PLEDOARIE PENTRU INCALZIREA PRIN RADIATIE

PLEDOARIE PENTRU INCALZIREA PRIN RADIATIE

Conf.dr.ing. Mirela Sanda ToropocFacultatea de Instalatii - U.T.C.B.

Mereu am incercat sa atingem perfectiunea... naturii. Si din aceste incercari s-au nascut mereu minuni.Daca ne gandim la Soare, ne gandim la caldura blanda pe care ne-o da tuturor deopotriva: pamant, fiinte si obiecte. Razele infrarosii emise de Soare ating suprafetele incalzindu-le. Incercand sa-i atingem perfectiunea s-a nascut incalzirea prin radiatie...1. Consideratii generale

Transferul de energie termica prin radiatie are loc datorita proprietatii corpurilor de a radia, in spatiul care le inconjoara, energia sub forma de unde electromagnetice si de a absorbi (partial) asemenea radiatii. Energia radiatiilor provine din energia interna a corpurilor emitoare si difera de la o radiatie la alta, cea mai mare fiind aceea transportata de radiatiile infrarosii. In fapt radiatia infrarosie caracterizata prin lungimi de unda cuprinse ntre 0,8 mm 0,4 mm, dirijata in cea mai mare parte de sus n jos, va incalzi solul, coeficientul de absorbtie fiind crescut. Toate suprafetele incalzite vor deveni la randul lor emitori de temperatura scazuta. Aceasta contribuie la incalzirea aerului prin convectie, iar pierderile de caldura globale raman mult inferioare celor obtinute cu un alt mod de incalzire.2. Avantaje si dezavantaje Incalzirea incintelor industriale pune in general probleme dificile datorita diversitatii tipurilor de cladiri ntalnite, a varietatii activitatilor desfasurate si a necesitatii alegerii sistemului cel mai economic, atat din punct de vedere al investitiei, cat si al exploatarii. Sistemul de incalzire prin radiatie utilizand gazul natural ofera rezolvarea acestei probleme, in situatii in care, sistemele clasice de incalzire (incalzire cu aer cald sau registre din tevi) nu pot asigura conditii interioare optime (in sensul ca nu realizeaza o temperatura relativ uniforma in spatiul incalzit, provoaca curenti de aer si au randamente reduse). Deasemenea, la sistemele traditionale, in lipsa unor surse de vapori de apa si la temperaturi exterioare scazute, aerul interior devine foarte uscat (mucoasele pierd excesiv de multa apa, aparand senzatia de uscaciune). Principala superioritate a sistemelor de incalzire prin radiatie, din punct de vedere fiziologic, consta in aceea ca, in aceleasi conditii de confort termic, se respira un aer mai rece decat in cazul incalzirii prin convectie si cu un continut de praf scazut datorita lipsei curentilor de aer, toate acestea contribuind la adaptarea rapida a omului la noi conditii de efort fizic. De asemenea, trebuie mentionat ca aceste sisteme de incalzire permit limitarea incalzirii doar la zonele dorite ale incintei. In incalzirea incintelor efectul radiatiei este creerea impresiei de confort termic convenabil lasand aerul ambiant si peretii incintei la o temperatura mai scazuta cu 2 - 3oC, ceea ce antreneaza o reducere a consumului de energie. Incalzirea prin radiatie poate fi utilizata n urmatoarele situatii:- in cazul cladirilor avand inaltime mare sau medie (peste 4m), cu sau fara izolatie;- in cazul ncaperilor industriale cu procese tehnologice care nu impun incalzirea generala;- in cazul in care este necesara o incalzire rapida a incintei, ceea ce implica un timp redus de functionare, deci factor favorabil al economiei de energie;- in cazul incintelor caracterizate de pierderi de caldura prin pereti mari sau schimburi de aer importante.3. Comparatii cu alte sisteme de ncalzire In cazul sistemelor de incalzire clasice (corpuri statice) sau sistemelor de incalzire cu aer cald, aerul preia caldura prin convectie si, odata incalzit, se va ridica la partea superioara a incintei si practic caldura acumulata de acesta este inutilizabila din punct de vedere al ocupantilor incaperii. Eficienta sistemelor clasice este optima in cazul incaperilor cu inaltime redusa. Pentru incaperi cu inaltime mare (peste 4m) aceste sisteme nu mai pot fi considerate satisfacatoare decat in cazul unei incalziri generale cu consumuri energetice foarte mari. Daca se priveste problema din punctul de vedere al eficientei si al economiei de energie sistemul de incalzire prin radiatie este, de departe, mult superior. Din evaluari reale, literatura tehnica de specialitate ofera cifre privind economia de energie realizata prin inlocuirea sistemelor clasice cu sisteme de incalzire prin radiatie, acestea ajungand pana la valori de 62%. Explicatia este data tocmai de principiul de functionare al unui astfel de sistem: se incalzesc suprafetele din planul de lucru care acumuleaza caldura (pardoseala, partea inferioara a peretilor, utilajele etc.), aerul preluand mai apoi prin convectie libera caldura, ridicandu-si temperatura la valoarea dorita. Practic obiectele din spatiul de lucru care au absorbit radiatiile infrarosii emise de sursa, o retransmit mediului, devenind la randul lor surse emitoare de radiatie de joasa intensitate. Printr-o amplasare bine gandita a surselor radiante se poate obtine o zona incalzita cu o inaltime de cca. 1,8 m (exact inaltimea zonei de lucru). Prin urmare nu este necesara incalzirea intregului volum al incaperii asa cum se face in cazul incalzirii clasice sau a celei cu aer cald. In incalzirea incintelor efectul radiatiei este creerea impresiei de confort termic convenabil lasand aerul ambiant si peretii incintei la o temperatura mai scazuta ceea ce antreneaza o reducere a consumului de energie. In fapt radiatia, dirijata de sus in jos, va incalzi pardoseala, care determina incalzirea aerului prin convectie libera, iar pierderile prin sol sunt limitate, ele realizandu-se printr-o banda periferica ingusta fiind inferioare celor obtinute cu un alte sisteme de incalzire.

Pentru o comparatie intre sistemul de incalzire clasic si cel cu radiatie, accesati:Incalzire cu radiatoareIncalzire cu tuburi radiante

Daca se analizeaza totul prin prisma criteriului investitiilor minime si trebuie sa alegem solutia optima de alimentare cu caldura, dupa ce se echivaleaza solutiile din punct de vedere al efectului lor de ansamblu nu trebuie scapat din vedere, la calculul investitiei totale, pretul manoperei de montaj al solutiilor analizate. Pretul efectiv al echipamentelor implicate in incalzirea prin radiatie este in general superior cu cca. 20 25% fata de incalzirea clasica (centrala termica si radiatoare). Daca insa se tine seama ca la o instalatie clasica manopera de montaj se ridica la 50 75% din investitie, in timp ce la sistemele de incalzire prin radiatie montajul reprezinta doar 5 10% din investitie, dintr-un calcul simplu se ajunge la o investitie totala mai mare in cazul incalzirii clasice cu aprox. 10 30% fata de incalzirea prin radiatie.Studiu de caz: Pusi in situatia de a opta intre un sistem de incalzire sau altul pentru hala de prelucrari metalice din fig.1 (o hala veche, dar avand o izolatie medie ca majoritatea celor existente in Romania) ale carei caracteristici termotehnice sunt urmatoarele:- ferestre metalice simple cu geam simplu R' = 0,172 m2K/W- usi metalice exterioare R' = 0,159 m2K/W- luminatoare simple din geam armat 6mm- schelet metalic R' = 0,172 m2K/W- pereti din azbopan (60mm vata de sticla) R' = 0,940 m2K/W- invelitoare din beton precomprimat, vata minerala 50mm si hidroizolatie R' = 1,02 m2K/W- pardoseala beton B250, hidroizolatie, pietris, ciment rolat R' = 0,720 m2K/W

Alte date:- viteza de calcul a vantului: 5m/s, zona eoliana II; amplasata in oras- factorul de corectie cu inaltimea E = 1,12- procesul tehnologic se desfasoara fara degajari mari de caldura, munca cu grad mediu de dificultate- 0,5 V/h - numarul de schimburi de aer orare

Calculele au fost facute pentru aceasta structura in urmatoarele ipoteze: Incalzirea clasica:- Determinarea necesarului de caldura prin aplicarea STAS 1907 cu evaluarea pierderilor de caldura prin transmisie in elementele delimitatoare.- Aplicarea STAS 1907 - si luarea in considerare a stratificarii termice.

Incalzirea prin radiatie (calcul preliminar):- Aplicarea STAS 1907.- Aplicarea STAS 1907 si luarea in considerare a stratificarii termice.- Aplicarea metodologiei de calcul franceze.

Cateva cuvinte despre metodologia de calcul franceza: Pierderile de caldura prin transmisie sunt determinate distinct pentru doua zone ale spatiului incalzit prin radiatie:- Zona situata deasupra planului tuburilor radiante (superioara) (ta - tec)- Zona situata sub planul tuburilor radiante (inferioara) (ti - tec) Pierderile de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat sunt determinate considerand ca aceasta se realizeaza de la tec la ta (ta = ti - 2..3). Se tine seama de inertia aerului si a peretilor cladirii si in functie de durata de functionare a incalzirii se considera un anume coeficient de majorare.( Guide pratique d'energie dans l'entreprise)

In graficele din figurile 2 - 5 sunt prezentate economiile realizate utilizand sistemul de incalzire prin radiatie, ele fiind exprimate:- in sarcina termica necesara pentru incalzirea aceluiasi spatiu- in combustibil utilizat pentru incalzirea aceluiasi spatiu- in EURO anual

Daca se face comparatia incalzirii prin radiatie cu incalzirea clasica de la o centrala termica de cartier veche al carui randament (producere, transport, reglare, distributie) = 70% rezulta: 39 - 52% in functie de metoda de calcul utilizata si 8700 - 16100 EURO/an.

Concluzii:Sistemele de incalzire prin radiatie implica costuri de investitie relativ mari, insa , an de an, costuri de exploatare mult mai reduse decat sistemele clasice de incalzire; economiile de energie realizate fiind de cca. 35 62% (procentul depinde de mai multi factori: gradul de izolare al cladirii, tipul de instalatie de incalzire cu care se face comparatia, aer cald sau corpuri statice, inaltimea spatiului care urmeaza a se incalzi, etc.). Aceste sisteme de incalzire sunt utilizate cu rezultate deosebite in cazul magazinelor foarte mari, salilor de sport, pietelor acoperite, atelierelor (lacatuserii, tinichigerii, mecanice), in incalzirea posturilor de lucru situate la distante mari, in cazul depozitelor, platformelor de incarcare a marfurilor, garajelor, spalatoriilor auto, terenurilor de tenis acoperite, serelor, gradinilor, halelor si parcurilor de expozitii acoperite, crescatorii de pasari sau animale, etc.

Bibliografie:[1] S.M. TOROPOC - Contributii la studiul sistemelor de ncalzire prin radiatie de nalta temperatura cu tuburi radiante, Teza de doctorat, UTCB, p.236, 1998.[2] Manolescu, M. - Modlisation des changes radiatifs dans des cavits complexes a l'aide d'outils infographiques. Application a la qualification des ambiances radiatives., Thse de doctorat, INSA de Lyon, p.258, 1994.[3] STAS 1907/ 1999.[4] Guide pratique d'energie dans l'entreprise / COSTIC 1995.[5] Cai, W., El-Koury, K. - Formulation de modles d'changes radiatifs par suivi de rayons, Socit Franaise des Thermiciens, Journe d'Etudes, Paris, p.12, 1992.[6] Perlmutter, M., Siegel, R. - Thermal Radiation Heat Transfer, McGraw-Hill, New York, 1981.