UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI FACULTATEA DE INSTALATII

REFERATInstalatie de climatizare si de preparare a apei calde menajere pentru un hotel prin utilizarea energiilor neconventionale

Coordonator: Conf. Dr.Ing. FLORIN BALTARETU

Student: CHIREA ILIE An I Master 2

ANUL 2010-2011

Prezentarea generala a lucrarii Aceasta lucrare prezinta o instalatie de climatizare si preparare apa calda menajera pentru un hotel, in zona de munte, folosind surse neconventionale de energie. Pentru a transforma energia neconventionala(regenerabila) in caldura, este nevoie de echipamente specifice.Cele mai utilizate sunt sistemele de colectare a energiei solare, pompele de caldura, si sistemele de de ardere a combustibililor gazosi si solizi. S-a calculat necesarul de caldura al cladirii pe timp de iarna si aporturile de caldura si degajarile pe timp de vara,ceea ce a dus la stabilirea sarcinii termice de iarna a pompei de caldura. Se prezinta solutiile tehnice adoptate ,incepind de la surele de energie neconventionale, pina la alegerea si amplasarea consumatorilor in cladire.S-au adoptat solutii de incalzire clasica cu radiatorare,si de climatizare in camerele de confort. Este prezentata schema centralei termice care permite folosirea combinata a celor trei surse de energie de catre consumatorii din cladire. Se fac bilanturi energetice si se prezinta criterii de optimizare a instalatiei . La sfirsitul lucrarii a fost atasata lista bibliografica si plansele desenate. Nici una din solutiile de incalzire ,folosind surse regenerabile de energie, nu este mai putin convenabila sau mai dificil de realizat decit oricare din solutiile moderne care utilizeaza combustibili lichizi solizi sau gazosi,datorita posibilitatii de reglare a puterii si a controlului automatizat.

2

CUPRINS

1.Descrierea cladirii 2.Descrierea instalatiilor

........................................... ....................................................... .................................. ........................................... ....................................................... ....................... ...........

4 5

3.Calculul rezistenei termice...............................................................................................................................6 coeficientului termic.................................................................. 8 4.Calculul necesarului nclzire................................................................10 5.Calculul 6.Centralizatorul nclzire...........................................11 global de de de izolare pentru pentru

cldur cldur

necesarului

7.Calculul necesarului de cld. pentru preparare ap cald menajer........12 8.Calculul cldur..................................................................................................................12 9.Centralizatorulul cldur.......................................................................................15 aporturilor de aporturilor de

10.Centralizatorul sarcinilor termice ......... ...............................................................................................15 11.Pompe cldur:generalitati.............................................................................................................. ..... 16 de

12.Alegerea pompei de caldura............................................................................................................ ...............17 13.Dimensionarea schimbatorului de caldura cu pamintul........................................... 18 14.Instalatia pentru menajer.... ............................................................19 preparare ap cald

15. Softul de alegere a pompei de caldura si analiza energetica...............................23 Bibliografie.................................................... .......... ....... ................. ................................. .........................................................24

3

1.Descrierea cladirii - Destinaia Hotel - localitatea Busteni - Adresa : str Mihai Eminescu nr 3 - Regim de nlime D+P+E1+E2+M+P - Suprafaa construit la sol 263,5 mp - Suprafaa utila demisol 229 mp - Suprafaa utila parter 197 mp - Suprafaa utila etaj 1 191 mp - Suprafaa utila etaj2 170 mp - Suprafaa utila mansarda 137 mp - Suprafaa utila pod 65 mp - Categoria de importan C normal Cladirea are 53 de camere din care : - 12 camere single - 4 camere duble - 16 bai - 4 grupuri sanitare - bucatarie - restaurant - sala de fitness - 3 depozite - 2 camere tehnice - sauna Incalzirea si climatizarea acestora se va face astfel : - camerele de locuit cu ventiloconvectoare - baile si grupurile sanitare cu radiatoare port prosop - restaurantul,sala de fitness si bucataria cu centrale de tratare a aerului - depozitele si camerele tehnice nu se climatizeaza.4

Necesarul de caldura pentru iarna si de racire pentru vara, vor fi livrate de o pompa de caldura sol-apa.Forajele necesare se executa in incinta proprietatii in jurul cladirii. Apa cald se va prepara local, in subsolul cladirii cu ajutorul unui boiler ce primeste agent termic de la o instalatie de panouri solare sau de la pompa termica sau de la un cazan in condensatie cu combustil gazos. Apa calda pentru consum menajer va fi stocata in demisolul cladirii intr-una din camerele tehnice, alaturi de rezerva de apa rece.

-

2.Descrierea instalaiilor Sursa de alimentare pentru nclzirea central i prepararea apei calde menajere este o pomp de cldur de tipul sol-ap. Cldura de acionare necesar pentru vaporizatorul pompei de cldur este extras din sol prin intermediul unui sistem de serpentine ingropate in pamint, serpentine prin care circul - n circuit nchis o soluie de propilenglicol i ap. Soluia de propilenglicol i ap este vehiculat cu ajutorul pompei de circulaie aferent circuitului vaporizatorului pompei de cldur, cedeaz cldur ctre agentul frigorific ce vaporizeaz, i este apoi trimis ctre serpentinele ingropate n pamint, neprezentnd absolut nici un pericol din punct de vedere ecologic. n pompa de cldur, cldura preluat (din sol) ,determin vaporizarea agentului frigorific n vaporizatorul acesteia, apoi vaporii sunt comprimai n compresor i apoi condensai n condensator unde se cedeaz cldura util pentru nclzire i prepararea apei calde menajere. nclzirea se va realiza prin intermediul ventiloconvectoarelor si a centralelor de tratare a aerului. Deoarece pompa de cldur este reversibil, aceleai ventiloconvectoare pot realiza i rcirea spaiilor n timpul verii. Incalzirea bailor cu pereti exteriori, se face cu corpuri de incalzire statice (radiatoare). Instalaia de nclzire central se va realiza n sistem bitubular cu circulaie forat, conductele de distribuie fiind amplasate astfel : pentru distribuia orizontal a radiatoarelor, conductele se monteaz la plint; pentru distribuia orizontal a ventiloconvectoarelor si a centralelor de tratare a aerului, conductele se monteaz in plafonul fals din rigips; pentru distribuia vertical, traversarea de la un nivel spre cel superior se face prin coloanele de nclzire/rcire,5

mascate prin elemente de arhitectur, n conformitate cu solictrile beneficiarului. Din considerente economice, ventiloconvectoarele si centralele de tratare a aerului, au fost alese cu o singur baterie, care servete ca baterie de nclzire iarna, i ca baterie de rcire vara. n acest fel, este nevoie de numai dou conducte (tur/retur) pentru racordarea aparatelor la sistemul de distribuie. La stabilirea traseelor conductelor de distribuie i coloanelor, s-a avut n vedere ca dilatrile i contractrile acestora s fie preluate n mod natural. Toate conductele pozate n plan orizontal se vor monta cu pante, n scopul realizrii corespunztoare a aerisirii i golirii instalaiei, precum i scurgerii condensului rezultat n urma rcirii aerului din ncperi pe timp de var. Racordarea fiecrui consumator se face prin intermediul unor robinei de nchidere, care permit att reglajul hidraulic, ct i izolarea consumatorului respectiv n caz de avarie. Pentru realizarea cerinelor cuprinse n normativele I 13-02 si I 13/1-02 privind cerinele de exploatare a instalaiei s-au prevzut: robinete pentru eliminarea aerului (n punctele cele mai nalte) robinete de golire (n punctele cele mai joase)

robinete de izolare pe ramuri aparatur pentru msurarea temperaturii i presiunii

Reglajul sarcinii termice se face funcie de temperatura exterioar i de temperatura pe tur a agentului termic. De asemenea este prevzut o pomp de circulaie pentru soluia de propilen glicol care va avea de asemenea un reglaj automat funcie de necesarul de cldur i de temperatura soluiei de propilen glicol pe tur, respectiv pe retur. Pompa de cldur i vasele de expansiune sunt echipate cu propriile dispozitive de protecie i automatizare cerute de legislaia n vigoare. Pentru ncrcarea cu ap a tuturor circuitelor instalaiei de nclzire s-a prevzut racordarea la conducta de ap existent prin intermediul unui robinet de reinere, separarea fiind efectuat cu robinet cu sfer. Sistemul de inclzire asigur n incperi cel puin temperaturile prevzute de SR EN 1907-2/97, n regim permanent de funcionare a sursei (funcionare automat).6

Parametrii agentului termic se vor urmri prin aparatele de msur clasice prevzute n documentaie (termometre, manometre).

3.Calculul rezistenei termice Pentru studiu comparativ i pentru alegerea unei structuri optime, calculele au fost realizate pentru o structura de nchidere, i anume:caramida POROTHERM izolata cu un strat de polistiren expandat de 10 cm grosime

REZISTENTE TERMICE ALE ELEMENTELOR DE CONSTRUCTIE

Nr crt 1 2 3 4 5

COMPOZITIA PERETELUI EXTERIOR (cm (W/m* Material R(mp*K/W) ) K) Tencuiala din mortar 1.5 0.87 0.017 Izolatie termica (polistiren) 10 0.04 2.500 Caramida cu goluri verticale 20 0.55 0.364 Tencuiala din mortar 3 0.87 0.034 Finisaj de ipsos 0.5 1.03 0.005 2.920

S24(W/mp*K) 8.24 0.21 6.21 8.24 10

D() -

D( -) -

Nr crt 1 2 3 4 5

COMPOZITIA PERETELUI INTERIOR (cm (W/m*K Material R(mp*K/W) ) ) Finisaj de ipsos 0.5 1.03 0.005 Tencuiala din mortar 2 0.87 0.023 Caramida cu goluri verticale 20 0.55 0.364 Tencuiala din mortar 2 0.87 0.023 Finisaj de ipsos 0.5 1.03 0.005 0.414

S24(W/mp*K) 10 8.24 6.21 8.24 10

D() -

D( -) -

Nr crt 1 2 3 4 5 6

COMPOZITIA PLANSEULUI CU PARDOSEALA CALDA (cm (W/m* Material R(mp*K/W) S24(W/mp*K) ) K) Parchet din lemn 2 0.14 0.143 3.56 Sapa de egalizare 10 0.46 0.217 5.79 Placa de beton armat 15 1.62 0.093 15.36 Izolatie termica (polistiren) 8 0.04 2.000 0.21 Tencuiala din mortar 3 0.87 0.034 8.24 Finisaj de ipsos 0.5 1.03 0.005 10 2.492

D() -

D( -) -

Nr crt

COMPOZITIA PLANSEULUI CU PARDOSEALA RECE (cm (W/m* Material R(mp*K/W) S24(W/mp*K) ) K)

D(-)

D(-) 7

1 2 3 4

Placi din gresie Sapa de egalizare Placa de beton armat Izolatie termica (polistiren)

0.8 10 15 12

2.03 0.46 1.62 0.04

0.004 0.217 0.093 3.000 3.314

17.99 5.79 15.36 0.21

-

-

Nr crt 1 2 3 4 5

COMPOZITIA INVELITORII-ACOPERIS (cm (W/m* Material R(mp*K/W) S24(W/mp*K) ) K) Tigla metalica 0.05 58 0.00001 125.6 Bariera contra vaporilor 0.5 0.15 0.033 3.28 Cherestea de brad 3 0.17 0.176 4.12 Izolatie termica (vata 15 0.045 3.333 0.41 minerala) Cherestea de fag 1.5 0.23 0.065 4.12 3.543

D(-) -

D(-) -

Nr crt 1 2 3 4

COMPOZITIA PLANSEULUI DE SUB POD (cm (W/m* Material R(mp*K/W) S24(W/mp*K) ) K) Cherestea de brad 3 0.17 0.176 4.12 Izolatie termica (vata 15 0.045 3.333 0.41 minerala) Placa de beton armat 15 1.62 0.093 15.36 Finisaj de ipsos 0.5 1.03 0.005 10 3.607

D(-) -

D(-) -

4. Calculul coeficientului global de izolare termic Pentru a primi aviz de construcie, o cldire trebuie s ndeplineasc condiia din normativul C 107/1,2, potrivit creia coeficientul global de izolare termic s fie mai mic dect coeficientul global normat de izolare termic, care este artat, conform C 107/1,2, n tabel. n funcie de raportul A/V al cldirii se poate afla coeficientul global normat de izolare termic. Pentru cldirile proiectate dup 1.01.1998 valoarea lui GN se reduce cu 10%.Coeficieni globali normai de izolare termic GN la cldiri de locuit (in conformitate cu prevederile din normativele C107/1 si C107/2) Tabel nr. 13 Coeficienii globali normai de izolare termica GN la cldirile de locuit (n conformitate cu prevederile din normativele C107/1 i8

C107/2) Numr ul de niveluri N 1

A/V [m2/m3]

GN [W/m3*K]

Numrul de niveluri N

A/V [m2/m3]

GN [W/m3*K]

0.8 0.77 4 0.25 0.46 0.85 0.81 0.3 0.5 0.9 0.85 0.35 0.54 0.95 0.88 0.4 0.58 1 0.91 0.45 0.61 1.05 0.93 0.5 0.64 >1,10 0.95 >0,55 0.65 2 0.45 0.57 5 0.2 0.43 0.5 0.61 0.25 0.47 0.55 0.66 0.3 0.51 0.6 0.7 0.35 0.55 0.65 0.72 0.4 0.59 0.7 0.74 0.45 0.61 >0,75 0.75 >0,50 0.63 3 0.3 0.49 >10 0.15 0.41 0.35 0.53 0.2 0.45 0.4 0.57 0.25 0.49 0.45 0.61 0.3 0.53 0.5 0.65 0.35 0.56 0.55 0.67 0.4 0.58 >0,60 0.68 >0,45 0.59 Not: 1 - Pentru alte valori A/V i N, se interpoleaz liniar. 2 - La cldirile proiectate dup 1.01.1998, valorile GN au fost reduse cu 10 % Calculul coeficientului global de izolare termica a cladirii (structura propusa de arhitect)

Calculul coeficientului global de izolare termic a cldirii Elementul de constructie Aria Rezistenta termica A* / R [m2] [m2K/W] [-] [W/K] (ti-tu)/(tite) Planseu sub pod Placa de pe sol Pereti exteriori total Tamplarie exterioara demisol Tamplarie exterioara parter Tamplarie exterioara etaj 1 Tamplarie exterioara etaj 2 Tamplarie exterioara 214.52 295.71 559.55 22.56 49.64 41.44 26.56 22.249

3.607 3.314 2.920

0.9 1 1

53.526 89.231 191.627

mansarda Tamplarie exterioara total

162.44

0.500

1

324.880

ti= ti= ti= tu= te=

20 18

0 0 0

C (camere)

C (bucatarie) C (baie, grup 22 sanitar) 0 C (temp. zonei 10 neinc) -210

C

G [W/m3K] (1/V)* (Ai* i/Ri) +0.34*n 0.479

GN [W/m3K] GN*0.9 0.61

A/V [m-1]

Aria anv= 1232.22 m2 Volum= 2733.512 m3 n= 0.7 sch/h

0.451

G:coeficient global de izolare termica la cladiri de locuit GN:coeficient global normat de izolare termica la cladiri de locuit GN>G=>corespunde normativului

5. Calculul necesarului de cldur pentru nclzire Calculul necesarului de cldur pentru nclzire s-a fcut n conformitate cu prevederile SR EN 1907-1,2/97. Necesarul de cldura de calcul se calculeaz cu relaia: Q=QT[1+(Ao + Ac)/100] + QI [W]

Unde: Qt=flux termic cedat prin transmisie, considerat n regim termic staionar, corespunztor diferenei de temperatur ntre interiorul i exteriorul elementelor de construcie care delimiteaz ncperea QI=sarcina termic pentru nclzirea de la temperatura exterioar convenional de calcul a aerului infiltrat prin neetaneitile uilor i ferestrelor i a aerului ptruns la deschiderea acestora Ao=adaosul pentru orientare Ac=adaosul pentru compensarea efectului suprafeelor reci10

Calculul fluxului termic cedat prin transmisie, QT QT=cM m A (I-e)/R+QS [W],

n care: CM=coeficient de corecie a necesarului de cldura de calcul funcie de masa specific a construciei; se recomand pentru construcii de locuit cM=1 m=coeficient de masivitate termic a elementelor de construcie exterioare; se calculeaz cu relatia: m=1,225-0,05D [-] unde: D= indicele ineriei termice a elementului de construcie; valorile sale sunt: -pentru tamplrie exterioar D=0,5 -pentru celelalte elemente se calculeaz cu relatia: D=Risi [-]

Unde: Ri=rezistena la permeabilitate termic a stratului i [m2K/W] Si=coeficientul de asimilare termic a materialului stratului i [W/m2K] In continuare se va calcula necesarul de caldura pe fiecare camera , se va centraliza intii pe fiecare nivel si apoi pe toata cladirea.Tabelele de calcul se regasesc in anexa nr. 1. 6. Centralizator necesar de caldura pentru incalzire Qnec demisol = 8145W=8,145KW Qnec parter = 15715W=15,715KW Qnec etaj 1 = 11912W=11,912KW Qnec etaj 2 = 8777W=8,777KW Qnec mansarda = 8413W=8,413KW Rezulta necesarul total de caldura: Qnec total = 52962W=52,962KW Din care scadem necesarul de caldura al camerelor care nu se incalzesc:11

Qnec neinc.=2593W=2,593KW Rezulta necesarul efectiv de caldura: Qnec = 50369W=50,369KW Sarcina de iarna a pompei de caldura va fi:

Qiarna = 50,369 KW

7. Calculul necesarului de cldur pentru preparare ap cald menajer Calculul necesarului de cldur pentru apa cald de consum menajer s-a fcut pentru un numar maxim de 36 de persoane ce pot ocupa cladirea in sezonul de virf iarna.Conform noilor reglementari europene, exista norme zilnice de consum apa calda menajera (in l/zi*pers), corespunzatoare hotelurilor si restaurantelor acestora. HOTEL Tip hotel Cu spalatorie Fara spalatorie Cimpie Mare/Munte Cimpie Mare/Munte 0* 60 75 45 60 1* 65 90 50 70 2* 90 120 70 95 3* 120 160 95 130 4* 130 180 100 14012

Fastfood 6

RESTAURANT Rest.Traditional Rest.Gastronomic 10 16

Am ales norma de consum acm 105 l/zi*pers.Rezulta volumul total necesar zilnic de apa calda menajera:

V acm = 3780 l/ziAcest volum de apa se incalzeste cu ajutorul panourilor solare intr-un interval de timp de 8h.Obtinem debitul de incalzire a apei:

G acm = 0,13125 Kg/sCu ajutorul lui calculam sarcina termica de incalzire captata de la soare :

Q acm = 27,477 KW

8. Calculul aporturilor de cldur Sarcina de racire se obtine adunind aporturile de caldura prin elementele de constructie opace si vitrate ,detaliate pentru fiecare orientare cardinala,aporturile de caldura de la incaperile invecinate la care se adauga degajarile de caldura de la sursele interioare. 8.1. Date climatice de calcul Temperatura exterioara de calcul:VARIATIA ORARA A TEMPERATURII AERULUI EXTERIOR BUSTENI altitudine 1500m zona climatica IV ora( h ) c*Az(C ) te (C) ora( h ) c*Az(C ) te (C) 1 -4.9 15.7 12 5.8 26.4 2 -5.6 15 13 6.4 27.0 3 -6.3 14.3 14 6.8 27.4 4 -6.8 13.8 15 7.0 27.6 5 -7 13.6 16 6.8 27.4 6 -6.6 14 17 6.1 26.7 7 -5.2 15.4 18 4.9 25.5 8 -2.1 18.5 19 3.0 23.6 9 0.7 21.3 20 0.6 21.2 10 3.2 23.8 21 -1.2 19.4 11 4.8 25.4 22 -2.5 18.1 12 5.8 26.4 23 -3.4 17.2 13 6.4 27 24 -4.1 16.5

Intensitatea radiatiei solare directe si difuze:Ora ID(w/mp) N S E 6 53 383 Valorile intensitatii radiatiei solare directe ID si difuze Id 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 3 41 159 316 354 394 354 316 159 41 568 575 498 338 144 17 18 medie 5 89 105 13

V Id(w/mp)

53

80

103

123

136

146

147

146

144 136

338 123

498 103

575 80

568 53

105 59

Fluxul unitar prin elmente opace de constructie:APORTURI DE CALDURA PRIN ANVELOPA Ora Perete N Perete S Perete E Perete V q unitar N q unitar S q unitar E q unitar V 1 1.49 2.28 2.29 3.56 2 1.18 1.9 1.91 3.07 3 0.87 1.52 1.53 2.59 4 0.55 1.14 1.15 2.11 5 0.3 0.8 0.88 1.68 6 0.16 0.51 0.91 1.31 7 0.08 0.3 1.25 1.02 8 0.04 0.22 1.79 0.84 9 0.07 0.33 2.41 0.77 10 0.19 0.65 2.99 0.8 11 0.38 1.14 3.46 0.92 12 0.64 1.75 3.75 1.12 13 0.94 2.41 3.94 1.52 14 1.26 3.04 4.08 2.12 15 1.57 3.54 4.19 2.9 16 1.84 3.87 4.24 3.76 17 2.09 4.03 4.25 4.6 18 2.33 4.06 4.19 5.26 19 2.46 3.99 4.06 5.54 20 2.47 3.82 3.86 5.49 21 2.38 3.59 3.61 5.26 22 2.87 4.957 4.93 5.9045 23 2.02 2.99 3 4.5 24 1.77 2.65 2.66 4.04

8.2. Aporturi de caldura prin elemente de constructie vitrate Se foloseste timplarie exterioara de tip termopan,cu elemente de umbrire interioare.

14

Si: suprafata insorita a ferestrelor IDm : intensitatea solara directa maxima ax Idm : intensitatea solara difuza maxima ax Uf: coeficient global de transfer de caldura al ferestrei ti: temperatura interioara de calcul (vara) ct: coeficient functie de tipul tamplariei cp: coeficient pentru puritatea atmosferei f: factor solar, depinzand de calitatea geamului si a ecranarii ferestreict*cp*f*m i*I Dmax: flux de caldura datorat radiatiei solare directe *S ct*f*m *S*I dmax: flux de caldura datorat radiatiei solare indirecte S*Uf*(te-ti): (flux de caldura datorat diferentei de temperatura dintre interior si exterior m: coeficient de acumulare termica

cp= 1.1 Uf= 3 W/m *K2

ct= 1

f= 0,5

IDm =575 W/m ax Idm = 147 W/m ax ti= 230

2 2

(geam termopan cu strat de aer interior)

C

Sarcina de rcire vara (Qv) Qv=Qap+Qdeg Qap=QFE+QPE Qdeg=QOM+Qil+Qechipament electronic

In continuare am calculat aporturile de caldura pentru fiecare incapere. Aporturile de caldura se centralizeaza intii pe nivele ,apoi pe intreaga cladire pentru a se obtine sarcina termica de vara a pompei de caldura.Rezultatele se regasesc in anexa nr. 2.

9.Centralizator aporturi de caldura max Qap demisol = 13168W=13.168KW max Qap parter = 15113W=15,113KW15

max Qap etaj 1 = 8581W=8.581KW max Qap etaj 2 = 6528W=6,528KW max Qap mansarda = 5486W=5,486KW Rezulta aporturile totale de caldura: Qap total = 48876W=48,876KW Aceasta este puterea totala instalata a aparatelor de climatizare . Din cauza zonarii aporturilor pe diferite perioade orare , puterea consumata efectiv de acestea este de fapt: Qap efectiv =47119W=47,119KW Din care scadem aporturile de caldura ale camerelor care nu se climatizeaza: Qap neclim.=8125W=8,125KW Rezulta aporturile de caldura: Qap = 38997W=38.997KW Sarcina de vara a pompei de caldura va fi:

Qvara = 39 KW10. Centralizator de sarcini termice

Qvara = 39 KW Qiarna = 50,369 KW Q acm = 27,477 KW

11.Pompe de cldur:generalitati Pompele de cldur - ca sisteme de conversie a energiei - sunt maini termice care pot ridica calitatea cldurii de la un nivel sczut de temperatur pn la un nivel ridicat de temperatur. Ele pot furniza cldur n mod obinuit pn la temperaturi de circa16

120C. Pentru nclzirea cldirilor, cldura este necesar la temperaturi mai mici dect 90C. Sursele de cldur pot fi naturale (aerul, apa freatic, apa de mare, energia geotermal i cea solar), sau cldura recuperabil din industrie. Creterea limitei de temperatur pentru pompele de cldur pn la valoarea de 400C ar putea determina creterea pieei poeniale. Principiul de funcionare al pompei de cldur ca main termic Pompa de cldur este o main termic ce preia o cantitate de cldur de la o surs de temperatur sczut i cedeaz o cantitate de cldur unei alte surse de temperatur mai ridicat, consumnd pentru aceasta o anumit cantitate de energie. Energia consumat poate fi de natur divers: mecanic, electric, termic, solar, etc. Principiul de funcionare a pompei de cldur a fost enunat nc din anul 1852 de ctre William Thomson (lord Kelvin). Acest principiu este identic cu cel al instalaiilor frigorifice, cu diferena c ciclul de funcionare al pompei de cldur este situat deasupra nivelului de temperatur al mediului ambiant.p [MPa]

pC

4

3

C

2'

2

p0

0 6 5 1 1' 1"

h [kJ/kg]

Fig. 1 Ciclul termodinamic al unei pompe de caldura

17

12. Alegerea pompei de caldura Pe timpul verii panourile solare furnizeaza toata sarcina necesara incalzirii apei calde menajere ,pe timp de iarna insa acestea furnizeaza doar 10% din necesar. Se impune astfel ca restul de 90% sau chiar tot necesarul sa fie furnizat de o sursa conventionala sau chiar de pompa de caldura . Astfel ,sarcina termica a pompei de caldura devine:

Qvara = 39 KW Qiarna =77,85 KWCondiii nominale pe timp de vara: temperatura de intrare a soluiei de propilen glicol vaporizator: s1=28C temperatura de intrare a soluiei de propilen glicol vaporizator: s2=24C temperatura agentului termic pe conducta de tur: w1=7C temperatura agentului termic pe conducta de retur: w2=12C Condiii nominale pe timp de iarna: temperatura de intrare a soluiei de propilen glicol vaporizator: s1=1,8C temperatura de intrare a soluiei de propilen glicol vaporizator: s2=5C temperatura agentului termic pe conducta de tur: w1=50C temperatura agentului termic pe conducta de retur: w2=45C Folosind softul de dimensionare al firmei FLORIDA HEAT PUMPS,si anume FHP Manufacturing Chiller Application Data,am obtinut datele caracteristice de functionare simulata a pompei de caldura WW210 , cu freonul R-410A. In conditii nominale pe timp de vara Q vara =45,27KW, EER=5,2. In conditii nominale pe timp de iarna Q iarna =43,88KW, COP=3,3. Am ales doua pompe de caldura tip FHP WW 210 , urmind ca pe timp de iarna sa functioneze amindoua in paralel, iar pe timp de vara sa functioneze doar una, cealalta in rezerva in caz de avarie.Puterea instalata a pompei de caldura va fi:

Qvara = 45,27 KW Qiarna =43,88 x 2 KW =87,76 KWSuplimentar ,fata de acestea am adaugat un cazan in condensatie cu combustibil gazos tip LOGAMAX PLUS GB 162-80, de la Buderus, care poate furniza o putere de 80KW ,foarte utila in cazul in care pompa de caldura nu poate acoperi necesarul de caldura iarna,sau este defecta.18

13.Dimensionarea schimbatorului de caldura cu pamintul Pe timpul iernii , acesta extrage caldura din sol ,avind rol de condensator al pompei frigorifice, iar vara introduce caldura in sol , avind rol de vaporizator. Iarna : cond = Qiarna = 77,85 KW = o + Pcomp Pcomp = cond / COP Pcomp = 25,9 KW Lscp = o / (40 W/ml) N = Lscp / 70m = 18,25 Vara : o = Qvara = 39 KW cond = o + Pcomp Pcomp = o / COP Pcomp = 7,8 KW cond = 46.8 KW Lscp = 1170 m COP = 5 COP = 3 o = 51,95 KW Lscp = 1298 m adica 19 foraje x 70m adincime

Lscp = cond / (40 W/ml)

N = Lscp / 70m = 16,71 adica 17 foraje x 70m adincimeDeci schimbatorul de caldura cu pamintul este realizat din 19 foraje cu adincime de cite 70 m ,din care vara se folosesc doar 17,si iarna toate. Forajele se executa in sol de munte ,format din roca si nisip amestecat cu argila.Dupa forare se introduc conductele ,apoi spatiul ramas liber in foraje se umple cu material de constructie identic betonului ,pentru a se asigura un bun transfer termic intre conducta si sol.

19

14.Instalatia de preparare a apei calde menajere cu panouri solare Panourile vor fi montate pe acoperis , pe panta orientata spre sud. Datorita particularitatilor de montaj ,ele se vor monta in doua grupuri simetric amplasate fata de coama acoperisului.Transportul agentului termic spre boilere se va face printr-o coloana de 16,5m ,cu ajutorul unei pompe de circulatie. Dimensionarea instalatiei V acm = 3780 l/zi Ls = 80 l /mp*zi Sp = V acm / Ls Sp = 48,375 mp N = Sp / S1p Qtot = p * I * Sp Qtot = 40,224 KW Gp = 50 l / h*mp G1p = 150 l /h Gp circ solar = G1p * N Gp circ solar = 2400 l /h -debitul pompei circuitului solar Q1p = Qtot / N Q1p = 2,514 KW - puterea instalata a unui panou t acm = 60C I = 1000 W/mp

- pt o incarcare normala -suprafata totala a panourilor S1p = 3mp - VITOSOL 200 Sp = 48 mp

N = 16 panouri p = 0,838

- puterea instalata a panourilor solare G1p = Gp * Sp - debitul de agent termic in panou

In continuare se vor dimensiona conductele .Ele sunt din cupru rigid izolat cu vata de sticla pentru a rezista temperaturilor mari de lucru.Conductele se dimensioneaza separat pe tur/retur.Panourile se vor lega in paralel , pentru un debit mare de agent termic.20

NR TR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Q(KW) 20.112 2.514 17.598 7.542 5.028 2.514 10.056 7.542 5.028 2.514 20.112 2.514 17.598 7.542 5.028 2.514 10.056 7.542 5.028 2.514 40.224

G(l/h ) 1200 150 1050 450 300 150 600 450 300 150 1200 150 1050 450 300 150 600 450 300 150 2400

l(m) 1 0.4 2.2 0.4 2.2 2.3 2.6 2.2 2.2 2.3 1 0.4 2.2 0.4 2.2 2.3 2.6 2.2 2.2 2.3 3

TABEL DIMENSIONARE CONDUCTE TUR l ech(m) d(mm) v(m/s) R(Pa/m) (-) (=1) 42x1.5 0.29 26 0.3 1.68 22x1 0.14 16 1.2 0.61 42x1.5 0.24 18 0.3 1.6 35x1.5 0.16 11 0.3 1.12 28x1.5 0.175 17.5 0.3 0.84 22x1 0.14 16 1.2 0.61 35x1.5 0.212 18 1 1.21 35x1.5 0.16 11 0.3 1.12 28x1.5 0.175 17.5 0.3 0.84 22x1 0.14 16 0.8 0.61 42x1.5 0.29 26 0.3 1.68 22x1 0.14 16 1.2 0.61 42x1.5 0.24 18 0.3 1.6 35x1.5 0.16 11 0.3 1.12 28x1.5 0.175 17.5 0.3 0.84 22x1 0.14 16 1.2 0.61 35x1.5 0.212 18 1 1.21 35x1.5 0.16 11 0.3 1.12 28x1.5 0.175 17.5 0.3 0.84 22x1 0.14 16 0.8 0.61 54x2 0.58 62 2.2 2.6

l ech(m) 0.504 0.732 0.48 0.336 0.252 0.732 1.21 0.336 0.252 0.488 0.504 0.732 0.48 0.336 0.252 0.732 1.21 0.336 0.252 0.488 5.72

R*l+R*lech(Pa) 39.10 18.11 48.24 8.10 42.91 48.51 68.58 27.90 42.91 44.61 39.10 18.11 48.24 8.10 42.91 48.51 68.58 27.90 42.91 44.61 540.64 1318.58 Pa

NR TR 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 10' 11' 12' 13' 14' 15' 16' 17' 18' 19' 20'

Q(KW) 20.112 2.514 17.598 7.542 5.028 2.514 10.056 7.542 5.028 2.514 20.112 2.514 17.598 7.542 5.028 2.514 10.056 7.542 5.028 2.514

G(l/h ) 1200 150 1050 450 300 150 600 450 300 150 1200 150 1050 450 300 150 600 450 300 150

TABEL DIMENSIONARE CONDUCTE RETUR l ech(m) l(m) d(mm) v(m/s) R(Pa/m) (-) (=1) 1 42x1.5 0.29 26 0.6 1.68 0.4 22x1 0.14 16 1.2 0.61 2.2 42x1.5 0.24 18 0.6 1.6 0.4 35x1.5 0.16 11 0.6 1.12 2.2 28x1.5 0.175 17.5 0.6 0.84 2.3 22x1 0.14 16 1.2 0.61 2.6 35x1.5 0.212 18 1.3 1.21 2.2 35x1.5 0.16 11 0.6 1.12 2.2 28x1.5 0.175 17.5 0.6 0.84 2.3 22x1 0.14 16 1.1 0.61 1 42x1.5 0.29 26 0.6 1.68 0.4 22x1 0.14 16 1.2 0.61 2.2 42x1.5 0.24 18 0.6 1.6 0.4 35x1.5 0.16 11 0.6 1.12 2.2 28x1.5 0.175 17.5 0.6 0.84 2.3 22x1 0.14 16 1.2 0.61 2.6 35x1.5 0.212 18 1.3 1.21 2.2 35x1.5 0.16 11 0.6 1.12 2.2 28x1.5 0.175 17.5 0.6 0.84 2.3 22x1 0.14 16 1.1 0.61

l ech(m) 1.008 0.732 0.96 0.672 0.504 0.732 1.573 0.672 0.504 0.671 1.008 0.732 0.96 0.672 0.504 0.732 1.573 0.672 0.504 0.671

R*l+R*lech(Pa) 52.21 18.11 56.88 11.79 47.32 48.51 75.11 31.59 47.32 47.54 52.21 18.11 56.88 11.79 47.32 48.51 75.11 31.59 47.32 47.54 21

21'

40.224

2400

3

54x2

0.58

62

2.7

2.6

7.02

621.24 1494.01 Pa

Panou P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16

TABEL CENTRALIZATOR PIERDERI z z (Rl+z)tr(Pa) (Rl+z)tot(Pa) rac(Pa) panou(Pa) 1502.01 1378.20 1289.42 1561.49 1468.43 1651.72 1565.45 1743.87 1289.42 1378.20 1502.01 1468.43 1561.49 1565.45 1651.72 1743.87 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 1805.01 1681.20 1592.42 1864.49 1771.43 1954.72 1868.45 2046.87 1592.42 1681.20 1805.01 1771.43 1864.49 1868.45 1954.72 2046.87

Reglaj fix(Pa) 241.86 365.67 454.45 182.37 275.44 92.14 178.41 0.00 454.45 365.67 241.86 275.44 182.37 178.41 92.14 0.00

Cu ajutorul tabelului de mai sus se face echilibrarea instalatiei , robinetii de reglaj avind si rol de inchidere pentru reparatii. Dimensionarea vasului de expansiune inchis V tot circ sol = V pan sol + Vcond + V serp boiler V tot circ sol = 16*2,2 + 121,4 +100 = 256.6 l V = Vinst[( 60C/ 90C) 1] Vu = 1,1 *V Vvei = Vu [ P max / (P max - Pmin )] Pmin = 1,56 bar Vvei = 10,62 l V = 7,15 l Vu = 7,86 l Pmin = 60C* g*H Pmax = 6 bar - volumul vasului de expansiune inchis

Alegerea pompei de circulatie solara Gp = 2400 l / h Hp = ( Rl+z)p8 + ( Rl+z)col +p serp22

Gp = 2,4 mc/h

Hp = 2047 + 1000 + 3*500 = 4547 Pa Aleg pompa WILO-STAR-ST 25/4 .

Hp = 0,5 mCA

Captatorul VITOSOL 200 este construit din tuburi solare vidate individuale, avand doua tipodimensiuni: - tip D 20, constituit din 20 de tuburi, avand suprafata de captare de 2 m; - tip D 30, constituit din 30 de tuburi, avand suprafata de captare de 3 m. Sistemul de constructie din tuburi individuale confera captatorului o stabilitate ridicata, iar in cazul avarierii unui tub, acesta poate fi inlocuit cu unul nou. Vidul din tuburile de sticla asigura o termoizolare eficienta, pierderile prin convectie intre tubul de sticla si elementul absorbant fiind eliminate aproape in totalitate, captatorul VITOSOL 200 asigurand producerea de apa calda si in conditiile unei radiatii solare difuze. In fiecare tub este inclus un element absorbant din cupru, acoperit cu un strat de TiNOX, asigurand un grad ridicat de absorbtie a a a_radiatiei solare si radiatie termica redusa. La elementul absorbant se ataseaza o tubulatura concentrica de schimb de caldura, spalata direct de agentul termic, preluand caldura de la elementul absorbant. Tubulatura coaxiala de schimb de caldura se racordeaza la tubulatura principala de distributie-colectare (fig. 4). Constructia captatorului permite corectarea abaterilor de pozitionare fata de directia Sud prin rotatia axiala a tuburilor (maxim 25), asigurand orientarea optima a suprafetei elementul de captare. Randamentul optic al captatorului ho = 83,7 %, considerand o radiatie globala: G = 800 W/m.

23

Softul de alegere a pompei de caldura si analiza energetica

FHP Manufacturing Chiller Application Data (SI)

Version 4.03 50 Hz

WP120

General Entering Conditions CoolingSource Water Flow (l/s) Load Water Flow (l/s)

2.7000 1.7000 24.00 12.00 10.0 0.0

Source Water Flow (l/s) Load Water Flow (l/s) Source Entering Water Temp (C) Load Entering Water Temp (C) Source Percent Propylene Glycol Load Percent Propylene Glycol

Heating 2.7000 1.7000 5.00 45.00 15.0 0.0 Heating 58.7 16.0 43879 30582 13301 3.3 2.2 51.2 3214 610 # # # #

Source Entering Water Temp (C) Load Entering Water Temp (C)

Source Percent Propylene Glycol Load Percent Propylene Glycol

Unit Performance CoolingSource Pressure Drop (kPa) Load Pressure Drop (kPa) Cooling Capacity (W) Heat of Rejection (W) Power Input (W) EER (W/W)

45.6 20.0 45270 53925 8657 5.2 28.8 5.6 1946 715 # # # #

Source Pressure Drop (kPa) Load Pressure Drop (kPa) Heating Capacity (W) Heat of Absorbtion (W) Power Input (W) COP Source Leaving Water Temp (C) Load Leaving Water Temp (C) Head Pressure (kPa) Suction Pessure (kPa)

Source Leaving Water Temp (C) Load Leaving Water Temp (C) Head Pressure (kPa) Suction Pessure (kPa)

24

Bibliografie 1. Gavriliuc, R. - Pompe de cldur de la teorie la practic. Ed. MATRIX ROM , Bucureti, 1999. 2. Hera, D., Drughean , L., Prvan, A. - Scheme i cicluri frigorifice pentru instalaii cu comprimare mecanic . Ed. MATRIX ROM , Bucureti, 2003. 3. Ilina, M., Brandabur, C., Popescu, M., Stnescu t., Chiriac, Al., Cocora, O. Instalaii de nclzire ndrumtor de proiectare. Ed. Tehnic, Bucureti, 1992. 4. Cruceru, T., Vintil, t., Onciu, L. Instalaii sanitare i de nclzire. Ed. Didactic i Pedagogic, R.A., Bucureti, 1995 5. Du, Gh., Stoenescu, P., Colda, I., Stoican, G., Zgavarogea, M., Enache, D. Instalaii de ventilare i climatizare- ndrumtor de proiectare, vol. I. Institutul de Construcii Bucureti, 1984. 6. Du, Gh., Stoenescu, P., Colda, I., Stoican, G., Zgavarogea, M., Enache, D. Instalaii de ventilare i climatizare- ndrumtor de proiectare, vol. II. Institutul de Construcii Bucureti, 1984. 7. Iamandi, C., Petrescu, V., Sandu, L., Damian, R-M, Anton, A., Degeratu, M. Hidraulica instalaiilor. Ed. Tehnic, Bucureti, 1985,

25

26

27

28

29