CONSUMURI FINALE DE ENERGIE TERMICA

1 Clasificari

Pentru clasificarea consumurilor de energie termica pot fi avute in vedere mai multe aspecte cum ar fi :

destinatia consumului;

natura si parametrii purtatorului de energie;

modul propriu de variatie a cererii de energie (zilnica, saptamanala, sezoniera si anuala)..

In functie de destinatie se disting urmatoarele categorii de consumuri de energie termica :

a) consumuri pentru realizarea si mentinerea unor anumite conditii de munca si de viata (unui anumit nivel de confort), cum ar fi cele destinate incalzirii, ventilarii, climatizarii, prepararii apei calde de consum;

b) consumuri cu caracter tehnologic, aferente activitatilor cu caracter direct productiv, proceselor tehnologice, etc.

In functie de natura purtatorului de energie, consumurile de energie termica (caldura) se pot clasifica in doua mari categorii :

consumuri de caldura sub forma de abur;

consumuri de caldura sub forma de apa fierbinte sau apa calda.

Definirea cererii de energie a unui mare consumator sau a unui grup de consumatori mai mici la un moment dat consta in precizarea urmatoarelor aspecte :

- valorile limita ale cererii momentane (maxima, minima);

- consumurile lunare, sezoniere si anuale de energie realizate sau preliminate;

- durata anuala a alimentarii cu energie, in cazul existentei mai multor perioade caracteristice, durata fiecareia dintre acestea;

- modul de variatie specific a cererii de energie pentru un interval cu durata unei zile, a unei saptamani, a unui sezon si/sau a unui an.

Cererea totala de energie la nivelul unui contur dat rezulta prin insumarea cererilor diferitelor categorii si/sau grupari de consumatori.

In cazul unor consumuri simultane de energie electrica si caldura cu potential termic mediu sau coborat, consumatorii sunt caracterizati printr-un indice de structura a consumului, definit prin raportul intre cererile maxime, medii sau momentane de energie electrica si respectiv de caldura. Aceasta marime influenteaza si in anumite situatii chiar determina natura si caracteristicile solutiei de alimentare cu energie sau modalitatea de tarifare convenabila consumatorului.

Consumul de caldura cu nivel termic coborat sau cel mult mediu are la randul sau mai multe destinatii :

- incalzire, ventilare, climatizare;

- prepararea apei calde menajere/sanitare;

- tehnologica (alimentarea cu caldura a unei activitati productive desfasurate intr-o intreprindere industriala sau a unei utilitati publice).

Caldura este transportata de la sursa la consumatorul final prin intermediul unui agent termic, ale carui natura si parametri sunt in general adaptate destinatiei consumului. Si in acest caz diferitele categorii de consum prezinta caracteristici diferite.

Trebuie precizat faptul ca, datorita limitarilor de natura tehnica, cererea de caldura cu potential termic ridicat este asigurata numai prin arderea directa a combustibilului in perimetrul instalatiei consumatoare.

Insumarea consumurilor pentru stabilirea valorii maxime a cererii totale aferente diferitelor categorii sau grupuri de consumatori alimentati de catre aceeasi sursa se face tinand seama de gradul de simultaneitate al cererilor respective. De asemenea, simultaneitatea consumurilor de energie electrica si termica (diurna, saptamanala, sezoniera, anuala) ale aceluiasi consumator constituie un aspect important in definirea cererii respective de energie, care poate avea consecinte importante asupra eficacitatii solutiilor de alimentare cu energie prin cogenerare.

Consumatorii de caldura pentru incalzirea, ventilarea si conditionarea spatiilor, fie ca acestia sunt casnici, publici sau industriali, prezinta o serie de caracteristici comune legate de tipul de clima si conditiile meteorologice din zona de amplasament :

durata de alimentare;

alura curbei de variatie a temperaturii exterioare si valorile limita ale acesteia.

Consumatorii de energie de tip industrial prezinta la randul lor o mare diversitate sub aspectul scarii de putere, al indicelui de structura a consumului de energie, al duratei alimentarii cu energie si al modului specific de variatie a cererii. Intre caracteristicile cererii de energie, modul de variatie in timp prezinta cele mai multe particularitati, deoarece el constituie rezultatul suprapunerii efectelor unor factori bine determinati si a unor factori aleatori specifici activitatii respective.

Reducerea consumurilor de energie si respectiv cresterea eficientei energetice a unei intreprinderi industriale, indiferent de natura si caracteristicile consumurilor inventariate in interiorul perimetrului ocupat, presupune in general recurgerea la doua categorii de masuri avand ca scop :

reprogramarea functionarii si reabilitarea instalatiilor si echipamentelor existente fara modificari esentiale;

identificarea si implementarea unor solutii tehnice noi de instalatii, echipamente si tehnologii cu performante tehnice, energetice si economice superioare.

2. Consumuri pentru asigurarea conditiilor de munca si de viata

Avand in vedere destinatia, consumurile de caldura pentru incalzire, ventilare, climatizare si prepararea apei calde, se pot incadra in categoria consumuri energetice aferente cladirilor. Eforturile de reducere ale oricarui tip de consum de energie trebuie sa se bazeze pe cunoasterea factorilor sai de influenta.

Obiectivele actiunilor de ameliorare a eficientei energetice a cladirilor sunt, in ordine :

realizarea si mentinerea conditiilor de confort;

eliminarea pierderilor energetice;

asigurarea monitorizarii corespunzatoare a consumurilor energetice.

Masurile adoptate sunt in general orientate in urmatoarele directii principale:

instalarea unor sisteme pentru masurarea si controlul (reglajul) consumurilor energetice;

interventii in structura cladirilor, pentru reducerea pierderilor de energie termica a acestora;

imbunatatirea caracteristicilor tehnico-functionale ale instalatiilor si echipamentelor consumatoare;

adoptarea unor solutii de recuperare avansata a resurselor energetice secundare.

2.1 Consumul de caldura pentru incalzirea spatiilor

Principalele elemente de care depinde marimea consumului de caldura pentru incalzire se pot grupa in urmatoarele categorii:

a) natura si destinatia incintei incalzite precum si specificul activitatii desfasurate in interiorul acesteia: locuinte, institutii publice si administrative, institutii culturale, scoli, camine de copii, spitale, hale industriale, etc; degajari de caldura;

b) elemente geografice si climaterice: zona geografica in care este amplasata incinta (cladirea), temperatura exterioara de calcul, viteza de calcul a vantului, orientarea geografica, gradul de expunere la vant, temperatura de calcul a solului, adancimea panzei de apa freatica;

c) elemente constructive si caracteristici termofizice ( densitate, caldura specifica, conductivitate termica, coeficienti de transfer de caldura, permeabilitate termica, inertia termica) ale elementelor de constructie ale incintei: tip materiale de constructii (caramida, panouri beton), tip pereti (interior, exterior), grosime perete, tip plansee, tip pardoseala, tip izolatie, usi si ferestre (interioare, exterioare, simple, duble, materiale), rosturi; coeficienti de tarnsmitere a caldurii;

d) caracteristicile tehnico-constructive ale aparatelor de schimb de caldura, modul de exploatare si intretinere;

e) regimul de alimentare cu caldura, modul de reglare a caldurii livrate, durata de alimentare cu caldura, intreruperi acceptate in alimentarea cu caldura, etc.

a. Marimea si variatia consumului de caldura pentru incalzire

Indiferent de natura incintei, marimea consumului de caldura rezultata din bilantul termic al acesteia, care ia in consideratie toate pierderile si aporturile de caldura:

(1)

Deci, rezulta consumul de caldura pentru incalzire:

(2)

in care: q_pt sunt pierderile de caldura prin suprafetele care marginesc incinta; q_pv - pierderile de caldura prin infiltrarea aerului rece din exterior, datorita neetanseitatilor usilor si ferestrelor exterioare, q_pvr, si prin ventilare naturala, q_pvn; q_tr - caldura necesara a fi introdusa in incinta, in perioadele tranzitorii de la inceputul incalzirii, pentru ridicarea temperaturilor peretilor, obiectelor si aerului din incinta pana la valorile corespunzatoare regimului stationar;

q_i - caldura introdusa de instalatia statica de incalzire; q_d - caldura degajata in urma activitatilor care au loc in incinta; q_r - caldura primita din exterior prin radiatie solara.

Determinarea consumului de caldura pentru incalzirea incintelor se poate face printr-un calcul exact - conform normativelor standardizate sau printr-un calcul aproximativ. In cele ce urmeaza se vor prezenta relatiile de calcul aproximativ. Pentru calcule aproximative, care urmaresc stabilirea intr-o prima faza a capacitatii de transport a unei retele termice sau a sursei de alimentare cu caldura, se pot folosi urmatoarele relatii simplificate:

[kW] (3)

[kW] (4)

unde: x_i este caracteristica termica de incalzire a cladirii, in kW/(m² grad); V_e - volumul exterior al cladirii, in m³; a - coeficient care tine seama de valoarea de calcul a temperaturii exterioare ; f_v - factor dependent de valoarea temperaturii exterioare. Ponderea diverselor pierderi care intervin in relatia (5.) depinde de destinatia incintei, de suprafata totala de schimb de caldura a acesteia cu exteriorul si de raportul de vitrare r_v (raportul intre suprafata acoperita cu sticla si suprafata totala inconjuratoare a incintei incalzite.

Stabilirea valorii de calcul a consumului de caldura se face pentru valorile de calcul ale: temperaturii interioare , temperaturii exterioare si vitezei vantului v^c . Odata cunoscuta valoarea de calcul , conform metodologiei de mai sus, pentru calculul celorlalte valori caracteristice ale consumului de caldura se vor utiliza urmatoarele relatii:

Consumul minim de caldura, , corespunde temperaturii exterioare ,ca valoare medie zilnica pentru trei zile consecutive, la care incepe, respectiv se termina perioada de incalzire (conform standardului in vigoare, ). Tinand seama de relatiile de calcul prezentate mai sus, rezulta ca pentru o anumita viteza a vantului v si o anumita incinta, necesarul de caldura pentru incalzire are forma generala:

q_i = a + b (t_i - t_e) [kW] (5)

in care a si b sunt constante dimensionale pentru incinta data, dependente de caracteristicile termice si constructive ale acesteia (cunoscute de la calculul lui ).

Scriind relatia (5) pentru conditiile de calcul si cele corespunzatoare valorii minime, rezulta:

[kW] (6)

Consumul mediu anual de caldura, , se poate calcula cu relatia:

[kW] (7)

in care: f_v este coeficientul de corectie care tine seama ca viteza reala a vantului v este mult diferita de valoarea de calcul v^c luata in considerare la determinarea (in functie de zona eoliana, f_v = 0,705.0,877 pentru v^c = 10.4 m/s); f_c - coeficientul de corectie care tine seama ca necesarul real de caldura este mai mic decat cel teoretic, in stabilirea acestuia netinandu-se seama de aporturile de caldura de la oameni, iluminat, procese tehnologice etc. (pentru ateliere cu procese tehnologice fara degajari de caldura f_c = 0,70, iar la cele cu degajari de caldura f_c = 0,65); f_t - coeficientul de corectie datorat oscilatiilor admise ale temperaturii aerului interior, care apar datorita regimului de livrare a caldurii si a regimului nestationar de transfer de caldura (pentru majoritatea constructiilor f_t = 0,95; f_i - coeficientul de corectie care tine seama ca la calculul valorii medii nu s-a luat in considerare adaosul de intrerupere a functionarii instalatiei (pentru regimul de functionare: cu intreruperi de 14 h/zi, f_i = 0,91; cu intreruperi de 10 h/zi, f_i = 0,94, iar la functionare continua, f_i = 1,00 .

Consumul anual de caldura pentru incalzire, Q_i, este dat de:

(8)

sau, folosind numarul de grade zile ale perioadei de incalzire,

[grade zile/an] (9)

relatia (8) devine:

[kWh/an] (10)

in care: t_zi este durata zilnica de functionare a instalatiei de incalzire, in h/zi; z - durata perioadei de incalzire, in zile; - temperatura exterioara medie pe perioada de incalzire, in C. Valorile lui N si sunt specificate in standardele care trateaza problema incalzirii spatiilor.

b. Variatia consumului de caldura pentru incalzire depinde, in primul rand, de temperatura exterioara si de caracteristicile termofizice ale elementelor de constructie care delimiteaza incinta, dupa cum s-a aratat in relatia (10). Ca urmare, pentru o incinta data, q_i variaza invers proportional fata de temperatura exterioara t_e.

Variatia zilnica a lui q_i este functie de variatia corespunzatoare a lui t_e care, dupa analizele statistice, are o alura aproximativ sinusoidala decalata fata de origine (v.fig.9.). Tinand seama de relatia (5), variatia lui q_i ar fi data de curba 2 din figura 9. Aceasta corespunde unor incinte fara inertie termica, de exemplu, 100% vitrate. In realitate, elementele de constructie introduc o intarziere (defazaj) a variatiei lui q_i fata de aceea a lui t_e. Acest defazaj (in ore) depinde de natura si grosimea elementelor de constructie, putand ajunge la valori de ordinul orelor pentru incintele cu grade mici de vitrare.

Curba clasata anuala consumului de caldura pentru incalzire are alura din figura 10. Aceasta se caracterizeaza printr-un grad de neuniformitate ridicat (d _i 1,82,1) pentru durate ale perioadei de incalzire corespunzatoare conditiilor tarii noastre de: t_i 30005400 h/an.

Cantitatea anuala de caldura pentru incalzire este:

[kJ/an] (11)

iar duratele anuale de utilizare ale valorii de calcul sunt:

h/an (12)

Fig. 10. Curba clasata anuala a necesarului de caldura pentru incalzire

Metodele de reducere a consumului de caldura pentru incalzire se aplica in doua etape :

in faza de conceptie si proiectare a ansamblului cladirii;

in cursul existentei acestora.

Asupra unora dintre elementele care influenteaza marimea consumului de caldura pentru incalzire nu se poate interveni :

a)      natura si destinatia incintei incalzite,

b)      pozitia geografica si conditiile climaterice.

De aceea, principalele metode de reducere a consumului de caldura, vor fi orientate catre aspecte accesibile :

caracteristicile constructive, fizice si termice ale incintei alimentate cu caldura;

caracteristicile tehnico-constructive ale aparatelor de schimb de caldura pentru incalzire;

regimul de alimentare si modul de reglare a caldurii livrate.

O prima categorie de metode vizeaza tipul constructiv al aparatelor consumatoare, precum si sistemele de masura, reglare si control amplasate la nivelul acestora. In general aceste masuri sunt avute in vedere in faza de conceptie si proiectare, orientarea actuala fiind catre echipamente performante, bazate pe tehnologii de ultima ora in domeniul respectiv.

Controlul sistemelor de incalzire conduce la economii importante de energie pentru toate tipurile de cladiri.

Utilizarea contoarelor de energie termica care inregistreaza cantitatea de agent termic si temperaturile pe tur si retur permite calcularea automata a energiei termice consumate in perioada de incalzire.

O importanta deosebita o are dimensionarea, intretinerea si exploatarea corecta a sistemelor de distributtie a caldurii de la sursa la aparatele consumatoare (diametre optime de conducte si grosimi ale izolatiei, grad de etanseitate, regim piezometric, etc).

Recuperarea resurselor energetice secundare si utilizarea resurselor regenerabile, in special a energiei solare, sunt masuri care conduc la economii semnificative la factura energetica.

O serie de metode de reducere a consumului de caldura pentru incalzire vizeaza incinta, respectiv cladirea incalzita :

imbunatatirea constructiva a incintelor printr-o compartimentare corespunzatoare, ceea ce conduce la diminuarea pierderilor de caldura prin infiltratii si ventilare naturala;

reducerea suprafetelor vitrate, avandu-se in vedere reducerea iluminatului natural si cresterea consumului de energie electrica pentru iluminatul artificial;

imbunatatirea caracteristicilor fizice si termice ale materialelor de constructie utilizate pentru realizarea incintei;

interventii in anvelopa cladirii care cuprinde acoperisul, zidurile, podeaua, usile si ferestrele cladirii.

Pierderile de energie in cladiri prin elementele de constructie sunt semnificative. Actualele metode de reducere a pierderilor presupun izolarea si etansarea anvelopei, dublarea geamurilor, etc.

Materialele izolante utilizate au ca principala caracteristica capacitatea de a mentine aer, deoarece aerul este un izolant natural foarte bun. Alte caracteristici deosebit de importante ale materialelor izolante sunt flexibilitate la temperatura de lucru, antiinflamabilitate, rezistenta la apa si vaporii de apa, rezistenta chimica, usurinta in depozitare si manevrare, etc. Dintre materialele izolante cele mai utilizate sunt vata minerala, fibra de sticla, spuma poliuretanica si polistirenul expandat. Conductibibilitatea lor termica este cuprinsa intre 0.03-0.05 W/mK.

Izolarea acoperisului este cea mai eficienta masura din punct de vedere al economiei de energie, avand in vedere ponderea mare a pierderilor de caldura prin acoperis. Izolarea acoperisului se poate face in mod normal (inserarea unui strat izolant intre plafon si hidroizolatia acoperitoare) sau invers (peste hidroizolatie se depune stratul termoizolant). Acest ultim procedeu compenseaza deficientele izolatiei normale.

Izolarea zidurilor conduce la cresterea confortului termic si diminuarea considerabila a pierderilor energetice. Izolatia externa are avantajul ca nu perturba functionarea cladirii si are ca efect pastrarea intregii structuri calde si uscate. Ea realizeaza cu ajutorul materialelor izolante fixate mecanic sau cu adezivi si consolidate cu plasa sau printr-o combinatie de izolatie si tencuiala de ciment.

Izolarea aplicata pe partea interioara a peretilor prezinta avantajul ca nu necesita modificarea fatadei cladirii, se poate aplica numai pe anumite portiuni ale cladirilor si este mai usor de aplicat. Metoda prezinta si dezanvantaje, deoarece conduce la intreruperea activitatii interioare in timpul lucrarilor si creeaza dificultati in amplasarea sistemelor de conducte, in alimentarea cu energie electrica si in amplasarea instalatiilor consumatoare. Izolarea interioara reduce spatiul util al incintelor si nu poate evita aparitia puntilor termice.

Izolarea rosturilor se face cu o spuma pe baza de vata minerala si polistiren expandat care se introduce intre zidul interior si cel exterior. Acest tip de izolatie are un cost relativ scazut si durata de recuperarea mica.

Izolarea fundatiei si izolarea pardoselii evita si ea aparitia puntilor termice.

Defectele de structura ale cladirii si deschiderea necontrolata a usilor si ferestrelor conduc la pierderi importante de caldura. Pentru etanseizarea elementelor mobile (usi, ferestre) se utilizeaza materiale tip spuma si materiale textile. De asemenea se urmareste reducerea pe cat posibil a numarului de deschideri a usilor si ferestrelor.

Ferestrele constituie zone cu pierderi importante de caldura in cadrul cladirilor. De asemenea, apar frecvent punti termice intre rama si perete. Dublarea geamurilor poate reduce pierderile cu mai mult de 50%.

In concluzie, interventia in anvelopa cladirii se face pa baza calculelor tehnico economice, punandu-se in balanta investitiile necesare si beneficiile obtinute sub toate aspectele.

2.2 Consumul de caldura pentru ventilare

Consumul de caldura pentru ventilare asigura incalzirea aerului proaspat introdus intr-o incinta, in vederea inlocuirii unei cote echivalente de aer viciat evacuat in exterior.

In functie de cantitatea de noxe prezenta in incinta, regimurile posibile de functionare a instalatiilor de ventilare sunt:

in circuit deschis (fara recircularea aerului din interior);

in circuit mixt (cu recirculare partiala a aerului din interior);

in circuit inchis (cu recircularea aerului din interiorul incintei).

Principalele elemente de care depinde marimea consumului de caldura pentru ventilare sunt:

elemente geografice si climaterice : zona geografica in care este amplasata incinta (cladirea), temperatura exterioara de calcul, directia, frecventa si viteza medie a vantului;

elemente dependente de natura activitatii, destinatia incintei si cantitatea si gradul de nocivitate al noxelor emise. Acestea influenteaza numarul de schimburi de aer cu exteriorul (frecventa), regimurile de functionare ale instalatiei de ventilare si anume durata zilnica de functionare respectiv intreruperile in functionare in cursul unei zile precum si saptamanale (weekend, sarbatori legale).

caracteristicile constructive ale incintei: volumul interior, temperatura si caldura specifica a aerului din interiorul incintei;

caracteristicile tehnico-constructive ale aparatelor de ventilare si modul de exploatare, gradul de intretinere si sistemele de reglare utilizate;

a. Marimea si variatia consumului de caldura pentru ventilare

Se calculeaza cu relatia:

[kW] (13)

in care: n_s este numarul (frecventa) de schimburi, caracteristic destinatiei incaperii, in schimburi/s; V_i - volumul interior al incaperii ventilate, in m; c_a - caldura specifica a aerului, in kJ/m K; t_i, t_e - temperatura interioara si exterioara a aerului, in C.

Valoarea de calcul a consumului de caldura, , se determina pe baza valorilor de calcul ale lui n_s, t_i si t_e in functie de natura activitatilor din incinta. Valorile lui sunt aceleasi cu cele aferente incalzirii. Valoarea de calcul se stabileste in functie de marimea degajarilor nocive (noxele) din incinta ventilata. pentru incintele cu degajari nocive, procesul de ventilare are un caracter continuu, numarul de schimburi de aer ramanand constant la valoarea de calcul . In acest caz, valoarea de calcul a lui t_e este aceea considerata ca si la incalzire . La incintele fara degajari nocive, unde in cursul zilei procesul de ventilare are un caracter intermitent, temperatura exterioara de calcul pentru ventilare are valori mai ridicate decat .

Deci:

- la incintele cu degajari nocive:

(14)

- la incintele fara degajari nocive:

[kW] (15)

In perioadele scurte de timp in care temperatura exterioara are valori cuprinse intre si pentru a mentine constanta temperatura se reduce frecventa schimbatoarelor de aer . Valoarea minima a acestei frecvente apare la temperatura exterioara de calcul , fiind data de:

[schimburi/s] (16)

Consumul mediu de caldura pentru ventilare, , se poate calcula cu relatia:

[kW] (17)

in care f₁ este un coeficient de corectie care tine seama de faptul ca temperatura exterioara medie pe perioada de functionare a instalatiei de ventilare poate fi diferita de valoarea medie definita prin . Valorile sale depind de si numarul de schimburi de lucru ale intreprinderii (pentru C si pentru lucrul in 3 schimburi f₁ = 0,9750,625, iar pentru lucru intr-un schimb f₁ = 0,9500,550).

Consumul anual de caldura pentru ventilare, Q_v este dat de:

[kWh/an] (18)

unde: t_v,zi este durata zilnica de functionare a instalatiei de ventilare, in h/zi; z_v - durata anuala a perioadei de ventilare, in zile/an; f₂ - coeficient care tine seama ca, in general, instalatia de ventilare nu functioneaza in zilele de sarbatoare (curent se poate considera f₂ = 0,85).

Variatia consumului de caldura pentru ventilare - este determinata de variatia temperaturii exterioare t_e, variind liniar cu aceasta. In cazul incintelor fara degajari nocive, la valori t_e mai coborate decat , consumul de caldura ramane constant la valoarea de calcul prin reducerea numarului de schimburi de aer n_s.

Valorile zilnice ale consumului de caldura pentru ventilare urmaresc strict variatiile temperaturii exterioare, cu exceptia perioadelor de intrerupere a ventilarii si a perioadelor in care temperatura exterioara momentana are valori mai mici decat - pentru incintele cu degajari nocive, sau mai mici decat - pentru cele fara degajari nocive. Aceste variatii simultane se explica prin lipsa inertiei termice a aerului incalzit.

Curba clasata anuala a consumului de caldura pentru ventilare are alura asemanatoare celei pentru incalzire in cazul incintelor cu degajari nocive, unde procesul de ventilare este continuu si dependent numai de temperatura exterioara. Pentru incintele fara degajari nocive, curba clasata anuala a lui q_v nu depinde numai de temperatura exterioara, ci si de regimul intermitent de alimentare cu caldura impus de consumatorii respectivi. Pentru aceste cazuri, curba clasata anuala se stabileste avand la baza, fie valorile efective inregistrate ale lui q_v (trasarea curbei clasate prin postcalcul), fie pe baza unei curbe clasate cunoscuta pentru consumatori similari.

Metodele de reducere a consumului de caldura pentru ventilare, ca si in cazul consumului de caldura pentru incalzire, se analizeaza in doua situatii :

in faza de conceptie si proiectare a instalatiilor consumatoare;

in cursul exploatarii instalatiilor deja existente.

In ambele ipoteze metodele sunt orientate catre anumite categorii de elemente, mentionate anterior. Reducerea consumului de caldura pentru ventilare se poate realiza in principiu prin aceleasi metode ca si in cazul incalzirii, la care se adauga masuri specifice cum sunt:

utilizarea pe cat este posibil a ventilarii in circuit inchis (si/sau mixt), in limitele admise de noxele degajate in interior, reducand astfel consumul de energie electrica aferent;

reducerea numarului de schimburi de aer cu exeriorul (in cazul ventilarii in circuit deschis), in concordanta cu necesitatile locale ale incintei;

scurtarea intervalelor de ventilatie (in cazul in care nu se dispune de sisteme de automatizare, care sa permita pornirea si oprirea automata, la atingerea anumitor parametri limita);

oprirea instalatiilor de ventilare pe timpul pauzelor, zilelor de weekend si a sarbatorilor;

dotarea instalatiilor cu sisteme de automatizare;

dotarea cu sisteme de reglare automata a temperaturii si umiditatii aerului;

imbunatatirea performantelor tehnice ale aparatelor si instalatiilor utilizate;

imbunatatirea performantelor in functionarea (schimbului de caldura) a bateriilor de incalzire a aerului, utilizate in centralele de ventilare (ventilare centralizata), precum si a aerotermelor, in cazul ventilarii locale a incintelor (ventilare descentralizata);

recuperarea aerului evacuat din incinta ventilata pentru reducerea cotei de consum de caldura necesar incalzirii aerului proaspat introdus in bateriile de incalzire;

intretinerea si exploatarea corecta a instalatiilor.

2. Climatizarea cladirilor (incintelor)

Climatizarea sau conditionarea cladirilor urmareste mentinerea calitatii aerului (temperatura, umiditate, continut de praf, substante chimice, mirosuri etc.) in anumite limite bine determinate, indiferent de variatia factorilor meteorologici si a degajarilor interioare de caldura, umiditate, substante chimice etc.

O instalatie de climatizare permite tratarea aerului din cladire prin supunerea la procese multiple, nu neaparat simultane, de incalzire, racire, umidificare, uscare, filtrare si inlocuire partiala sau totala a acestuia. In functionarea unei astfel de instalatii apar doua regimuri caracteristice. Astfel, la functionarea in regim de iarna, instalatia de conditionare asigura incalzirea, umidificarea sau uscarea (dupa caz), filtrarea si/sau inlocuirea partiala sau totala a aerului din incintele climatizate. Modul de dimensionare si de functionare al instalatiilor de climatizare in acest regim este identic cu al instalatiilor de ventilare, acestea constituind de fapt un caz particular al instalatiilor de climatizare. La functionarea in regim de vara, instalatia de conditionare asigura racirea, umidificarea sau uscarea (dupa caz), filtrarea si/sau inlocuirea partiala sau totala a aerului din incintele climatizate.

O instalatie care permite tratarea partiala a aerului poarta numele de instalatie de climatizare partiala a aerului. De exemplu, instalatiile de ventilare sunt instalatii de climatizare partiala. Nespecialistii numesc instalatia de climatizare partiala care asigura racirea aerului pe timpul verii (eventual completata cu o umidificare sau o uscare a acestuia) tot instalatie de climatizare.

Bilantul termic al unei incinte climatizate pe perioada verii permite stabilirea cantitatii de caldura care trebuie extrasa in vederea mentinerii temperaturii interioare la o valoare mai redusa decat cea exterioara :

(18)

unde q_PE, q_FE sunt fluxurile termice patrunse in incapere prin elementele de constructie exterioare cu inertie termica (opace), respective fara inertie termica (de regula transparente), q_int este fluxul termic patruns in incinta prin elementelede de constructie interioare (incaperile invecinate neclimatizate), iar q_d este fluxul termic datorat degajarilor interioare de caldura. Fluxurile termice patrunse in incapere prin elementele de constructie exterioare, indiferent daca sunt sau nu opace, se datoreaza atat unei temperaturi exterioare mai ridicate decat cea din interiorul incintei, cat si radiatiei solare.

Fig.5.1. Fluxurile termice la suprafata exterioara a unui elemente de constructie opac (a), respectiv transparent (b) : q_R - radiatia solara incidenta; q_Rrfl - radiatia solara reflectata; q_Rrfr - radiatia solara refractata (transmisa prin transparenta in incinta); q_cv - flux termic schimbat de element prin convectie cu aerul exterior; q_PE , q_FEc - flux termic transmis prin conductie prin elementul de constructie.

Datorita absorbtiei radiatiei solare, temperatura elementelor de constructie la suprafata exterioara va fi mai ridicata decat temperatura aerului exterior si, ca urmare, elementul de constructie va schimba caldura prin convectie cu aerul exterior.

In cazul elementului de constructie opac, bilantul termic in regim stationar la suprafata exterioara a acestuia va fi :

(19)

in care notatiile folosite sunt cele definite prin fig. 5.2.

Fluxul termic datorat radiatiei solare absorbite de suprafata exterioara a elementului de constructie se poate exprima prin relatia:

(20)

unde A este coeficientul de absorbtie a radiatiei solare de catre suprafata exterioara a elementului de constructie, care depinde de natura si de calitatea materialului din care este realizata suprafata, I este intensitatea totala a radiatiei solare, care include radiatia directa si radiatia difuza, iar S este suprafata exterioara a elementului de constructie. Fluxul termic transmis prin convectie de suprafata exterioara a elementului de constructie aerului exterior este :

(21)

in care a_e este coeficientul de transfer de caldura prin convectie de la suprafata exterioara a elementului de constructie la aerul exterior, S este suprafata exterioara a elementului de constructie, iar t_pe si t_e sunt temperatura elementului de constructie la suprafata exterioara si respectiv temperatura aerului exterior.

Transferul global de caldura prin elementul de constructie respectiv (convectie exterioara, conductie si convectie interioera), poate fi exprimat prin intermediul relatiei :

(22)

unde R este rezistenta termica totala la transferul de caldura prin elementul de constructie opac considerat, iar t_i este temperatura aerului din interiorul incintei.

Fluxul termic printr-un element de constructie opac supus radiatiei solare este acelasi cu fluxul termic prin elementul de constructie respectiv in absenta radiatiei solare daca temperatuta aerului exterior ar avea valoarea :

(23)

Temperatura t_s definita prin relatia anterioara poarta numele de temperatura exterioara echivalenta sau temperatura a aerului insorit. Termenul Dt_E = reprezinta cresterea valorii temperaturii exterioare care echivaleaza efectul radiatiei solare asupra elementului de constructie.

In cazul elementului de constructie transparent, bilantul termic in regim stationar la suprafata exterioara a acestuia este dat de relatia :

(24)

in care notatiile folosite sunt cele definite prin fig. 5.2. Fluxul termic datorat radiatiei solare absorbite de suprafata exterioara a elementului de constructie se poate exprima prin relatia:

(25)

unde notatiile folosite sunt cele definite in fig. 5.2. Procedand similar ca in cazul elementelor de constructie opace, se ajunge la relatia :

(26)

cu observatia ca valorile marimilor R, A si a_e care intervin au valori diferite de cele ale elementului de constructie opac.

Fluxul termic transmis printr-un element de constructie transparent sub forma radiatiei solare refractate poate fi scris sub forma :

(27)

in care c este un coeficient subunitar care exprima gradul de retinere a radiatiei solare in incinta, care depinde de tipul elementului de constructie transparent, de calitatea materialului din care este realizat, de existenta unor dispozitive de ecranare etc, I_D este intensitatea radiatiei solare directe, I_d este intensitatea radiatiei solare difuze, S este suprafata totala a elementului de constructie transparent, iar S_i este suprafata elementului de constructie transparent supusa radiatiei solare directe, care reprezinta o parte din suprafata totala S_i £ S.

Fluxul termic total printr-un element de constructie transparent este :

(28)

Pentru elementele de constructie transparente se poate defini o temperatura exterioara echivalenta printr-o relatie similara celei definite pentru elementele opace. Valoarea acestei temperaturi exterioare echivalente va fi mai redusa decat cea corespunzatoare elementelor de constructie opace pentru aceleasi conditii de clima (aceeasi temperatura exterioara si aceeasi intensitate a radiatiei solare totale), lucru explicat prin valori ale coeficientului de absorbtie A mult mai mici in cazul elementelor de constructie transparente decat in cazul celor opace.

In cursul unei zile, atat temperatura exterioara t_e, cat si intensitatea radiatiei solare directe, difuze si totale sunt variabile. Ca urmare, schimbul de caldura de la exteriorul catre interiorul incintelor are loc numai in regim nestationar. Astfel, temperatura exterioara t_e oscileaza in cursul zilei in jurul unei valori medii cu o amplitudine  :

(29)

in care s-a notat cu valoarea maxima in cursul zilei a temperaturii exterioare. Intensitatea radiatiei solare variaza la randul ei in cursul zilei intre valoarea 0 si o valoare maxima I^max in jurul unei valori medii I^md.

Considerand variatiile zilnice ale temperaturii exterioare si ale radiatiei solare perfect simultane in timp si avand in vedere relatia de definitie a temperaturii exterioare echivalente t_s (temperaturii aerului insorit), se poate determina amplitudinea variatiei zilnice a acesteia :

(30)

Daca se ia in considerare faptul ca maximul temperaturii exterioare reale nu este simultan cu maximul intensitatii radiatiei solare totale, amplitudinea reala a temperaturii exterioare echivalente va avea valori mai mici decat cele determinate cu relatia 5.14. De nesimultaneitatea valorilor maxime ale temperaturii exterioare t_e si intensitatii I a radiatiei solare totale se poate tine seama folosind relatia 5.14. corectata cu un coeficient de nesimultaneitate (£

(31)

in care este valoarea maxima a radiatiei solare totale, independenta de orientarea elementului de constructie. Valoarea coeficientului de corectie este data de literatura de specialitate si este functie de orientarea elementului de constructie fata de punctele cardinale.

Nesimultaneitatea mai poate fi considerata pe baza cunoasterii variatiei zilnice a temperaturii exterioare t_e si a radiatiei solare totale I. Pentru fiecare ora "i" din zi, cunoscand valorile momentane t_e,i si I_i, se determina valoarea temperaturii exterioare echivalente respective :

(32)

din sirul valorilor (i=1.24), se determina valoarea maxima :

, i=1.24 (33)

Pentru valorile si I^md (valori date de asemenea de standarde), se determina valoarea temperaturii exterioare echivalente medii zilnice .

Amplitudinea variatiei temperaturii exterioare echivalente va fi :

(34)

Standardele indica valori ale radiatiei solare diferentiate dupa orientarea elementului de constructie fata de punctele cardinale, ca urmare si amplitudinile temperaturii exterioare echivalente calculate cu relatia 5.18. vor tine seama de orientarea elementului de constructie.

In regimul nestationar, datorat modificarii temperaturii exterioare echivalente, fluxul termic maxim prin elementele de constructie opace, cu masivitate termica, va fi :

(35)

unde, in afara notatiilor definite anterior, s-a mai notat cu h coeficientul de amortizare a fluxului termic patruns in incinta () iar cu a_i coeficientul de transfer de caldura prin convectie la interiorul elementelor de constructie.

In cazul elementelor de constructie transparente, fara inertie termica, in regim nestationar, fluxul termic maxim se determina prin relatia

(36)

in care, in afara notatiilor definite anterior, m reprezinta coeficientul de acumulare a fluxului termic radiant in elementele de delimitare interioara a incintei.

Conform celor prezentate in paragraful anterior, indiferent de tipul elementului de constructie (opac sau transparent) folosit la realizarea unei incinte, aporturile de caldura din exterior catre aceasta depind de temperatura interioara t_I si de parametrii climatici exteriori (temperatura exterioara momentana t_e, temperatura exterioara medie zilnica , amplitudinea oscilatiei zilnice a temperaturii exterioare si intensitatea radiatiei solare directe I_D si difuze I_d.

Spre deosebire de cazul incalzirii incintelor, unde pentru temperatura interioara t_i exista SR 1907/2, in cazul climatizarii nu exista o norma specifica sau un standard care sa recomande o anumita valoare. Literatura de specialitate recomanda pentru temperatura interioara de dimensionare a instalatiilor de climatizare o valoare cu circa zece grade mai mare decat temperatura maxima zilnica a aerului exterior in luna considerata caracteristica pentru dimensionarea instalatiei de climatizare. Conform SR 6648/2, in marea majoritate a cazurilor, aceasta este luna iulie. In cazul particular al unor incinte industriale, temepratura interioara se alege pe considerente tehnologice impuse de desfasurarea procesului de productie.

Conform standardului romanesc SR 6648/2, parametrii climatici exteriori pentru care se dimensioneaza instalatiile de climatizere sunt cei corespunzatori lunii iulie. In cazul particular al climatizarii unor incinte in care in luna iulie nu au loc activitati (scoli, universitati, teatre etc.), se pot adopta ca valori de dimensionare valorile parametrilor climatici ai lunii iunie, sau dupa caz ai altei luni, cu conditia ca valoarea aporturilor de caldura in incinta sa fie cea mai mare.

Temperatura exterioara medie zilnica este data de standardul respectiv in functie de localitatea in care este amplasata incinta climatizata si de gradul de asigurare dorit. Prin grad de asigurare se intelege perioada de timp, exprimata in procente, in care temperatura exterioara nu depaseste valoarea indicata. Practic, gradul de asigurare indica perioada de timp, exprimata in procente, in care instalatia de climatizare poate asigura mentinerea temperaturii interioare considerate la dimensionare. Gradul de asigurare dorit se alege in functie de importanta (tipul) incintei climatizate. Conform SR 6648/1, in Romania, incintele climatizate se pot incadra in patru categorii, si anume:

- categoria I cu gradul de asigurare ³ 98 %, cuprinzand cladiri in care se produc sau se ansambleaza piese sau aparate de foarte mare precizie, cu tolerante foarte mici, executate in cadrul unor procese tehnologice care nu pot fi intrerupte si care pot incepe in orice moment al anului;

- categoria II cu gradul de asigurare ³ 95 %, cuprinzand cladiri in care se produc sau se ansambleaza piese sau aparate de foarte mare precizie, cu tolerante foarte mici, executate in cadrul unor procese tehnologice care pot fi intrerupte, cladiri social - culturale de importanta nationala, cladiri in care desfasurarea proceselor tehnologice impune conditii stricte de temperatura si umiditate;

- categoria III cu grad de asigurare ³ 90 %, cuprinzand cladiri social - culturale de importanta judeteana sau municipala (sali de operatie, de concert, de teatru, hoteluri de lux), laboratoare si cladiri in care desfasurarea proceselor tehnologice nu este influentata de diferente de temperatura de cca. 1.3 grd..;

- categoria IV cu gradul de asigurare ³ 80 %, cuprinzand cladiri social - culturale de mica importanta (hoteluri obisnuite, sali de cinematograf, sali de curs), cladiri cu durata mica de folosire in lunile iulie si august, laboratoare si cladiri in care desfasurarea proceselor tehnologice nu este influentata de diferente de temperatura de cca. 4.5 grd..

Amplitudinea oscilatiei zilnice a temperaturii exterioare reale este data de standardul SR 6648/2 in functie numai de localitatea in care este amplasata incinta climatizata.

Temperatura exterioara momentana folosita la determinarea amplitudinii de variatie a temperaturii exterioare echivalente se calculeazacu relatia :

(37)

in care c este un coeficient care tine cont de abaterea temperaturii exterioare momentane fata de valoarea medie zilnica (-1 £ c £ 1). Valoarea acestui coeficient este data de SR 6648/2 in functie numai de ora din zi.

Intensitatea momentana a radiatiei solare directe I_D folosita la determinarea amplitudinii temperaturii echivalente se detrmina cu relatia :

(38)

unde I_D0 este intensitatea momentana a radiatiei solare directe indicata de standardul 6648/2 in functie de orientarea suprafetei elementului de constructie si de ora din zi; a₁ este un coeficient de corectie subunitar, in functie de starea atmosferei in locul de amplasare a incintei climatizate), a₂ este un coeficient de corectie supraunitar, in functie de altitudinea de amplasare a incintei climatizate iar b este unghiul de incidenta a radiatiei solare cu normala pe elementul de constructie.

Intensitatea momentana a radiatiei solare difuze I_d folosita la determinarea amplitudinii temperaturii echivalente este data de standardul SR 6648/2 in functie de ora din zi si indiferent de orientarea suprafetei elementului de constructie.

Intensitatile medii ale radiatiei solare directe si difuze sunt valori determinate prin masuratori multianuale de catre INMH pentru un anumit amplasament. Intensitatea medie a radiatiei solare totale se determina cu relatia :

(39)

unde a₁, a₂ si b au semnificatiile definite anterior.

Modul concret de dimensionare al instalatiilor de climatizare este prezentat in standardul SR 6648/1. Relatiile de calcul au la baza metodologia de principiu pentru un singur element de constructie si sunt obtinute prin insumarea efectelor tuturor elementelor de constructie care marginesc incinta climatizata.

Datorita necesitatii luarii in consideratie a regimurilor nestationare si a influentei radiatiei solare, calculele sunt cu mult mai laborioase decat cele necesare stabilirii necesarului de caldura pentru incalzirea aceleiasi incinte, intervenind mult mai multi factori care terbuie calculati. Din acest motiv, metodologia standardizata de determinare a aporturilor de cadura intr-o incinta climatizata se aplica in practica doar la dimensionarea instalatiilor de climatizare incadrate in categoriile I si II. Dimensionarea instalatiilor de climatizare incadrate in categoriile III si IV se face pe baza indicilor specifici:

(40)

in care este aportul specific de caldura din exterior rezultat din exploatare unor instalatii de climatizare similare, iar V_i este volumul interior al incintei climatizate.

Masurile de reducere a aporturilor de caldura prin elementele de constructie opace (cu inertie termica) constau in :

- cresterea rezistentei termice a elementelor de constructie, masura identica cu cea aplicata pentru reducerea necesarului de caldura pentru incalzire;

- realizarea unor suprafete exterioare ale elementelor de constructie opace cu valori reduse ale coeficientului de absorbtie, avand ca efect reducerea radiatiei solare refractate, efect care se poate obtine fie prin placarea corespunzatoare a elementelor de constructie, fie prin vopsirea lor la exterior in culori metalice sau deschise.

Masurile de reducere a aporturilor de caldura prin elementele de constructie transparente (fara inertie termica) constau in :

- cresterea rezistentei termice "R" a elementelor de constructie transparente ;

- folosirea unor ferestre avand valori reduse ale coeficientului de retinere a radiatiei solare (folosirea de ferestre duble, cu geamuri groase sau din sticla absorbanta sau reflectanta, folosirea dispozitivelor de ecranare amplasate pe cat posibil la exterior sau intre geamuri);

- o conceptie arhitectonica care sa conduca la valori reduse ale suprafetelor elementelor de constructie transparente supuse radiatiei solare directe;

- reducerea pe cat posibil a suprafetei totale a elementelor de constructie transparente.

Aceasta ultima masura este in contradictie cu folosirea iluminarii naturale cat mai mult posibil, motiv pentru care marimea suprafetei se stabileste in urma unui compromis dintre realizarea unei iluminari naturale corespunzatoare si reducerea aporturilor, respectiv a pierderior de caldura din/in exteriorul cladirii.

2.4 Consumul de caldura pentru prepararea apei calde

Marimea acestui tip de consum de caldura depinde in primul rand de natura consumatorului, de gradul de dotare cu instalatii sanitare si de tipul acestora. Tipul consumului impune durata zilnica de alimentare cu apa calda precum si modul de variatie a cererii in cursul unei zile si in cursul saptamanii.

Temperatura apei reci din reteaua de apa potabila, utilizata pentru prepararea apei calde de consum, precum si temperatura apei calde preparate, influenteaza in mod direct marimea consumului si modul de variatie al acestuia. Caracteristicile tehnico-constructive ale instalatiilor utilizate pentru prepararea apei calde (conceptia punctului termic), modul de exploatare, intretinere si reglare pot influenta la randul lor marimea si modul de variatie al consumului.

a. Marimea si variatia consumului de caldura pentru prepararea apei calde

Marimea consumului de caldura pentru alimentarea cu apa calda, se determina pe baza consumului de apa calda G_a si a diferentei intre temperatura apei calde furnizata consumatorului t_ac si aceea a apei reci t_ar care urmeaza a fi incalzita:

[kW] (41)

pentru: G_a, in kg/s; c_a - caldura specifica a apei, in kJ/(kgC); t_ac si t_ar, in C.

Valoarea de calcul a debitului de caldura necesar alimentarii cu apa calda se determina cu relatia:

[kW] (42)

Debitul de calcul se stabileste in functie de natura consumatorului, gradul de dotare cu instalatii sanitare si tipul acestora, conform normelor standardizate. In cazul intreprinderilor industriale, stabilirea valorii de calcul a consumului de apa calda pentru nevoile menajere si industriale necesita intocmirea cronogramei de consum. Aceasta cuprinde desfasurarea in timp a consumurilor de apa calda, pe baza ei stabilindu-se consumul maxim si durata sa. La intreprinderile cu un singur schimb, consumul de apa calda pentru dusuri nu se suprapune peste cel pentru procesele tehnologice, aparand dupa terminarea lucrului. Pentru intreprinderile cu doua sau trei schimburi, la care nu exista pauze intre schimburi, consumul maxim de apa calda va rezulta din insumarea consumului pentru nevoile tehnologice si al celui pentru dusuri. In vederea reducerii acestei valori trebuie facuta o decalare intre cele doua consumuri de apa calda.

Temperatura de calcul a apei calde este = 50C si nu trebuie sa depaseasca 60-65C pentru a nu se produce pericolul de oparire, pentru reducerea depunerilor de piatra si pentru a nu se accentua fenomenele de coroziune a instalatiilor. Pentru apa rece, in mod conventional, se poate lua = 10C.

b. Variatia consumului de caldura pentru prepararea apei calde - prezinta o mare diversitate de forme. Deoarece alura sa influenteaza dimensionarea instalatiei de preparare a apei calde, se alege o variatie conventionala, considerata pentru ziua cu cel mai mare consum.

Curba clasata anuala a consumului de caldura pentru prepararea apei calde se stabileste pe baza debitelor de caldura medii zilnice. Alura sa este mult mai aplatisata decat in cazul incalzirii sau ventilarii (fig.11.), avand valori d_a

Durata anuala a necesarului de caldura, sub forma de apa calda, depinde de natura consumului si durata sa zilnica, fiind data de:

[h/an] (21)

unde: t_rev este durata perioadei de revizie si reparatii a instalatiilor (20-30 zile/an), in h/an; t_int - durata perioadelor de intrerupere zilnica a alimentarii.

c. Metodele de reducere a consumului de caldura pentru prepararea apei calde vizeaza principalele elemente mentionate anterior:

optimizarea programului (orarului) de functionare a instalatiilor de apa calda;

utilizarea de aparate economice (ex. dispersoare de dus);

contorizarea consumului de apa calda la consumatori;

utilizarea acumulatoarelor de caldura;

reducerea temperaturii de stocare a apei la 50^oC;

intretinerea si exploatarea corecta a instalatiilor de preparare a apei calde;

curatarea periodica a suprafetelor de schimb de caldura, pentru mentinerea in timp a performantelor;

limitarea temperaturii de calcul a apei calde la 50^oC, pentru reducerea depunerilor in instalatii si pentru a nu accentua fenomenele de coroziune a instalatiilor;

sisteme de recirculare a apei calde;

izolarea optima a conductelor de distributie si a rezervoarelor de stocare, precum si intretinerea in timp a acesteia;

utilizarea sistemelor de masurare si reglare automata.

In cazul intreprinderilor industriale, apar caracteristici suplimentare ale consumului de caldura pentru prepararea apei calde, care impun masuri suplimentare pentru reducerea acestuia:

decalarea in timp a consumului de apa calda sanitara fata de consumul tehnologic de apa calda sau fierbinte, aspect care trebuie sa fie avut in vedere la dimensionarea optima a instalatiilor de producere, transport si dstributie a apei calde;

desfasurarea in timp a consumurilor in cursul zilei de lucru, pe baza acesteia obtinandu-se reducerea valorii maxime si a duratei consumului.

recuperarea resurselor energetice secundare si utilizarea resurselor regenerabile (energie solara, biomasa).

3 Consumul de caldura tehnologic

Are drept scop asigurarea desfasurarii proceselor tehnologice care pot fi

- procese de actionare a masinilor unelte (ciocane, prese, forje, turbopompe, compresoare, suflante etc.) unde este necesar un potential termic mediu al procesului intre 200-300C, asigurat, de regula, sub forma de abur saturat la presiunea de 8-10 bar sau supraincalzit de la 250C pana la 350C;

- procese de incalzire sau racire a diferitelor substante: distilare, uscare, vaporizare, fierbere etc. In cadrul acestor procese au loc variatii ale temperaturii agentului termic, iar uneori si a starii de agregare. Acestea necesita caldura cu potential termic mediu intre 120-160C, pentru care se poate utiliza aburul, apa sau aerul fierbinte;

- procesele de inalta temperatura care se desfasoara intre 500-1200C, necesitand, in general, caldura dezvoltata prin arderea combustibililor sau obtinuta prin utilizarea energiei electrice (procesele electrotermice).

Excluzand procesele de inalta temperatura, necesarul de caldura tehnologic al tuturor celorlalte categorii de procese se caracterizeaza prin :

- o mare diversitate a nivelelor termice pentru desfasurarea proceselor, ceea ce conduce la o mare diversitate a agentilor termici utilizati (abur, apa fierbinte sau caldura, aer cald, agenti de racire etc.) si parametrii ai acestora - cea mai mare parte a consumului fiind sub forma de abur si apa calda;

- marimea necesarului de caldura nu depinde de conditiile climaterice exterioare, ci numai de natura si modul de desfasurare in timp a procesului tehnologic.

Durata de utilizare a cererii maxime este in general mare si depinde de caracteristicile ramurii industriale careia ii apartine procesul tehnologic, precum si de numarul de schimburi si modul de organizare a activitatii in cadrul intreprinderii industriale.

De asemenea, agregatele industriale consumatoare de caldura sunt foarte diferite, in functie de constructia, destinatia tehnologica si regimurile de utilizare. In functie de considerentele amintite, clasificarea aparatelor industriale consumatoare de caldura se poate face :

in functie de natura procesului tehnologic la care participa: aparate in care are loc variatia regimului termic si aparate in care are loc modificarea starii de agregare;

in functie de modul in care are loc transmisia caldurii: aparate consumatoare in care transmisia caldurii se face prin suprafete de schimb de caldura si cu amestec;

in functie de regimul de functionare: aparate cu actiune continua si aparate cu actiune intermitenta.

a. Marimea si variatia consumului de caldura tehnologic

Se stabileste pentru fiecare proces (aparat consumator) in functie de regimul caracteristic de consum.

Consumul maxim de caldura corespunde, in general, puterii nominale a aparatului consumator . Pentru un grup de consumatori cu regimuri diferite consumul maxim insumat este:

[kW] (43),

unde: b_i si b reprezinta coeficientii de simultaneitate ai consumurilor maxime pentru cei (i=1,,n) consumatori, respectiv coeficientul global de simultaneitate.

Valorile lui b_i reprezinta raportul intre marimea participatiei fiecarui consumator la valoarea maxima totala si valoarea maxima a fiecarui consumator in parte :

(44)

Pentru un grup de consumatori relatia (43) devine:

[kW] (45),

in care reprezinta valorile consumurilor componente care insumate, la momentul respectiv, dau valoarea totala maxima. In cazul a n consumatori identici si simultani, = const. si b_i = 1, rezulta:

[kW] (46)

Consumul mediu de caldura, , al unui grup de consumatori este egal cu suma valorilor medii ale consumurilor de caldura pentru acesti consumatori:

[kW] (47),

cu conditia ca aceste valori medii sa fie calculate avandu-se in vedere aceeasi perioada de timp.

Consumul anual de caldura, , pentru un consumator se poate determina prin postcalcul sau antecalcul. Prin postcalcul, reprezinta suma valorilor momentane q_t ale consumului de caldura respectiv:

[kJ/an] (48)

unde t_t este durata anuala a consumului, in s/an.

Determinarea prin antecalcul a lui se poate face cu relatia:

[kJ/an] (49)

in care: t_t este durata anuala reala de functionare a consumatorului, in s/an; - durata anuala de utilizare a necesarului maxim de caldura, in s/an. Valorile t_t si se aleg pe baze statistice pentru consumatori asemanatori ca tip si regimuri de functionare.

b. Variatia consumului de caldura tehnologic - este caracteristica fiecarui proces de consum, in functie de natura si desfasurarea in timp a sa. De aceea, curbele de variatie sunt foarte diferite. Alura acestora este caracterizata de gradul de neuniformitate d_t sau aplatisare m_t, calculate pentru perioada de timp de referinta (orara, zilnica, lunara, schimb, sarje etc.):

si (50)

unde se refera la aceeasi perioada de timp pentru care se calculeaza d_t sau m_t

Pentru marea majoritate a consumatorilor tehnologici cu consumuri continue, valorile zilnice =1,111,25. In cazul consumurilor cu procese ciclice de consum sau cu functionarea intr-un schimb,

c. Metodele de reducere a consumului de caldura tehnologic vizeaza doua directii principale:

utilizarea finala a caldurii la consumatori;

celelalte componente ale sistemului energetic industrial, inclusiv interconexiunile dintre ele.

In cele ce urmeaza vor fi abordate metodele aferente primei categorii. In functie de problemele pe care le vizeaza, metodele de reducere a consumlui de caldura industrial, pot fi grupate in pachete de masuri. Principalele aspecte abordabile cu efecte importante la nivelul optimizarii consumurilor industriale sunt: adoptarea unor tehnologii performante in realizarea aparatelor consumatoare de caldura, dimensionarea tehnico-economica a acestora, in corelatie cu ansamblul sistemului industrial, conduce la economii energetice importante.

Efectele sunt considerabile, daca inca din faza de proiectare se alege corect tipul de agent termic si parametrii acestuia. Aceste elemente au o importanta deosebita la reducerea pierderilor de caldura in cadrul verigii de utilizare finala a energiei. Alegerea corecta (pe baza unui calcul tehnico-economic) a naturii si parametrilor optimi ai agentului termic la consumator, se face in corelatie cu natura si parametrii agentului termic de transport. Cresterea randamentelor de utilizare a energiei in cadrul agregatelor consumatoare precum si modul de incarcare a acestora se face in concordanta cu tehnologiile adoptate.

Intre masurile care vizeaza marimea componentelor consumului tehnologic de caldura este si stabilirea valorilor reale ale cererii nete de energie utila ale proceselor tehnologice. O importanta deosebita in reducerea consumului de caldura tehnologic a unei intreprinderi industriale o are decalarea valorilor maxime ale consumurilor componente. Aceasta depinde de natura si modul de desfasuarre a proceselor tehnologice consumatoare de caldura, precum si de posibilitatile tehnice de decalare in cursul zilei ale varfurilor respective de consum.

Alte metode de optimizare a consumului de caldura tehnologic, desi nu vizeaza in mod direct instalatiile tehnologice consumatoare, au o importanta deosebita in reducerea consumului. Ele constau in alegerea formei optime de energie, in imbunatatirea randamentelor de conversie si de transport in subsistemele anterioare consumului, in cresterea randamentelor de producere, in diminuarea pierderilor datorate necorelarii regimurilor de livrare cu cele ale cererii de caldura.

Adoptarea unor solutii judicioase de recuperare a resurselor energetice secundare in interiorul conturului de bilant conduce la reducerea consumului de resurse primare.

In concluzie, se poate afirma ca reducerea consumului de caldura tehnologic presupune adoptarea unor tehnologii performante atat din punct de vedere tehnologic si energetic, dar si din punct de vedere al efectului asupra mediului.

Reducerea consumului industrial de energie, in special a celui sub forma de caldura, influenteaza in mod direct si indirect mediul ambiant:

in mod direct prin emisiile de caldura si poluanti in aer, apa si sol, ca rezultat al desfasurarii proceselor industriale;

in mod indirect prin contributia la epuizarea unor resurse naturale energetice practic neregenerabile.

4 Consumul total de caldura al SEI

Pe ansamblul SEI consumul total de caldura reprezinta suma consumurilor de caldura de orice fel ale acestuia. Marimea consumurilor de caldura al SEI se stabileste tinandu-se seama de simultaneitatea consumurilor, de caldura componente atat din punct de vedere sezonier, cat si al momentului considerat.

Cunoasterea cat mai exacta a valorilor reale ale consumului total de caldura la nivelul SEI, in diversele regimuri caracteristice de consum, are o importanta deosebita: supraevaluarea sau subevaluarea acestor valori poate conduce la supradimensionarea sau subdimensionarea instalatiilor de producere a caldurii si a retelelor care asigura transportul agentilor termici respectivi.

In cazul supradimensionarii trebuie avut in vedere ca aceasta implica investitii suplimentare inutile, dar si regimuri neeconomice de functionare a instalatiilor respective (functioneaza in regim de durata la sarcini partiale reduse).

De asemenea, valorile caracteristice ale consumului de caldura pe ansamblul SEI trebuie stabilite pe tipuri de agenti termici si parametrii ai acestora. Aceasta va influenta capacitatea sursei de caldura pe tipuri de instalatii si modul de realizare si dimensionare a retelei termice de transport si distributie.

Determinarea sarcinii termice industriale totale se face utilizand relatiile:

valoarea de calcul:

q_ind^c = q_i^c + q_v^c + q_a^mdc + Sb_i q_t,i^c + Dq_rt^c;    (51)

valoarea anuala a consumului;

q_ind^a = q_i^a + q_v^a + q_a^a + S q_t,i^a + Dq_rt^a

unde : q_i^c , q_i^a sunt valorile de calcul, respectiv anuale ale necesarului de caldura pentru incalzire; q_v^c , q_v^a - valorile de calcul, respectiv anuale ale necesarului de caldura pentru ventilare; q_a^c , q_a^a - valorile de calcul, respectiv anuale ale necesarului de apa calda; q_t,i^c , q_{t i}^a - valorile de calcul, respectiv anuale ale necesarului tehnologic de caldura de tip "i" ; b_i - coeficientul de simultaneitate a consumului tehnologic de caldura de tip "i"; Dq_rt^c, Dq_rt^a - pierderile de caldura momentane de calcul, respectiv anuale, la transportul caldurii.

Masurile de reducere a consumului de caldura al SEI vizeaza principalele componente ale acestuia si au fost trecute in revista cand s-au detaliat consumurile de caldura componente.