UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI

FACULTATEA DE INSTALATII

INSTALATII DE INCALZIRE

PROIECT DE DIMENSIONARE AL INSTALATIEI DE INCALZIRE

AFERENTE UNEI CLADIRI DE LOCUIT

Herzog Alexandra, anul III, grupa 1

An universitar 2013-2014

MEMORIU JUSTIFICATIV

Prezentul proiect prezinta dimensionarea unei instalatii de incalzire pentru o cladire de

locuit. Imobilul este construit in orasul Bucuresti, aflat in zona climatica 2 si zona eoliana 2.

In primul capitol s-a stabilit componenta fiecarui element de constructii si s-au calculat

rezistentele termice. Pentru elementele de constructii exterioare s-a determinat grosimea stratului

de izolatie in functie de rezistenta termica minima, conform normativului C107.

Conform STAS 1907, s-a determinat necesarul de caldura pentru fiecare incapere,

temperaturile interiore adoptate pe baza aceluiasi standard.

Reteaua de conducte pentru circuitele tur-retur ale instalatiei se va realiza din polietilena si

se va monta in sapa pardoselii pentru alimentarea radiatoarelor. Pentru fiecare apartament se

prevede câte un MTH ce permite alocarea eficienta si contorizarea agentului termic furnizat. Pentru

distributia agentului termic la nivelul apartamentului se va utiliza distributia radiala. Coloanele

verticale ce urmeaza sa alimenteze circuitele pe fiecare apartament vor fi realizate din otel, pentru

a fi asigurata stabilitatea si o rezistenta buna mecanica a acestora.

BREVIAR DE CALCUL

Calculul rezistentelor termice si verificarea conformitatii acestora. Alegerea grosimii

stratului de izolatie

Rezistentele termice specifice ale elementelor de constructie se calculeaza cu relatia:

R0=Ri + ΣRk + Re [m2K/W], unde:

R0 - rezistenta termica unidirectionala [m2K/W];

Ri, Re - rezistentele termice superficiale

Rk - rezistentele termice ale straturilor omogene al elementului de constructii:

Rk = k

k b, unde:

δ - grosimea stratului [m]

λ - conductivitatea termica a materialului [W/mK]

b – coeficient de calitate ce tine cont de tehnologia de fabricatie a elementelor de constructie

Din tabelul nr.1 din tema de proiectare data, se calculeaza rezistenta termica a fiecarui strat

al elementelor de constructie, dupa care, ca suma a acestora, se calculeaza rezistenta termica a

elementelor de constructii.

Conform C107/3-1997, pentru rezistentele termice superficiale se considera:

pentru terasa si peretii exteriori: Ri=0,125 m2K/W, Re=0,042 m2K/W

pentru planseu: Ri=0,167 m2K/W, Re=0,084 m2K/W

pentru peretii interiori: Ri=Re=0,125 m2K/W

Se calculeaza:

R0PE=0,125+0,365+0,042=0,532 m2K/W

R0PLc=0,167+0,233+0,084=0,484 m2K/W

R0PLr=0,167+0,144+0,084=0,395 m2K/W

R0TE=0,125+0,439+0,042=0,606 m2K/W

R0PI=0,125+0,309+0,125=0,559 m2K/W

Rezistentele astfel calculate trebuie corectate, conform normativului C107, datorita

pierderilor de caldura prin puntile termice ale elementelor de constructii. Astfel, normativul

prevede urmatorii coeficienti: pentru terasa si peretii exteriori ai cladirii de 20% si de 25% prin

planseul acesteia.

Se determina rezistentele medii corectate:

R’0PE=R0PE0,8=0,5320,8=0,426 m2K/W

R’0TE=R0TE0,8=0,6060,8=0,485 m2K/W

R’0PLc=R0PLc0,75=0,4840,75=0,363 m2K/W

R’0PLr=R0PLr0,75=0,3950,75=0,296 m2K/W

Rezistenta minima necesara R0nec trebuie sa fie cel putin egala cu rezistenta maxima din

conditia: R0nec=max(R0

CD; R0CF; R0

EC), unde:

R0CD

– rezistenta minima din conditia de condensare

R0CF – rezistenta minima de asigurare a confortului

R0EC – conditia economica (costuri minime de investitie)

Se calculeaza:

R0CD = R i

i− e

i− ( +1 ), unde:

i =temperatura interioarae =temperatura exterioara=temperatura punctului de roua

R0CF= R i

i− eimax , unde imax = {4, pentru peretii exteriori

3, pentru terasa exterioara2, pentru planseul peste subsol

R0CD

TE, PE =0,125 20+1520−(12+1 )

=0,625m2K /W

R0CD

PL =0,167 20+1520−(12+1 )

=0,835m2 K /W

R0CF

PE =0,125 20+154

=1,094 m2 K /W

R0CF

TE =0,125 20+153

=1,458m2K /W

R0CF

PL =0,167 20+152

=2,923m2 K /W

Din C107/1, valorile pentru R0EC sunt urmatoare: pentru peretii exteriori 1,8 m2K/W, pentru

terasa exterioara 5 m2K/W si pentru planseul peste subsol 2,9 m2K/W.

R0nec

PE=max(R0CD

PE; R0CF

PE; R0EC

PE)=max(0,625; 1,094; 1,8)=1,8 m2K/W

R0nec

TE=max(R0CD

TE; R0CF

TE; R0EC

TE)=max(0,625; 1,458; 5)=5 m2K/W

R0nec

PL=max(R0CD

PL; R0CF

PL; R0EC

PL)=max(0,835; 2,923; 2,9)=2,923 m2K/W

Se verifica, pentru fiecare element de constructie, daca R’0R0nec, in caz contrar, fiind

necesara introducerea unui strat termoizolator, facand astfel ca R’0+RizR0nec:

R’0PER0nec

PE , dar 0,426<1,8→ 0,426+RizPE1,8

R’0TER0nec

TE , dar 0,485<5→ 0,485+RizTE5

R’0PLcR0nec

PLc , dar 0,363<2,923 → 0,363+RizPLc2,923

R’0PLrR0nec

PLr , dar 0,296<2,923 → 0,296+RizPLr2,923

Riz=❑iz

❑iz biz

R ’0+❑iz

❑iz biz=R0

nec→❑iz=(R0nec – R ’0 )❑iz biz

izPE=(1,8-0,426)0,041,1=0,06 m=6 cm → 7 cm (poliuretan celular/expandat)

izTE=(5-0,485)0,041,1=0,199 m=19,9 cm → 20 cm (poliuretan rigid/extrudat)

izPLc=(2,923-0,363)0,041,1=0,113 m=11,3 cm → 12 cm (poliuretan rigid/extrudat)

izPLr=(2,923-0,296)0,041,1=0,116 m=11,6 cm → 12 cm (poliuretan rigid/extrudat)

Ca urmare a introducerii unei rezistente termice suplimentare data de prezenta

termoizolatiei, se recalculeaza rezistentele termice ale elementelor de constructii:

R’0(final)=R’0+Riz

R ’0PE(final)=0,426+ 0,07

0,04 1,1=2,017 m2 K/W

R ’0TE(final)=0,485+ 0,2

0,04 1,1=5,03 m2 K/W

R ’0PLc(final)=0,363+ 0,12

0,04 1,1=3,09 m2 K/W

R ’0PLr(final)=0,296+ 0,12

0,04 1,1=3,023 m2 K/W

Calculul coeficientului global de izolare termica G si verificarea acestuia cu coeficientul

global normat GN

Determinarea şi verificarea coeficientului global de izolare termica se face pentru cladirile

de locuit pe baza prevederilor din normativul C107/1.

Coeficientul global de izolare termica G tine cont de urmatoarele:

pierderile de caldura prin transmisie, aferente suprafetelor ce delimiteaza volumul incalzit al

cladirii

pierderile de caldura aferente reimprospatarii aerului interior

pierderile de caldura suplimentare datorate infiltratiilor de aer exterior

Coeficientul G se determina cu urmatoarea relatie:

G=(L j❑j )V

+0,34na , unde :

L j=A j

R j=coeficient de cuplaj termic(W /K )

Aj – aria elementului de constructie [m2]

Rj – rezistenta termica finala a elementului de constructie [m2K/W]

❑j=❑i−❑j

❑i−❑e=factorul decorectie a temperaturilor exterioare

pentru elementele exterioare de constructie: j=e → =1

pentru planseul peste subsol, j=12C → =(20-12)/(20+15)=0,23V – volumul interior incalzit al cladirii [m3]

na – numarul de schimburi de aer pe ora; se considera na=0,6 vol/h

Se determina:

AFE=280,3 m2

APE=1299,25 m2

APLc=450,32 m2

APLr=82,98 m2

ATE=533,3 m2

V=AH=533,813,8=7359,54 m3

G=∑(A

R )

V+0,34 na =

280,30,31

1+ 1299,252,017

1+ 450,323,09

0,23+ 82,983,023

0,23+ 533,35,03

1

7359,54+0,34 0,6==0,43 W/ m3 K

Se determina coeficientul normat de izolare termica GN, stabilit in functie de numarul de

niveluri si raportul intre aria anvelopei si volumul cladirii, GN=0,55 W/m3K si se compara cu valoarea

coeficientului G, calculat anterior: G=0,43<GN=0,55, deci prin aceasta conditie indeplinita, se verifica

nivelul de izolare termica globala a cladirii.

Calculul necesarului de caldura

Calculul necesarului de caldura se realizeaza conform STAS 1907 si priveste compensarea

termica a pierderilor de caldura prin transmisie (catre peretii exterior, terasa, planseul catre subsol

si ferestre) si cele pentru incalzirea aerului rece care intra in zonele incalzite, astfel incat in

respectivele incaperi sa poata fi mentinuta o anumita temperatura.

Q=QT tot(1+A0+Ac

100 )+Qi , unde :

Q=necesarul de incalzire al incaperii

QTtot=QT, QT=fluxul termic cedat prin transmisie, corespunzator diferentei de temperatura intre

interiorul si exteriorul elementelor de constructie care delimiteaza incaperea

QT=m S R

m=coeficient de masivitate termica a elementelor de constructie exterioare=1,225-0,05D

D=Rs24=indicele inertiei termice a elementului de constructie

S=aria suprafetei elementului de constructive

R=rezistenta termica corectata a elementului de constructive

=i-e ; e=temperatura exterioara conventionala; i=temperatura interioara conventionala

A0=adaosul pentru orientare (N:+5; E,V:0; S:-5)

Ac=adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci, in functie de rezistenta termica medie a

incaperii Rm, determinata cu relatia:

Rm=St QT

, unde St=suma suprafetelor incaperii

Qi=sarcina termica pentru incalzirea aerului infiltrat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor si a

aerului patruns la deschiderea acestora

Qi=max(Qi1;Qi2)

Qi1=necesarul de incalzire pentru aerul care intra in incapere datorat infiltratiilor sau deschiderii

usilor

Qi2=necesarul de incalzire pentru aerul necesar asigurarii unei calitati corespunzatoare a aerului

Q i1 =(E ( (i L) ) v4/3 +Qu )(1+A c

100 )E=coeficient ce tine seama de inaltimea cladirii; pentru un numar de etaje mai mic de 12, se

considera E=1

i=coeficient de infiltratii; depinde de tipul de fereastra; se considera i=0,0667

L=lungimea rosturilor prin care intra aerul; pentru tipul constructiv de ferestre existente in

prezentul proiect, se considera L=2l1+3l2

v=viteza vantului, dependent de zona eoliana in care se gaseste cladirea; cladirea pentru care se

proiecteaza instalatia de incalzire este amplasata in zona eoliana 2, unde v=5 m/s

Qu=necesarul de caldura pentru incalzirea aerului rece care intra in incapere datorat deschiderii

usilor catre exterior

Qu=0,31Sun, unde n=numarul de deschideri ale usilor pe ora; se considera n=4

Qi2=(na0Vcp+Qu)(1+Ac/100)

na0=numarul de schimburi de aer necesar in incapere; in functie de destinatia incaperilor, n a0 are

urmatoarele valori: pentru camere de locuit 0,2210-3, bucatarii 0,3310-3, baie 0,2810-3.

=densitatea aerului=1,2 kg/m3

cp=caldura specifica a aerului=1005 J/kgK

Se alege o incapere (U03), prezentandu-se metoda de calcul a necesarului de incalzire:

Cladirea pentru care se calculeaza necesarul de caldura se situeaza in zona climatica 2 a

Romaniei, caracterizata de o temperatura exterioara considerata conventional de -15C. In functie

de destinatia lor, pentru fiecare dintre incaperile cladirii se stabileste o temperatura conventionala

interioara, conform SR1907, dupa cum urmeaza: camere de zi, dormitoare, holuri: 20C, baie: 22C,

scari si coridoare exterioare apartamentului: 10C.

Incaperea U03 este un dormitor, deci va avea temperatura interioara i=20C.

Intr-un tabel de calcul, se centralizeaza datele necesare acestui calcul, pentru fiecare

element de constructie ce delimiteaza incaperea determinandu-se fluxul termic cedat catre

exterior, datorat diferentei intre temperatura interioara si cea exterioara incaperii. Calculul se

finalizeaza cu determinarea necesarului de caldura Q pentru incaperea U03, situata la ultimul etaj al

cladirii, sub terasa exterioara.

Denu

mire

Orie

ntar

e

Latim

e

Inal

time

Supr

afat

a

Num

ar

De sc

azut

In ca

lcul

R m θi Δθ QT ST Rm Ac L Qu Qi1 Qi2 Qi Q- - m m mp - mp mp mpK/w - K K W mp mpK/W - m W W W W W

FE S 1.20 1.3 1.56 1 1.56 0.31 1 35 176.13 6.3PE E 4.26 3 12.78 1 12.78 2.017 1.02 35 227.26PE S 3.12 3 9.35 1 1.56 7.79 2.017 1.02 35 138.57PI 4.57 3 13.70 1 13.70 0.559 1.09 -2 -53.3TE 16.56 1 16.56 5.03 1.01 35 116.59

605.26 93.23 5.39107 5.29 6.3 132.4 485.76 485.76 1123.05

Inca

pere

U03 20

Tabelul extins, ce descrie calculul necesarului de caldura pentru fiecare incapere a cladirii,

este cuprins in anexa 1.

Dimensionarea si alegerea corpurilor de incalzire

Pentru aceasta cladire, se vor alege corpuri de incalzire din aluminiu. Din fise tehnice pentru

acestea, se va stabili folosirea unuia sau mai multor tipuri de elementi, cu fluxuri specifice

corespunzatoare fiecarui tip. Pentru determinarea numarului de elementi (N) necesari pentru

incalzirea unei incaperi, valoarea necesarului de caldura (Q) rezultat pentru respectiva incapere va

trebui raportat la valoarea fluxului termic oferit de tipul elementului folosit (el) si la o serie de

coeficienti de corectie.

N=Qincapere

el cm cr cv ch c t

cm =coeficient de corectie ce tine cont de locul de montare {sub fereastra exterioara →cm =1sub glaf / carcasa gaurita→cm=0,97langa perete interior →cm =0,91

cr=coeficient ce tine seama de modul de racordare

cv=coeficient ce tine seama de tipul de vopsea de pe corpurile de incalzire

ch =coeficient ce tine seama de altitudinea deasupra nivelului marii {<500 m →ch =0,970 m →ch =11000 m →ch =0,95

ct=coeficient de corectie pentru diferite medii de temperatura, altele decat cea nominala

c t=( ’❑ )

43 , unde=(❑r+❑t

2 )−❑i;❑r=70C ,❑t=90C→pentru ’=, c t=1

Instalatia de incalzire a acestei cladiri va fi prevazuta cu radiatoare noi, deci coeficientul cv va

avea valoare cv=1; de asemeni, cladirea fiind amplasata in Bucuresti, altitudinea la care se gaseste

este mai mica de 500 m, deci coeficientul ch va avea valoarea ch=0,97.

Pentru incaperea U03, necesarul de caldura este cel determinat anterior, Q incapere=1123,05

W. Se alege utilizarea elementilor din aluminiu, model HABITAT 70, cu variantele 500/70 sau 600/70

(fisa tehnica in anexa 2); pentru incaperea U03, se opteaza pentru folosirea elementilor tip HABITAT

70 /500/70, care au, fiecare, o putere nominala el=101 W/el. Se determina, astfel, numarul

necesar de elementi:

N=Qincapere

el cm cr cv ch c t=1123,05

101 1 1 1 0,95 1=11,46

Aceasta valoare se aproximeaza superior si se opteaza pentru utilizarea unui numar de 15

elementi, pentru facilitarea comenzii catre furnizor, dorindu-se a se cere un numar cat mai mic de

variante constructive de radiatoare.

Qincapere Φel cm cr cv ch ct N Nfinal QinstW W/el. - - - - - elem. elem. elem.

U03 1123.05 101 1 1 1 0.97 1 11.46 15 1515

Incapere

Astfel, rezulta o putere instalata pe radiator Qinst=15101=1515 W.

Aceeasi metoda de calcul se aplica fiecarei incaperi a cladirii, datele obtinute fiind

inregistrate in anexa 3.

Dimensionarea instalatiei interioare de incalzire

Pentru realizarea instalatiei interioare de incalzire a cladirii in discutie, se opteaza pentru o

distributie radiala, in pardoseala. In scopul dimensionarii instalatiei, trebuie parcurse o serie de

etape:

1. Stabilirea schemei de calcul pentru cel mai dezavantajat consumator.

2. Calculul lungimilor tronsoanelor

3. Stabilirea parametrilor agentului termic

tur=90C, retur=70C; 90C=965,34 kg/m3, 70C=977,81 kg/m3 →

→=(977,81-965,34)=12,47 kg/m3

4. Stabilirea materialelor din care este realizata instalatia; asa cum s-a precizat si in memoriul

tehnic al proiectului, coloanele verticale vor fi realizate din otel, iar distributia agentului

termic de la coloane catre consumatori se va executa din polietilena.

5. Calculul presiunii la baza coloanei, reprezentata de necesarul de presiune, deci de pierderile

de sarcina de pe traseul cel mai dezavantajat din punct de vedere hydraulic; acestea trebuie

sa se incadreze intr-un interval dat, oferit de valorile HDCmin si HDC

max.

6. Calculul puterii termice/debitului de caldura pentru fiecare tronson.

Se stabileste coloana din schema de mai jos ca cea mai dezavantajata din punct de vedere

hidraulic, fiind cea mai indepartata de punctul termic existent. Pe baza acestei scheme, pentru cel

mai dezavantajat consumator (aflat pe traseul cu cea mai mare valoare a pierderilor de sarcina), se

vor inregistra in urmatoarele tabele datele prezentate anterior, necesare calculului de

dimensionare al instalatiei.

Distributie otel (coloane verticale):

Nr. Q [kW] l [m] Dn [in]v

[m/s]R

[Pa/m] R l [Pa]∙ x Z R∙l+Z (R l+Z)∙2 10.176 6.2 1 0.24 30 186 6.85 191.67 377.67 974.453 19.151 6 1 0.42 90 540 4.7 402.76 942.76 1917.204 28.126 6 1 1/4 0.35 43 258 4.7 279.69 537.69 2454.895 37.101 3 1 1/4 0.46 75 225 0.6 61.68 286.68 2741.57

Distributie PPR:

Nr. Q [kW] G [l/s] l [m]Dn

[mm]v

[m/s]R

[Pa/m]R l ∙

[Pa] x Z R∙l+ZZregl

[mbar] Tregl1.1 1.515 0.02 26 15 0.1 17 442 10.7 51.98 493.98 1.03 9T1.2 0.485 0.01 21.46 15 0.05 5 107.3 10.7 12.99 120.29 4.76 3,5T1.3 2.088 0.03 14.54 15 0.15 33 479.82 10.7 116.95 596.77 - -1.4 2.088 0.03 13.12 15 0.15 33 432.96 10.7 116.95 549.91 0.47 -1.5 1.515 0.02 14.4 15 0.1 17 244.8 10.7 51.98 296.78 3.00 6T1.6 1.515 0.02 13.46 15 0.1 17 228.82 10.7 51.98 280.80 3.16 6T1.7 0.485 0.01 7 15 0.05 5 35 10.7 12.99 47.99 5.49 3,5T1.8 0.485 0.01 5 15 0.05 5 25 10.7 12.99 37.99 5.59 3,5T

Calculul x

Nr.Corp de incalzire

Robinet coltar

Robinet de inchidere D/C Curbe Raport TTS TTI x

1.1 2.5 4 1 2 1.2 10.71.2 2.5 4 1 2 1.2 10.71.3 2.5 4 1 2 1.2 10.71.4 2.5 4 1 2 1.2 10.71.5 2.5 4 1 2 1.2 10.71.6 2.5 4 1 2 1.2 10.71.7 2.5 4 1 2 1.2 10.71.8 2.5 4 1 2 1.2 10.7

2 1 0.6 1.75 1.8 1.7 6.853 1.2 1.8 1.7 4.74 1.2 1.8 1.7 4.75 0.6 0.6

G=Qcp m

, unde :

cp=4,18 J/kgK=caldura specifica a apei

=90-70=20 K

pentru regimul de furnizare al agentului termic de 70C/90C,

m=(90C+70C)/2=(965,34+977,81)/2=971,575 kg/m3

Pentru fiecare tronson de calcul, se stabileste puterea termica sau debitul de agent termic

livrat prin acesta, care va determina stabilirea dintr-un tabel a valorilor pentru diametrul conductei,

pierderile liniare de sarcina produse prin traversarea respectivei conducte si, respectiv, viteza

agentului termic prin conducta. Cu aceste valori, se poate determina componenta liniara a

pierderilor de sarcina: Rl.

Intr-un tabel separat, se calculeaza suma coeficientilor de pierderi locale x pe fiecare

tronson de calcul, in functie de rezistentele hidraulice pe care agentul termic le intalneste pe traseul

sau de distributie. Cu aceasta valoare, se calculeaza pierderile locale de sarcina: Z=(xvm)/2

In acest moment, se poate calcula valoarea totala a pierderilor de sarcina pe fiecare

tronson. Valoarea maxima inregistrata determina stabilirea respectivului tronson ca fiind cel

corespunzator celui mai dezavantajat consumator. In mod similar, se continua calculul pana la baza

coloanei (anexa 4).

Pentru a determina presiunea necesara la punctul de record al coloanei, se insumeaza

pierderile de sarcina ale tuturor tronsonaleor de calcul de pe traseul consumatorului cel mai

dezavantajat, obtinandu-se valoarea de 2741,57 Pa.

Se calculeaza HDCmin si HDC

max:

HDCmin=1,5gh=1,59,8(1+33+1,5)12,47=2108,05 Pa

HDCmax=2gh=29,8(1+33+1,5)12,47=2810,74 Pa

Se constata astfel ca valoarea necesarului de presiune la punctul de record al coloanei se

incadreaza intre cele doua valori, HDCmin si HDC

max, deci dimensionarea tronsonelor a fost realizata in

mod corespunzator.

Echilibrarea hidraulica a instalatiei de incalzire

Echilibrarea hidraulica se realizeaza in scopul obtinerii in practica a acelorasi valori a

pieredrilor de sarcina, pe fiecare traseul a instalatiei. Acest lucru este deosebit de important, pentru

a se indeplini necesitatile sistemului, adica obtinerea debitelor dorite de agent termic la fiecare

consumator.

Echilibrarea hidraulica se realizeaza deci pentru traseele in paralel cu traseul cel mai

dezavantajat, urmarind diferentele valorilor pierderilor de sarcina intre cele inregistrate pe traseul

cel mai dezavantajat si cele de pe tronson ce urmeaza a fi echilibrat.

Se determina astfel un Zregl, adica o valoare a pierderilor de sarcina ce trebuie introduce

suplimentar pe respectivele trasee, pentru a se obtine, asa cum s-a precizat anterior, pierderi de

sarcina aproximativ egale pe fiecare traseu. Cu aceasta valoarea a pierderilor de sarcina necesare

reglajului, se determina, dintr-un grafic corespunzator robinetelor de reglaj, numarul de ture T regl

necesar deschiderii acestora. Daca aceste indicatii vor fi indeplinite, pierderile de sarcina vor fi cele

urmarite, iar instalatia va fi astfel echilibrata.