CALCULUL PIERDERILOR DE CALDURA ALE INCAPERILOR

CALCULUL PIERDERILOR DE CALDURA ALE INCAPERILOR

1.GENERALITATI

Dupa determinarea caracteristicilor geometrice si termotehnice ale elementelor de constructie delimitatoare (terasa, pereti, pardoseala ), putem trece la determinarea pierderilor de caldura. Determinarea pierderilor de caldura se face in ipoteza in care in incaperea respectiva este asigurata temperatura inteioara de confort t_i conform STAS 1907/91. Metoda generala de calcul, reglementata conform STAS 1907/91, are ca relatie de baza:

unde: Q - pierderea de caldura a incaperii (W)

Q_T - pierderea de caldura prin transmisie (W)

Q_i - necesarul de caldura pentru incalzirea aerului rece infiltrat in incapere prin rosturi (neetanseitati)

SA - suma adaosurilor procentuale la pierderile de caldura prin transmisie

Observatie: Aceasta metoda de stabilire a pierderilor de caldura se aplica pentru toate cladirile civile, industriale si agrozootehnice, cu exceptia cladirilor: -subterane; -cu inertie termica mica (sere); -care se incalzesc rar; - prevazute cu sisteme de incalzire locale sau prin radiatie.

PIERDERI DE CALDURA PRIN TRANSMISIE 'Q_T'

1.Ecuatia generalizata

Sunt pierderi de caldura prin elementele delimitatoare ale incaperii (pereti interiori sau exteriori, terasa, pardoseala, usi, ferestre).

Q_T= Q_TE + Q_PE + Q_FE + Q_Pin + Q_Pd [W] (1)

unde: Q_TE - pierderea de caldura prin terasa (W);

Q_PE - pierderea de caldura prin peretele exterior (W);

Q_FE - pierderea de caldura prin fereastra exterioara (W);

Q_Pin - pierderea de caldura prin peretele interior (W);

Q_Pd - pierderea de caldura prin pardoseala (W).

Aceste pierderi de caldura sunt individualizate pentru fiecare incapere in parte, in functie de pozitia incaperii in cladirea analizata (vezi fig.1)

Pentru un element de constructie oarecare, pierderea de caldura prin transmisie, are urmatoarea expresie:

unde: R₀ - rezistenta termica a elementului de constructie considerat (m²K/W)

S - suprafata de calcul a elementului de constructie prin care se pierde caldura (m²)

*pentru pereti: S_c = h_nivel*l_perete- S_goluri (3)

*pentru terasa (pardoseala): S_c = a b (

Δt - diferenta intre temperatura interioara a aerului incaperii t_i si temperatura spatiului adiacent (mediul exterior cu temperatura t_e, sau o incapere invecinata cu temperatura aerului interior t_i')

m - coeficient de masivitate termica - corecteaza temperatura conventionala de calcul a aerului exterior in functie de inertia termica a elementului de constructie 'j'

* m=1,225 - 0,05D (5)

D=SD_j (6)

D_j=R_j s_24j (7)

* pentru elementele de constructie cu inertie termica foarte scazuta (D(1), se admite in calcul o valoare m=1,2 (este cazul ferestrelor)

* pentru elementele de constructie interioare, acest coeficient isi pierde semnificatia, deci consideram m=1.

t_i - temperatura aerului interior in incaperile invecinate cu incaperea de calcul. Pentru o temperatura pe care nu o cunoastem (balcon inchis, camara..) t_x, aceasta se determina conform STAS 1907/2, sau pe baza unei ecuatii de bilant termic:

in care: S_i⁰ - suprafetele de schimb de caldura intre incaperea considerata si incaperile invecinate.

R_0i - rezistentele termice ale elementelor de constructie delimitatoare ale incaperii considerate. De unde rezulta:

In concluzie, putem scrie relatia fluxului de caldura pierdut prin transmisie de catre o incapere data:

Cazuri particulare ale pierderilor de caldura prin transmisie.

1.Pardoseli asezate direct pe pamant.

In acest caz, fluxul termic transmis catre exterior prin sol, are doua componente: a) catre panza de apa freatica; b) catre aerul exterior prin banda de contur

Q_X= Q_F+ Q_BC    [W] (1) unde:

Q_F - fluxul termic transmis catre panza de apa freatica

Q_BC - fluxul termic transmis prin banda de contur

NOTA: Banda de contur reprezinta suprafata conventionala prin care se considera ca se pierde caldura prin sol catre aerul exterior.

unde: S_p - suprafata totala a pardoselii incaperii respective;

t_i - temperatura interioara a incaperii;

t_f - temperatura panzei de apa freatica (pentru Romania, t_f=10 C;

R_p - rezistenta termica a pardoselii si a stratului de pamant pana la panza de apa freatica;

λ_sol=1,16 W/mK; h_f - adancimea panzei de apa freatica (vezi tema)

in care:

S_BC - suprafata benzii de contur: latime - 1m.; lungime - lungimea peretilor exteriori ai incaperii; R_BC - rezistenta termica a benzii de contur - se calculeaza prin integrarea expresiei fluxului termic unitar transmis pentru un element de pardoseala de grosime dx, pentru intreaga latime a benzii de contur (vezi tabelul 4.6, pag.193).

Incaperi semiingropate

Standardul 1907 indica aplicarea relatiei (1), inclusiv componenta referitoare la banda de contur; pentru portiunile de pereti situate sub nivelul solului, se asimileaza cu pardoseli asezate direct pe pamant. Daca aceste incaperi au pardoselile situate la mai mult de 1m sub cota terenului, atunci componenta fluxului de caldura prin banda de contur de pe pardoseala se considera nula.

3.Adaosuri la pierderile de caldura prin transmisie

3.1.Generalitati

Necesarul de caldura al unei incaperi poate suferi influenta anumitor factori perturbatori, care nu au putut fi inclusi in relatia fluxului termic pierdut prin transmisie. Este vorba de radiatia solara care are o influenta inegala asupra incaperilor in functie de pozitia incaperilor fata de punctele cardinale, precum si de existenta unor fluxuri termice radiante intre om si suprafetele delimitatoare reci ale incaperii. Toate aceste influente se regasesc in adaosurile procentuale ce se aplica pierderii de caldura prin transmisie:

SA = A₀ + A_C (3.1.1),

unde

A₀ - adaos de orientare; A_C - adaos de compensare a suprafetelor reci.

3.Adaosul de orientare A₀

Corecteaza fluxul termic pierdut de incapere prin transmisie, tinand seama de orientarea peretilor exteriori ai incaperii; pentru fiecare orientare se considera o valoare procentuala corelata cu influenta radiatiei solare asupra elementelor de constructie exterioare.

Semnificatia fizica: pentru acelasi element de constructie, in aceleasi conditii de temperatura, fluxul termic cedat poate fi influentat de umiditatea elementului respectiv, astfel:

- peretii expusi mai mult timp radiatiei solare directe in timpul anului calendaristic, sunt mai uscati, fapt ce imbunatateste calitatile izolatoare ale acestora;

- similar, in cazul unei influente scazute a radiatiei solare directe, elementul de constructie considerat nu poate elimina umezeala acumulata, ceea ce conduce la scaderea calitatilor sale izolatoare.

Concluzie: Adaosul de orientare se aplica numai incaperilor care au pereti exteriori.

Pentru fiecare orientare, procentul acordat reprezinta o cota parte din fluxul termic pierdut prin transmisie; adaosul care se acorda este cel corespunzator peretelui exterior cel mai dezavantajat.

3.3.Adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci A_C

Acest adaos tine cont de influenta suprafetelor delimitatoare in contact cu exteriorul. Se aplica procentual pierderilor de caldura prin transmisie totale, ale incaperii considerate; se calculeaza in functie de rezistenta medie totala ponderata cu suprafata totala a incaperii 'R₀', si de numarul suprafetelor delimitatoare exterioare: pereti, plafon (ferestrele si usile exterioare nu se considera suprafete exterioare independente).

Acest adaos nu se aplica urmatoarelor tipuri de incaperi:

- incaperi de trecere (hol, casa scarii,..);

- incaperi in care se desfasoara munca grea;

- incaperi incalzite prin radiatie.

Relatia de calcul a rezistentei medii a incaperii, este:

in care:

S_T - suprafata totala a incaperii (considerata ca un paralelipiped) in m²; t_i - temperatura interioara a incaperii, in C; t_e - temperatura exterioara conventionala de calcul (conform zonei climatice), in C;

SQ_T - suma pierderilor de caldura prin transmisie ale incaperii, in W.

Valorile procentuale ale adaosului A_C, se determina in functie de valoarea lui R₀, conform nomogramei.

4.Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului rece infiltrat in incapere

A doua componenta din relatia (1.1) a necesarului de caldura, este constituita de necesarul de caldura datorate schimburilor voluntare sau involuntare de aer intre incaperea calculata si exterior. Din acest motiv, relatia de calcul are doua componente:

- una corespunzatoare infiltratiilor de aer permanente involuntare prin 'rosturile' elementelor de constructie 'mobile' exterioare (usi, ferestre);

- a doua componenta se refera la aerul patruns din exterior la deschiderea usilor sau ferestrelor.

Q_i = E S(Li)v^4/3(t_i-t_e) + U S_un(t_i-t_e) [W] (4.1),

unde

E - factor de corectie ce depinde de numarul de nivele ale cladirii studiate (tab.4.8, pag,197); i - coeficient de infiltratie al aerului prin rosturi (W/m²C(m/s)^4/3) - tab.4.9, pag.197;

Observatie: cladiri - greu permeabile-cu pereti despartitori interiori si usi interioare intre fatade exterioare opuse; - usor permeabile-fara pereti despartitori interiori intre fatade exterioare opuse;

v - viteza de calcul a vantului (m/s), conform zonei eoliene in care se gaseste localitatea considerata (tab.4.10, pag.198);

U - debitul de caldura necesar incalzirii cu 1 C a aerului rece patruns la deschiderea voluntara a unei usi cu suprafata de 1m²; U=0,36 J/m² C;

S_u - suprafata usilor exterioare, in m²;

n - numarul de deschideri pe ora, in h^-1;

SL - lungimea rosturilor elementelor de constructie exterioare mobile (usi+ ferestre), in m

Observatii: 1.Rostul dintre 2 elemente mobile alaturate se ia in calcul o singura data; Pentru tamplarie dubla, lungimea SL se calculeaza pentru un singur rand de tamplarie; 3.La calculul lungimii SL a rosturilor, se tine seama de pozitia elementelor mobile pe peretii incaperii, precum si de actiunea vantului asupra acestora (respectiv fatadela opuse supuse la suprapresiune si depresiune);

Exemplu:

Observatie: Numarul de deschideri ale usilor in unitatea de timp (1h), se alege in functie de destinatia cladirii; in cazul cladirilor de locuit nu se iau in calcul usile de la balcoane, ci doar usile care se deschid frecvent, de exemplu - usa de la intrarea in blocul de locuinte. Pentru alte tipuri de cladiri:

1.Cladiri administrative: -posta: n=20..40desch./h; -institutii: n=10..20d/h; Magazine mari: n=40..100 desch./h (se recomanda realizarea unor perdele de aer cald)

3.Sali de spectacole: n=30..60 desch./h

5.Calculul pierderilor de caldura pe baza de indici

Pentru calculul aproximativ al necesarului de caldura pentru incalzire, Q_n, se pot folosi indici stabiliti pe baza unor proiecte intocmite pentru cladiri cu diferite destinatii. Scopul utilizarii acestei metode este de a determina rapid pierderile de caldura ale unor cladiri cu un numar mare de incaperi. Relatia de calcul este: Q_n=V_T q₀(t_i-t_e) [W] (5.1)

in care:

V_T - volumul incaperii considerate (m³); q₀ - indicele volumic de pierderi de caldura al incaperii de referinta (calculate prin metoda STAS 1907) (W/m³ C)

Observatie: prin incapere de referinta, se intelege o incapere asemanatoare din punct de vedere al amplasarii in cladire si al numarului de suprafete exterioare, cu incaperea de calculat.

unde: Q₀ - necesarul de caldura al incaperii de referinta (W)

V_T0 - volumul incaperii de referinta (m³)

t_i0 - temperatura interioara a incaperii de referinta

t_i - temperatura interioara a incaperii de calculat

Observatii:

1.Metoda prezinta dezavantajul introducerii unor erori de calcul destul de importante, deoarece nu tine cont de orientarea incaperii si de numarul, tipul si ponderea elementelor mobile exterioare (usi, ferestre);

Metoda prezinta avantajul unei evaluari rapide a pierderilor de caldura, usor de sistematizat sub forma tabelara.