzire.Serpentina prin care circul agentul termic solar este amplasat n partea inferioar a acumulatorului unde din cauza fenomenului de stratificare a apei, temperatura ei este sczut astfel nct sursa solar este sursa primar pentru nclzirea agentului din acumulator. Sursa secundar (secundare) este cazanul funcionnd cu combustibil clasic automatizat n funcie de temperatura apei din acumulator.Finisarea temperaturii agentului termic nclzitor se realizeaz cu o van cu trei ci termostatic sau dotat cu actuator (electromotor pas cu pas) comandat de o instalaie de automatizare. Acumulatorul este n construcie tanc n tanc astfel c boilerul, amplasat ntr-un acumulatorul de energie termic n partea superioar, preia energia termic prin convecie natural de la agent nclzind apa cald sanitar la temperatura de utilizare.Dup filtrare apa rece alimenteaz circuitul de ap rece al cldirii i boilerul de preparare a apei calde sanitare.Apa cald sanitar este livrat de la partea superioar a boilerului dup ce este finisat la temperatura de utilizare cu ajutorul unei vane cu 3 ci termostatice prin amestec cu ap rece.Reeaua de recirculare ap cald sanitar, dotat cu o pomp de recirculare are rolul de a readuce n boiler apa cald sanitar rcit pe traseu astfel ca utilizatorul de apa cald sanitar s nu atepte apariia ei la baterie. Ca variant constructiv n locul boilerului de acumulare poate fi montat o serpentin din inox sau cupru cu traseu ascendent, de suprafa mare prin care apa sanitar se nclzete pe msura utilizrii. Instalaia este dotat trei vase de expansiune nchise, cu pern de gaz (azot) care preia variaia de volum datorat modificrii temperaturii a agentului termic respectiv a apei calde sanitare din instalaie.Supapele de descrcare au rolul de a proteja circuitele de suprapresiunile termice prin eliminarea unei cantiti de lichid la o depirea presiunii de setare iar supapele de sens de a mpiedica eventualele circulaii n sens invers.Serpentinele nglobate n apa de pardoseal sunt evi din polietilen, polibutilen, cupru, etc, speciale cu mbinare prin sertizare sau prin strngere cu muf mobil prin care circul agentul termic i transfer prin conducie energia termic apei ceramice iar aceasta, prin convecie i radiaie o transfer aerului din incint.apa de pardoseal se realizeaz din beton aditivat mpotriva fisurrii sau pe baz de ghips i la partea inferioar este realizat o barier de vapori i sunt izolate la termic.Se recomand amplasarea ramurilor serpentinelor alternativ (tur retur) cu pasul 7,5 30 cm i lungimi ale serpentinelor care s nu depeasc 100 m. n figura 5.19 sunt prezentate cteva exemple de configurare ale serpentinelor utilizate curent n practic.Spirala dubl asigur rezistene hidraulice minime (coturi cu raze mari), posibilitatea de realizrii de pai mici (flux termic specific sporit) n zonele perimetrale dar implic o trasare precis traseului serpentinei.Configurarea n meandre duble este mai puin pretenioas la execuie dar, la pai mici, raza de curbur a evii interioar este mic determinnd creterea rezistenei hidraulice locale.

CLIMA6.7.1 Procesul de nclzire a aerului umed cu o suprafa uscat

Acest proces se realizeaz atunci cnd aerul umed preia energia termic (spal) a unei suprafee calde, uscate cum ar fi suprafaa unei baterii de nclzire, a unui calorifer, etc (fig. 6.6).

Deoarece suprafaa cald este uscat, umiditatea absolut a aerului umed rmne constant iar raportul de termoumiditate are valoarea .

Fig. 6.6 Reprezentarea n diagrama h-x a procesului de nclzire cu o suprafa uscatn procesul de nclzire uscat ceilali parametri au urmtoarea evoluie: umiditatea absolut a aerului umed rmne constant . umiditatea relativ scade ; temperatura aerului crete ; temperatura de rou rmne constant ; temperatura termometrului umed crete ; volumul specific crete ; entalpia specific crete ; presiunea parial a vaporilor rmne constant fiind un parametru dependent de umiditatea absolut;

- raportul de termoumiditate are valoarea .Identic, urmrind evoluia lor n diagram, se poate stabili i evoluia celorlali parametri la saturaie izoterm sau adiabatic.Din punct de vedere al transferului de cldur procesul de nclzire uscat are loc cu transfer de cldur dinspre suprafaa cald spre aerul umed:

[kJ/kg aer uscat](6.41)

[kW](6.42)iar din punct de vedere al transferului de mas (vapori de ap) debitul de umiditate schimbat este:

[kg/kg aer uscat](6.43)

[kg/s](6.44)

6.7.2 Procesul de rcire a aerului umed cu o suprafa uscat

Acest proces se realizeaz atunci cnd aerul umed cedeaz energie termic (spal) unei suprafee reci, uscate cum ar fi suprafaa unei baterii de rcire, a unui vaporizator etc (fig. 6.7).

Fig. 6.7 Reprezentarea n diagrama h-x a procesului de rcire cu o suprafa uscatAcest proces fundamental are dou cazuri distincte i anume:

a) atunci cnd temperatura suprafeei solide (egal n cazul procesului teoretic cu temperatura final a aerului) este mai mare dect temperatura punctului de rou al strii iniiale . n acest caz, procesul este inversul procesului de nclzire i ca atare:

- umiditatea absolut a aerului umed rmne constant . umiditatea relativ crete ; temperatura aerului scade ; temperatura de rou rmne constant ; temperatura termometrului umed scade ; volumul specific scade ; entalpia specific scade ; presiunea parial a vaporilor rmne constant fiind un parametru dependent de umiditatea absolut;

- raportul de termoumiditate are valoarea .Acest proces are loc cu transfer de cldur de la aerul umed nspre suprafaa rece:

;(-)[kJ/kg aer uscat] (6.45)[kW](6.46)iar din punct de vedere al transferului de mas (vapori de ap) debitul de umiditate schimbat este:


[kg/s](6.48)

b) cnd temperatura suprafeei este mai mic dect temperatura punctului de rou al strii iniiale . n acest caz, procesul se desfoar identic cu cazul a) pn la atingerea strii de saturaie. Odat cu rcirea sub temperatura punctului de rou o parte din vapori condenseaz i se separ astfel nct evoluia aerului se face pe curba de aer umed saturat pn n punctul B2. Pe ansamblu, convenional procesul se reprezint prin segmentul de dreapt A B2.

- umiditatea absolut a aerului umed scade . umiditatea relativ crete la valoarea maxim ; temperatura aerului scade ; temperatura de rou scade ; temperatura termometrului umed scade ; volumul specific scade ; entalpia specific scade ; presiunea parial a vaporilor scade fiind un parametru dependent de umiditatea absolut;

- raportul de termoumiditate are valoare finit pozitiv .Acest proces are loc cu transfer de cldur de la aerul umed nspre suprafaa rece:

;[kJ/kg aer uscat] (6.49)

[kW](6.50)iar din punct de vedere al transferului de mas (vapori de ap) debitul de umiditate schimbat este:


[kg/s](6.52)6.7.3 Amestecarea mai multor cantiti de aerului umedProcesul este realizat ntr-o camer de amestec. Se consider n debite de aer umed care se amestec ntr-o camer de amestec rezultnd un debit de aer umed amestecat de parametri medii (m) (fig. 6.8). Strile debitelor de aer umed L este precizat de valorile entalpiei specifice h i a umiditii absolute x.

Fig. 6.8 Procesul de amestec a mai multor cantiti de aer umedPentru determinarea strii finale, considernd un proces staionar, scriem ecuaia de bilan masic n unitatea de timp pentru amestec:

[kg/s](6.53)ecuaia de bilan masic pentru componenta vapori de ap are forma:

[kg vapori de ap/s](6.54)i ecuaia de bilan energetic n unitatea de timp este:

[kW](6.55)

necunoscutele i se pot uor determina:

[kg / kg aer uscat](6.56)

[kJ/kg aer uscat](6.57)n cele mai multe cazuri, n instalaiile de condiionare se amestec dou debite de aer umed, caz n care problema are i o rezolvare grafic (fig. 6.9). Chiar i amestecurile multiple problema se reduce la amestecul succesiv a cte dou cantiti de aer umed.Bilanurile masic i energetic pentru dou cantiti de aer au forma:

[kg vapori de ap/s](6.58)

[kW](6.59)i grupnd termenii obinem scrie:

[kg vapori de ap/s](6.60)

[kW](6.61)

Fig. 6.9 Reprezentarea n diagrama h-x a procesului de amestec a dou debite de aer umedi mprind expresiile obinem:

[kJ / kg vapori](6.62)sau:

(6.63)Expresia (6.58) poart numele de legea prghiilor pentru amestecul izobar i adiabatic a dou debite de aer umed. Starea final a amestecului se gsete pe segmentul de dreapt care unete strile celor dou debite de aer umed i mparte segmentul n pri inversproporionale cu debitele de aer ale celor dou stri.Parametrilor aerului umed amestecat sunt media ponderat cu debitul a parametrilor debitelor de aer amestecate.

n cazul n care starea aerului umed amestecat cade n domeniul de cea, din sistem se separ ap lichid dup o evoluie la pn pe curba de saturaie i aerul devine saturat.6.7.4 Tratarea cu abur a aerului umed Tratarea cu abur a aerului umed se realizeaz prin injecia de abur n curentul de aer, ntr-o camer de tratarea cu abur (CTAb) sau, n multe cazuri n special n spaiile industriale, chiar prin laminarea aburului n incinta climatizat. Pentru realizarea acestui proces este nevoie de o surs de abur (saturat sau supranclzit) care s produc abur fr mirosuri tehnologice (miros de cazan).Uzual se utilizeaz cazane electrice cu suprafee din oel inoxidabil sau generatoare de abur steril din otel inoxidabil.Prin injecia de abur, se transfer aerului umed mas (vapori de ap) i cldur (entalpia aburului). Ca atare procesul este un proces de complex de transfer de cldur i mas.Raportul de termoumiditate al procesului are expresia:

[kJ/kg vapori](6.64)Pentru aburul saturat i supranclzit entalpia este egal practic cu cldura latent de vaporizare ntruct ceilali termeni din expresie sunt neglijabili cantitativ:

[kJ/kg vapori](6.65)Se poate aprecia c procesul se desfoar, practic izoterm pentru toate temperaturile aerului umed (fig. 6.10).

Fig. 6.10 Reprezentarea n diagrama h-x a procesului tratare cu abur a aerului umedCu alte cuvinte aerul umed nglobeaz n structur de vapori de ap cu temperatura peste 100 C care nu sufer o transformare de faz i care, prin rcirea lor pn la temperatura aerului umed, nu pot influena sensibil termic temperatura aerului umed din cauza cantitii foarte mici.Evoluia parametrilor este urmtoarea:

- umiditatea absolut a aerului umed crete ; umiditatea relativ crete ; temperatura aerului rmne constant ; temperatura de rou crete ; temperatura termometrului umed crete ; volumul specific crete ; entalpia specific crete ; presiunea parial a vaporilor crete fiind un parametru dependent de umiditatea absolut;

- raportul de termoumiditate are valoarea [kJ/kg aer uscat].Cldura transferat n proces spre aerul umed este:

;[kJ/kg aer uscat] (6.66)[kW](6.67)i masa de vapori transferat este:

;[kg/kg aer uscat] (6.68)[kW](6.69)

6.7.5 Tratarea cu ap a aerului umed Tratarea cu ap a aerului umed se realizeaz ntr-o camer de tratare cu ap prin pulverizarea acesteia n curentul de aer sau prin preluarea acesteia de pe suprafee umede. Procesul de tratare este un proces politropic de transfer de cldur i mas (fig.6.11).

Fig. 6.11 Reprezentarea n diagrama h-x a procesului tratare cu ap a aerului umed

Pentru presiunea atmosferic la care funcioneaz instalaiile de condiionare, domeniul de temperaturi n care apa exist n faz lichid este .

ntr-un proces teoretic de tratare cu ap n contracurent, aerul umed ajunge practic la saturaie i cu temperatura final egal cu a apei de tratament - starea curent B.Funcie de temperatura apei tratament, procesele de transformare de stare suferite de aerul umed sunt:

domeniul 1: cnd - procese de nclzire i umidificare ;

domeniul 2: cnd - procese de rcire i umidificare cu creterea entalpiei specifice ;

La limit, cnd temperatura apei de tratament este procesul de umidificare este un proces adiabatic cu descris la definirea temperaturii termometrului umed. Acest proces foarte uor de realizat i controlat ntr-o camer de tratare cu ap CTA prin recircularea apei de tratament din tav;

domeniul 3: cnd - procese de rcire i umidificare dar cu scderea entalpiei specifice ;

La limit, cnd temperatura apei de tratament este procesul de umidificare nceteaz iar procesul este un proces de rcire uscat identic cu procesul de rcire cu o baterie de rcire .

domeniul 4: cnd - procese de rcire i uscare ;n cazurile practice caracterizate de lungimi finite ale camerei de tratare cu ap, procesul de umidificare nu reuete saturaia complet i se ajunge la o umiditate relativ de =90-95%.n toate aceste cazuri particulare se pot urmri uor pe diagram evoluiile parametrilor aerului umed.

6.7.6 Uscarea chimic a aerului umed utiliznd substane higroscopiceUscarea aerului folosind substane higroscopice numit i uscare chimic se bazeaz pe proprietatea acestora de a ngloba n structur ap n faz lichid.

Fig. 6.12 Reprezentarea n diagrama h-x a procesului de uscare chimic a aerului umed Procesul se realizeaz trecnd aerul printr-o camer de uscare chimic (CUC) care are o umplutur mbibat cu o substan higroscopic lichid sau o umplutur solid poroas format din cristalele substanei higroscopice. Cele mai utilizate substane higroscopice sunt silicagelul (SiO2), alumogelul (Al2O3), soluia apoas de clorur de calciu (CaCl), de clorur de magneziu (MgCl), de clorur de litiu (LiCl) etc.Substana higroscopic gsete vapori de ap n aerul umed care, prin condensare, elibereaz cldura latent de vaporizare cednd-o aerului i umpluturii (care se nclzesc), i nglobeaz apa lichid n structur.

Procesul se desfoar la entalpie constant (deoarece sistemul nu schimb cldur cu mediul), n sensul creterii temperaturii . n practic, instalaiile de uscare utilizeaz alternativ dou umpluturi, una n proces i una aflat la regenerare.Evoluia parametrilor este urmtoarea:

- umiditatea absolut a aerului umed scade ; umiditatea relativ scade ; temperatura aerului crete ; temperatura de rou scade ; temperatura termometrului umed este aceeai ; volumul specific crete ; entalpia specific rmne constant ; presiunea parial a vaporilor crete fiind un parametru dependent de umiditatea absolut;

- raportul de termoumiditate are valoarea [kJ/kg aer uscat].6.13.1.1 Tratarea complex a aerului umed n regim de iarn cu o baterie de prenclzire (cazul general)Pentru studiul procesului de tratare complex sunt cunoscute:

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea interioar a aerului () precizat de condiiile tehnologice i (sau) de confort;

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea exterioar a aerului (). Temperatura exterioar, este precizat de STAS 1907 iar umiditate relativ are valoarea de = 80% pentru toate localitile;

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea de introducerea a aerului n incint () cu parametri calculai cu relaiile (6.90), (6.91).

debitul de aer proaspt i de climatizare ;

Fig. 6.21 Succesiunea proceselor fundamentale i componena centralei de tratare a aerului pentru procesul de tratare complex n regim de iarn (cazul general)Din considerente economice aerul evacuat din instalaie cedeaz din energia termic aerului proaspt prenclzindu-l. Succesiunea proceselor fundamentale (fig. 6.21) este urmtoarea :

1) Procesul de prenclzire recuperativ realizat n schimbtorul de cldur aer-aer unde aerul evacuat de debit cedeaz o parte din energia termic sensibil aerului proaspt de debit . Cldura specific transferat n schimbtorul recuperativ este:

;[kJ/kg] (6.103)

unde (0,40,9) este coeficientul de recuperare a cldurii.

Procesul de prenclzire este unul de nclzire uscat astfel c starea a aerului prenclzit va avea umiditatea absolut egal cu a aerului exterior i entalpia determinat de ecuaia de bilan:

;[kJ/kg] (6.104)

Starea final a aerului evacuat este starea cu sau i entalpia determinat de ecuaia de bilan:

;[kJ/kg] (6.105)Schimbtorul de cldur recuperator va avea puterea termic:

;[kW] (6.106)

2) Procesul de amestecare dintre debitul de aer recirculat cu parametri interiori i debitul de aer proaspt de parametri . Starea aerului amestecat se determin grafic n diagrama h-x astfel nct s mpart invers proporional cu debitele de aer amestecate segmentul , conform legii prghiilor pentru procesul de amestec:

;[-] (6.107)de unde rezult:

;[kg vap./kg a.u.] (6.108)sau:

;[kJ/kg a.u.] (6.109)Procesul de amestec se realizeaz ntr-o camer de amestec CA, fr schimb de cldur i umiditate.

Pentru sistemele de ventilaie jos sus aerul recirculat are starea , diferit de starea aerului interior (n zona de lucru) i deci, calculul parametrilor de amestec se face n aceste condiii.

3) Procesul de prenclzire cu o baterie de prenclzire, este un proces de nclzire uscat astfel c starea a aerului prenclzit va avea umiditatea absolut egal cu a aerului amestecat .

Punctul are entalpia egal cu punctului de , . Punctul are umiditatea absolut egal cu a punctului i umiditatea relativ . Cldura specific transferat aerului n procesul de prenclzire se calculeaz cu relaia:

;[kJ/kg] (6.110) Fluxul termic transferat aerului, care reprezint puterea termic de calcul a bateriei de prenclzire i se determin cu relaia:

;[kW] (6.111)

4) Procesul de umidificare adiabatic, se desfoar la entalpie constant . Punctul final al procesului de umidificare are aceeai umiditate absolut cu a punctului de climatizare i se gsete n mod teoretic n stare de aer saturat dar, n realitate, umiditatea lui relativ este ( funcie de performana umidificrii cu ap.Procesul de umidificare adiabatic se realizeaz ntr-o camer de tratare cu ap (CTA) prin recircularea apei din tav.Umiditate absolut specific a procesului de tratare cu ap este:

;[kg] (6.112)Sarcina de umiditate (debitul de ap) a camerei corespunde umiditii schimbate de proces i este:

;[kg/s] (6.113)

5) Procesul de nclzire final se realizeaz cu o baterie de nclzire, se desfoar la umiditate absolut constant .Cldura specific transferat aerului n procesul de nclzire final se calculeaz cu relaia:

;[kJ/kg] (6.114)

Fluxul termic transferat aerului, care reprezint puterea termic de calcul a bateriei de nclzire final i se determin cu relaia:

;[kW] (6.115)

Transformarea politrop este procesul pe care-l sufer aerul interior n incint prelund umiditatea i cednd cldura specific .

Diferena de presiune activ necesar nvingerii cderilor de presiune aeraulic din centrala de condiionare i de pe traseele de aer este furnizat de ventilatoarele instalaiei consumatoar e de energie superioar (energie electric - lucru mecanic).Din cauza frecrilor (cderi de sarcin) pe traseu, aceast energie este transformat n cldur astfel nct aerul umed sufer pe lng transformrile enumerate i modificri ale parametrilor entalpie i presiune total. Aceste influene nu au fost considerate n analiz.

6.13.1.2 Tratarea complex a aerului umed n regim de iarn fr baterie de prenclzire

Situaia este specific incintelor care nu necesit debite importante de aer proaspt. n acest caz, n care debitul de aer proaspt este mic, amplasarea a punctului de amestec de calcul este n apropierea punctului , respectiv (fig. 6.22).

n acest caz bateria de prenclzire din schema general nu mai este util i este eliminat. Adaptarea procesului se realizeaz prin modificarea dinamic a procentului de aer proaspt (din clapetele de reglare ale camerei de amestec) n aa fel nct punctul de amestec de calcul s alunece n poziia de unde procesul de tratare complex s fie continuat ca n cazul precedent.

Fig. 6.22 Succesiunea proceselor fundamentale i componena centralei de tratare a aerului pentru procesul de tratare complex n regim de iarn fr baterie de prenclzirePentru studiul procesului de tratare complex sunt cunoscute:




debitul de aer proaspt i de climatizare ; Din considerente economice aerul evacuat din instalaie cedeaz din energia termic aerului proaspt prenclzindu-l. Succesiunea proceselor fundamentale (fig. 6.22) este urmtoarea :


;[kJ/kg] (6.116)



;[kJ/kg] (6.117)



;[kW] (6.119)








;[kg/s] (6.124)


;[kJ/kg] (6.125)


;[kW] (6.126)


Diferena de presiune activ necesar nvingerii cderilor de presiune aeraulic din centrala de condiionare i de pe traseele de aer este furnizat de ventilatoarele instalaiei consumatoare de energie superioar (energie electric - lucru mecanic).Din cauza frecrilor dintre straturile de aer (cderi de sarcin) pe traseu, aceast energie este transformat n cldur astfel nct aerul umed sufer pe lng transformrile enumerate i modificri ale parametrilor entalpie i presiune total. Aceste influene nu au fost considerate n analiz.6.13.1.3 Tratarea complex a aerului umed n regim de iarn numai cu aer proaspt Acest caz este ntlnit foarte ntlnit n practic n sistemele care asigur numai aerul proaspt la parametri de confort sau n incinte n care noxele degajate nu permit recircularea aerului interior. Pentru recuperarea cldurii din aerul evacuat este recomandabil montarea unui schimbtor de cldur (n plci, compact cu suprafee extinse, regenerativ, pomp de cldur etc) care s transfere energia termic aerului proaspt. Pentru studiul procesului de tratare complex sunt cunoscute:



amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea de introducerea a aerului n incint () cu parametri calculai cu relaiile (6.90), (6.91). debitul de aer proaspt ; Din considerente economice aerul evacuat din instalaie cedeaz din energia termic aerului proaspt prenclzindu-l. Succesiunea proceselor fundamentale (fig. 6.23) este urmtoarea :


;[kJ/kg] (6.127)



;[kJ/kg] (6.128)

Fig. 6.23 Succesiunea proceselor fundamentale i componena centralei de tratare a aerului pentru procesul de tratare complex n regim de iarn numai cu aer proaspt


;[kW] (6.130)


Punctul are entalpia egal cu punctului de , . Punctul are umiditatea absolut egal cu a punctului i umiditatea relativ . Cldura specific transferat aerului n procesul de prenclzire se calculeaz cu relaia:


;[kW] (6.132)



;[kg/s] (6.134)


;[kJ/kg] (6.135)


;[kW] (6.136)


Diferena de presiune activ necesar nvingerii cderilor de presiune aeraulic din centrala de condiionare i de pe traseele de aer este furnizat de ventilatoarele instalaiei consumatoare de energie superioar (energie electric - lucru mecanic).Din cauza frecrilor (cderi de sarcin) pe traseu, aceast energie este transformat n cldur astfel nct aerul umed sufer pe lng transformrile enumerate i modificri ale parametrilor entalpie i presiune total. Aceste influene nu au fost considerate n analiz.

6.13.1.8 Tratarea complex a aerului umed n regim de iarn utiliznd umidificarea izoterm (tratarea cu abur)Avantajul utilizrii acestei scheme de tratament const n compactitatea i simplitatea ei. Ea este utilizat n condiiile n care nu este necesar splarea aerului recirculat nainte de introducerea n incint (incinte fr degajrile de mirosuri etc).Pentru utilizarea ei este nevoie de abur saturat uscat preparat n condiii speciale (lipsa mirosului specific de cazan).Pentru studiul procesului de tratare complex sunt cunoscute:




debitul de aer proaspt i de climatizare ; Din considerente economice aerul evacuat din instalaie cedeaz din energia termic aerului proaspt prenclzindu-l. Succesiunea proceselor fundamentale (fig. 6.27) este urmtoarea :


;[kJ/kg] (6.168)



;[kJ/kg] (6.169)

Fig. 6.27 Succesiunea proceselor fundamentale i componena centralei de tratare a aerului pentru procesul de tratare complex n regim de iarn utiliznd umidificare izoterm



;[kW] (6.171)







Punctul are temperatura de punctului de climatizare , . Cldura specific transferat aerului n procesul de prenclzire se calculeaz cu relaia:


;[kW] (6.176)

4) Procesul de umidificare izoterm, se desfoar la temperatur constant i const n injecia de abur saturat n aerul prenclzit.Procesul de umidificare izoterm se realizeaz ntr-o camer de tratare cu abur (CTAb) prin injecia aburului saturat.Umiditate absolut specific a procesului de tratare cu abur este:


;[kg/s] (6.178)


6.13.2.1 Tratarea complex a aerului umed n regim de var ntr-o singur treapt de rcire i uscare, cu o camer de tratare cu ap

Aceast schem se utilizeaz atunci cnd temperatura sursei de ap de rcire, disponibil (ap de pu, ap rcit ntr-o instalaie de frig) este suficient de sczut pentru asigurarea realizarea procesului politropic de rcire i uscare necesar (fig. 6.28). Pentru studiul procesului de tratare complex sunt cunoscute:

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea interioar a aerului precizat de condiiile tehnologice i (sau) de confort;

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea exterioar a aerului pentru locaia n discuie precizate de STAS 6648/2);

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea aerului la introducere n incint cu parametri calculai anterior;

debitul de aer proaspt i de climatizare ; temperatura apei de rcire ; Succesiunea proceselor fundamentale este urmtoarea:

1) Procesul de rcire recuperativ realizat n schimbtorul de cldur aer-aer unde aerul exterior de debit cedeaz o parte din energia termic sensibil aerului evacuat de debit . Cldura specific transferat n schimbtorul recuperativ este:

;[kJ/kg] (6.179)

unde (0,30,6) este coeficientul de transfer al cldurii.

Procesul de rcire recuperativ este unul de rcire uscat astfel c starea a aerului rcit va avea umiditatea absolut egal cu a aerului exterior i entalpia determinat de ecuaia de bilan:

;[kJ/kg] (6.180)

Starea final a aerului evacuat este starea cu i entalpia determinat de ecuaia de bilan:

;[kJ/kg] (6.181)Schimbtorul de cldur recuperator va avea puterea termic de var:

;[kW] (6.182)




;[kJ/kg a.u.] (6.185)

Fig. 6.28 Succesiunea proceselor fundamentale i componena centralei de tratare a aerului pentru procesul de tratare complex n regim de var utiliznd rcirea cu o camer de tratare cu apProcesul de amestec se realizeaz ntr-o camer de amestec CA, fr schimb de cldur i umiditate.


3) Procesul de rcire cu uscare politropic, se desfoar ntr-o camer de tratare cu ap (CTA) fr recircularea apei din tav, cu temperatura de intrare a apei .

n acest proces are loc un transfer complex de schimb de cldur i umiditate ntre apa de tratament i aerul umed, care duce la rcirea acestuia i la scderea umiditi absolute. Teoretic procesul se realizeaz pn la saturarea aerului umed . n realitate umiditatea relativ final aparine domeniului .

Temperatura apei de tratament se alege astfel nct umiditate absolut a punctului s fie aceeai cu a punctului e climatizare respectiv . Umiditatea absolut specific eliminat din aer n urma procesului de tratare cu ap este:

;[kg] (6.186)Debitul suplimentar de ap evacuat din camera de tratare cu ap (sarcina de umiditate) al camerei corespunde umiditii schimbate n proces este:

;[kg/s] (6.187)Cldura specific extras din aer n urma procesului politropic de tratare cu ap este:

;[kg] (6.188)

iar fluxul termic extras aerului umed de apa de tratament este:

;[kW] (6.189)unde: [kg/s] reprezint debitul apei de rcire; [kJ/kgK] este capacitate acaloric specific a apei de rcire; [C] temperaturile de ieire i intrare ale apei de rcire

ntruct sunt cunoscute temperaturile apei la intrarea i ieire din camera de tratare cu ap, (), debitul aerului de climatizare i entalpiile specifice ale strilor iniial i final n proces, se determin debitul maxim al apei de rcire n perioada de var:

;[kg/s] (6.190)


;[kJ/kg] (6.166)

Fluxul termic transferat aerului, care reprezint puterea termic de var a bateriei de nclzire final i se determin cu relaia:

;[kW] (6.191)

Transformarea politrop este procesul pe care-l sufer aerul interior n incint prelund umiditatea i extrgnd aerului interior cldura specific .


6.13.2.2 Tratarea complex a aerului umed n regim de var ntr-o singur treapt de rcire i uscare, cu o baterie de rcire

Aceast variant de tratare complex se utilizeaz atunci cnd temperatura sursei de ap de rcire, disponibil (ap de pu, ap rcit ntr-o instalaie de frig) nu este suficient de sczut pentru asigurarea realizarea procesului politropic de rcire i uscare, (fig. 6.29).n acest caz procesul de rcire i uscare se realizeaz cu o baterie de rcire avnd ca agent de rcire ap, ap+glicoli, freon n detent, etc.Pentru studiul procesului de tratare complex sunt cunoscute:

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea interioar a aerului precizat de condiiile tehnologice i (sau) de confort;

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea exterioar a aerului pentru locaia n discuie precizate de STAS 6648/2);

amplasarea n diagrama de aer umed a punctului reprezentnd starea aerului la introducere n incint cu parametri calculai anterior;

debitul de aer proaspt i de climatizare ; temperatura apei de rcire ; Succesiunea proceselor fundamentale este urmtoarea:

1) Procesul de rcire recuperativ realizat n schimbtorul de cldur aer-aer unde aerul exterior de debit cedeaz o parte din energia termic sensibil aerului evacuat de debit . Cldura specific transferat n schimbtorul recuperativ este:

;[kJ/kg] (6.192)

unde (0,30,6) este coeficientul de transfer al cldurii.

Procesul de rcire recuperativ este unul de rcire uscat astfel c starea a aerului rcit va avea umiditatea absolut egal cu a aerului exterior i entalpia determinat de ecuaia de bilan:

;[kJ/kg] (6.193)

Starea final a aerului evacuat este starea cu i entalpia determinat de ecuaia de bilan:

;[kJ/kg] (6.194)Schimbtorul de cldur recuperator va avea puterea termic de var:

;[kW] (6.195)






Fig. 6.29 Succesiunea proceselor fundamentale i componena centralei de tratare a aerului pentru procesul de tratare complex n regim de var utiliznd rcirea cu o baterie de rcire

3) Procesul de rcire cu bateria de rcire, cu temperatura suprafeei . n proces aerului umed se rcete sub temperatura de rou astfel c umiditatea n exces se separ i se dreneaz din tava de condens.

Teoretic procesul se realizeaz pn la saturarea aerului umed dar practic procesul are loc pn la temperatura care corespunde strii . Temperatura punctului se seteaz astfel nct .Umiditatea absolut specific eliminat din aer n urma procesului de rcire este:

;[kg] (6.199)Debitul de condens evacuat din tava bateriei de rcire n proces este:

;[kg/s] (6.200)Cldura specific extras din aer n urma procesului politropic de tratare cu ap este:

;[kg] (6.201)iar fluxul termic extras aerului umed care reprezint sarcina termic a bateriei de rcire este:

;[kW] (6.202)

4) Procesul de umidificare adiabatic, se desfoar la entalpie constant .

Scopul procesul este de eliminare a mirosurilor din aerul recirculat din acest motiv e de preferat ca s nu implice cheltuieli importante adic .

Punctul final al procesului de umidificare are aceeai umiditate absolut cu a punctului de climatizare i se gsete n mod teoretic n stare de aer saturat dar, n realitate, umiditatea lui relativ este ( funcie de performana umidificrii cu ap.Procesul de umidificare adiabatic se realizeaz ntr-o camer de tratare cu ap (CTA) prin recircularea apei din tav.Umiditate absolut specific a procesului de tratare cu ap este:

;[kg] (6. 203)Sarcina de umiditate (debitul de ap) a camerei corespunde umiditii schimbate de proces i este:

;[kg/s] (6. 204)


;[kJ/kg] (6. 205)

Fluxul termic transferat aerului, care reprezint puterea termic de var a bateriei de nclzire final i se determin cu relaia:

;[kW] (6. 206)

Transformarea politrop este procesul pe care-l sufer aerul interior n incint prelund umiditatea i extrgnd aerului interior cldura specific .


EXAMEN

Documents

Transcript of EXAMEN