BORDEROU DE PIESE SCRISE SI DESENATE

PIESE SCRISE :

Verificarea termoenergetica a elementelor de constructie si dimensionarea retelei termice necesare

Calculul necesarului de caldura al incaperilor

Alegerea si calculul corpurilor de incalzire

Calculul de dimensionare al coloanelor

Calculul de dimensionare al conductelor de distributie (retea arborescenta)

PIESE DESENATE:

Plan parter (scara 1:50)

Plan etaj curent si ultimul etaj (scara 1:50)

Schema coloanelor

Plan subsol (scara 1:50)

M e m o r i u    J u s t i f i c a t i v

Prin tema de proiectare s-a cerut calculul si dimensionarea instalatiei de incalzire centrala pentru o cladire de locuit, amplasata in orasul Cluj-Napoca.

Pe baza caracteristicilor geometrice ale cladirii si a caracteristicilor elementelor de constructie, precum si a parametrilor de calcul (aer exterior, aer interior), s-a realizat verificarea termoenergetica a elementelor de constructie exterioare. S-a calculat rezistenta efectiva a elementelor de constructie de tip multistrat, aflate in regim stationar, in situatia de iarna, indeplinind cele trei conditii impuse de normativ:

conditia de evitare a fenomenului de radiatie rece;

conditia de evitare a fenomenului de condensare a vaporilor de apa din aerul interior, pe suprafata interioara a elementelor de constructie exterioare;

conditia economica.

In urma acestui calcul s-a constatat necesitatea unei izolatii termice corespunzatoare pentru peretele exterior si pentru terasa.

S-au calculat temperaturile in straturile componente ale elementelor de constructie exterioare.

Urmatorul pas este calculul si verificarea coeficientului global de izolare ternica a cladirii (G), care este comparat cu coeficientul global de izolare normat (GN) corectat cu 10%. In urma acestei verificari s-a constatat ca G este mai mic decat GN.

Pasul urmator este calculul necesarului de caldura pentru cladire. Acest calcul s-a facut in ipotezele de calcul, conform normativului in vigoare : SR 1907/1-1997. Necesarul de caldura s-a calculat pentru fiecare incapere de la parter (P01, P02, P03, P05, P13), primul etaj (EC01, EC02, EC03, EC05, EC13) si ultimul nivel (UN01, UN02, UN03, UN05, UN13).

Ca urmare a acestui calcul, s-a procedat la alegerea corpurilor de incalzire, prin determinarea in conditii nominale a puterii de incalzire pentru o marime fizica caracteristica - corp de incalzire format din elementi.

Modul de racordare a corpurilor de incalzire este de tip sus - jos; montarea fiind realizata aparent pe peretele exterior, sub fereastra exterioara. De asemenea, tinand cont si de distantele minime la care se amplaseaza si monteaza corpurile de incalzire, s-a ales solutia radiatoarelor din bimetal model CF600.

S-a mai facut calculul de dimensionare a coloanelor, a racordurilor dintre coloane si corpurile de incalzire precum si a retelei de distributie inferioara de agent termic.

DATE DE PROIECTARE

Caracteristicile geometrice ale cladirii:

- conform planului de arhitectura

Caracteristicle de amplasare ale cladirii:

- localitatea : Bucuresti

- zona climatica : 2

- zona eoliana : 2

Parametrii aerului exterior

- temperatura exterioara de calcul te= - 15 sC

- umiditatea 80%

Parametrii aerului interior

- temperatura interioara ti=22 sC

- umiditatea 60%

Instalatia de incalzire este racordata la reteaua exterioara de agent termic cu parametrii 90sC/70sC

V e r i f i c a r e a T e r m o e n e r g e t i c a A

E l e m e n t e l o r D e C o n s t r u c t i e I n t e r i o a r e

A. Rezistenta efectiva a unui element de constructie multistrat, compus din straturi omogene asezate perpendicular pe directia fluxului termic aflat in regim stationar, in situatia de iarna

q_i si q_e reprezinta temperatura medie ponderata la nivelul suprafetei interioare, respectiv exterioare, a elementului de constructie exterior

Fiecare strat e caracterizat de o rezistenta:

R_i - rezistenta la transfer termic superficial la nivelul suprafetei

interioare a elementului de constructie

R_j - rezistenta la permeabilitate termica a stratului omogen j (j=1,4)

R_e - rezistenta la transfer termic superficial la nivelul suprafetei exterioare a

elementului de constructie

R_i = 0.125

R_e = 0.041

a_i a_e - reprezinta coeficienti de transfer termic la suprafata interioara, respectiv exterioara, a elementului de constructie

d_j - grosimea stratului omogen j

l_j - conductibilitatea termica a materialului j

b_j - coeficientul de calitate al materialului j

R₀ - rezistenta efectiva a unui element de constructie exterior

B. Verificari. (se fac la trei conditii)

Conditia de evitare a fenomenului de radiatie rece

t_i - q_i Dq_imax

Dq_imax - functie de destinatie si de tipul elementului de constructie pentru care se face verificarea

Pentru cladiri de locuit

T terasa: Dq_imax C

T perete exterior: Dq_imax C

Conditia care urmareste evitarea fenomenului de condensare a vaporilor de apa din aer ul interior pe suprafata interioara a elementului de constructie exterior

q_i t_t C

t_t - temperatura punctului de roua

Conditia economica (recomandata in normativul C107/97 - partea I)

T terasa minim 3

T perete exterior minim 1,4

C a l c u l u l T e m p e r a t u r i l o r I n S t r a t u r i l e

C o m p o n e n t e A l e E l e m e n t e l o r D e

C o n s t r u c t i e E x t e r i o a r e

Ecuatia fluxului termic

q = q_i = q₁ = q₂ =.= q_e

Din (1) si (2) rezulta :

V e r i f i c a r e a C o e f i c i e n t u l u i G l o b a l

D e I z o l a r e T e r m i c a A C l a d i r i i

Metodologia de calcul a izolarii termice a cladirii se regaseste in normativul C107/1-97.

Coeficientul global de izolare termica al unei cladiri reprezinta suma pierderilor de caldura prin transmisie directa prin aria anvelopei cladirii pentru o diferenta de temperatura intre interior si exterior de 1 K, la care se adauga pierderile de caldura aferente reimprospatarii aerului interior, precum si cele datorate infiltratiilor suplimentare de aer.

Formula de calcul pentru G:

unde:

L_j - se numeste factor de cuplaj termic si se calculeaza ca fiind raportul intre aria elementului de constructie si rezistenta corectata a elementului de constructie;

R₀^F' - aplicam lui R₀^F coeficientii termici de corectie pentru puntile termice (c_pt)

c_pt = 20.45 % pentru pereti exteriori

= 15.25 % pentruterasa

= 25.35 % pentru pardoseala peste subsol

Din aceste intervale de valori vom lua valorile maxime.

t_j - se numeste factor de corectie al temperaturii exterioare a anvelopei;

[-]

unte t_j este temperatura din exteriorul anvelopei

V - volumul incalzit direct sau indirect al cladirii

0.34 - reprezinta produsul dintre capacitatea calorica masica a aerului (c_a) si densitatea aparenta a aerului (r_a

n [h^-1] - reprezinta numarul de schimburi de aer pe ora, necesar conditiilor de confort fiziologic

Relatia de verificare:

G GN

GN - coeficient normat, se alege din anexa in functie de numarul de nivele (N), si de raportul A/V. Acesta se calculeaza prin interpolare si se reduce cu 10 %.

Etape de calcul

1. Se calculeaza aria anvelopei cladirii (A)

A=A_PE+A_TE+A_Pd+A_t [m²]

A_PE - aria peretilor exteriori

A_TE - aria golurilor

A_Pd - aria pardoseala peste subsol

A_t - aria terasei

Ariile se calculeaza pe dimensiunile interioare.

2. Se stabileste inaltimea cladirii (H) de la nivelul finit al pardoselii pana la suprafata inferioara a terasei

3. Se calculeaza volumul cladirii (V) incalzit direct si indirect

4. Se completeaza tabelul

5. Se alege n, numarul de schimburi de aer pe ora

Se calculeaza coeficientul global de izolare termica

Se alege din anexa GN

Se compara G GN

Daca G > GN 1) se va schimba tamplaria

2) se va mari grosimea stratului de izolatie sau se

va schimba materialul din care este facuta aceasta

3) se va modifica aria vitrata

N e c e s a r u l D e C a l d u r a

P e n t r u O C l a d i r e

Se calculeaza conform SR 1907/1-1997.

Ipoteze de calcul:

Calculul necesarului de caldura se face in urmatoarele conditii:

1. Se calculeaza in regim stationar - cand toate temperaturile sunt stabilizate si capacitatea termica a elementelor de constructie nu mai actioneaza - pentru perioada de iarna.

2. Fiecare element de constructie este concretizat de o rezistenta termica globala.

3. Intre cele doua potentiale de temperatura, t_i si t_e , apar fluxuri termice de la potentialul mai ridicat spre cel mai scazut

4. Datorita vantului exterior, pe fatadele cladirii se formeaza zone de presiune diferite, care coduc a aparitia unui debit de aer exterior ce traverseaza cladirea. Pentru ca directia vantului nu este intotdeauna aceeasi se considera situatia cea mai defavorabila in care aerul rece patrunde in toate incaperile.

Se calculeaza cu urmatoarea formula:

[W]

unde:

Q_T - reprezinta pierderea de caldura prin transmisie prin elementele de constructie exterioare

[W]

m - reprezinta un coeficient de masivitate termica a elementului de constructie

m = 1.225 - 0.05 D [-]

D - indice de inertie termica

c_m - reprezinta un coeficient de corectie al necesarului de caldura, in functie de masa specifica a constructiei

c_m = 1 pentru cladiri de locuit

S - suprafata elementului de constructie pentru care se calculeaza pierderea de caldura prin transmisie

t_i , t_e - temperatura interioara, respectiv exterioara

pentru incaperi de locuit (dormitoare, livinguri): t_i= +20 C

pentru bai: t_i= +22 C

pentru bucatarii: t_i= +18 C

pentru holurile interioare: t_i= +18 C

pentru casa scarii la blocuri: t_i= +12 C

R_o^F - rezistenta termica globala finala corectata, a elementului de constructie pentru care se face pierderea de caldura prin transmisie.

A_o - adaos de orientare; tine cont de orientarea elementelor de constructie

A_c - ados de compensare a suprafetelor reci functie de rezistenta medie a incaperii R_m

Q_i - sarcina termica necesara pentru incalzirea aerului filtrat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor exterioare si prin deshiderea acestora

Q_i = max (Q_i1 , Q_i2)

Q_i1 - functie de numarul de schimburi de aer pe ora necesare obtinerii conditiilor de confort

[W]

n_ao - reprezinta numarul de schimburi de aer pe ora necesare asigurarii in incapere a conditiilor de confort din punct de vedere fiziologic

pentru camere de locuit: n_ao=0.22 10^-3

pentru bai: n_ao=0.28 10^-3

pentru bucatarii: n_ao=0.33 10^-3

r - densitatea aerului la +20 C

r = 1.23 [kg/m³]

c_p - caldura specifica a aerului interior la presiune constanta

c_p=1005 [j/kg k]

V - volumul incaperii pentru care se face necesarul de caldura

t_i - temperatura incaperii

t_e - temperatura exterioara de calcul

A_c - adaosul de compensare

Q_i2 - functie de viteza vantului ce actioneaza asupra cladirii

[W]

SL - suma lungimilor rosturilor elementelor de tamplarie exterioara

i - coeficient de infiltratie

v - viteza de calcul a vantului, functie de zona eoliana si de locul in care este amplasat a constructia, in localitate

pentru zona I eoliana: v^4/3 = 16 [m/s]

pentru zona II eoliana: v^4/3 = 8.55 [m/s]

pentru zona III eoliana: v^4/3 = 7.45 [m/s]

pentru zona VI eoliana: v^4/3 = 6.35 [m/s]

t_i, t_e - temperatura interioara, respectiv exterioara de calcul

A_c - adaos de compensare a suprafetelor reci

C o r p u r i l e D e I n c a l z i r e

Metoda de calcul utilizata pentru determinarea necesarului numarului de corpuri de incalzire, are la baza, determinarea in conditii nominale a puterii de incalzire pentru o marime fizica caracteristica.

Pentru un corp de incalzire format dim elementi, marimea fizica caracteristica este elementul.

Conditii nominale, pentru care se determina puterea de incalzire, sunt:

temperatura agentului termic tur-retur pentru apa calda este:

t_t/r = 90/70 C

presiunea atmosferica: p = 1.013 bar

temperatura interioara: t_i = 20 C

modul de racordare al corpului de incalzire este de tip sus-jos

montarea corpului de incalzire este aparenta pe peretele exterior, sub fereastra exterioara

vopsirea corpului de incalzire se face cu vopsea de culoare deschisa fara pigmenti metalici

[-]

unde:

c_t - coeficient de corectie a temperaturii (pentru utilizarea corpului de incalzire la o temperatura diferita de temperatura nominala)

c_c - coeficient de corectie, functie de caderea de temperatura in radiator, diferita de cea nominala

c_m - coeficient de montaj, ce depinde de modul de montaj al radiatorului in incaperea de incalzit

c_r - coeficient de corectie ce tine seama de modul de racordare al radiatoarelor la coloane

c_h - coeficient de corectie ce depinde de altitudinea la care este montat radiatorul

c_v - coeficient de corectie ce tine seama de natura si culoarea vopselei

n₁ - numarul de elementi necesari

Q - puterea de caldura necesara pentru fiecare incapere

n₂ - numarul de elementi de radiator

n_R - numarul de radiatoare din incapere

n₃ - numarul de elementi de incalzire

a - coeficient ce tine seama de numarul de elemente ale corpului de incalzire

pentru n 10 : a=1

pentru n>10 : a=0.94+0.6/n

Q_inst - fluxul de caldura instalat

- numarul de elementi de incalzire rotunjiti in plus

R a d i a t o a r e l e B i m e t a l

Radiatoarele tip BIMETAL au la baza doua materiale:

- otelul din care este realizata "inima" elementului, datorita durabilitatii si neutralitatii sale intr-un circuit termic inchis

- aluminiul din care este realizat corpul, datorita inalterabilitatii sale sub actiunea factorilor externi, schimbului termic ridicat si greutatii reduse.

Caracteristici distinctive ale radiatoarelor BIMETAL

absenta coroziunii asigura o mai multa siguranta si o mai putina intretinere

In elementul BIMETAL apa intra in contact cu otelul si mai putin cu aluminiul, evitand astfel formarea si degajarea hidrogenuului in interiorul instalatiei de incalzire

lipsa sudurii confera o rezistenta ridicata

Elementul BIMETAL este turnat intr-un singur bloc sub presiune, aluminiul fiind turnat peste coloana din otel, astfel obtinandu-se un element rezistent la presiuni ridicate de pana la 170 atmosfere (presiune la rupere) si o durata intradevar mai mare decat a elementilor traditionali.

reversibilitatea - o instalare mai usoara

Elementul BIMETAL este reversibil sus/jos, deci este foarte usor de instalat datorita posibilitatii preinstalarii dopurilor si ale reductiilor

continut redus de apa - energie redusa

Elementul BIMETAL contine mai putina apa decat elementii traditionali din aluminii, ideal pentru atat instalatiile proprii cat si pentru cele de bloc deoarece se reduce consumul de energie termica.

design modern

C a l c u l u l H i d r a u l i c A l C o n d u c t e l o r

Calculul hidraulic al retelelor instalatiilor de incalzire are scopul de a stabili diametrele conductelor de alimentare cu caldura ale corpurilor de incalzire.

Pierderile de sarcina in conducte se compun din pierderi de sarcina liniare Dp_d , distribuite in lungul traseului si pierderi de sarcina locale Dp_l, produse in zonele cu neuniformitate.

Pierderea de sarcina:

Pierderea de sarcina totala in cazul unei retele formata din mai multe tronsoane este:

Relatia de determinare a diametrului unui tronson de conducta este de forma:

In calculele preactice pot interveni doua cazuri:

1. Cunoscuta fiind reteaua de conducte a instalatiei cu caracteristicile fiecarui tronson (lungime (l), diametru (d) si debit (Q)) si traseul cu rezistente locale se pot determina pierderea de sarcina Dp.

2. Cunoscut fiind traseul retelei de conducte si caracteristicile fiecarui tronson (lungime (l) si debit (Q)) si in unele cazuri presiunea disponibila (H) se cere determinarea diametrelor conductelor ce alcatuiesc tronsoanele.

C a l c u l u l D e D i m e n s i o n a r e A l C o l o a n e l o r

Principalii pasi in calculul de dimensionare al coloanelor sunt:

Se stabileste circuitul de alimentare astfel incat corpul de incalzire sa fie cel mai dezavantajat amplasat.

Se stabilesc tronsoanele circuitului cel mai dezavantajat (se calculeaza lungimile tronsoanelor si fluxul de caldura pe tronsoane)

Se stabileste presiunea disponibila la baza coloanei care sa fie suficienta pentru alimentarea corpului de incalzire plasat cel mai sus :

H_RI = (1,5.2) H_gm = (1,5.2) g h_R1

unde:

₇₀=977.81 [kg/m³]

₉₀=965.3 [kg/m³]

Se calculeaza o sarcina liniara unitara medie R_m :

a=0.33

1-a este cota de pierdere de sarcina liniara estimata din pierderile totale (estimari pe baza de date statistice in functie de agentul termic si zona din instalatie)

Cunoscand R_m si debitul de caldura Q care circula prin fiecare tronson se determina preliminar diametrul, viteza apei care circula prin conducta si rezistenta.

Dimensionarea racordurilor porneste de la calcularea presiunii disponibile :

H_{disp racord}=(Rl+Z)_{tr sup} r g h

Diametrul, viteza si rezistenta reala se obtin din tabel. Pierderile de sarcina trebuie sa fie mai mici decat presiunea disponibila. Disponibilul de presiune care nu se consuma poate fi consumat prin montarea unor robineti de reglare sau diafragme .

C a l c u l u l D e V e r i f i c a r e

Cunoscand rezistenta reala si lungimea tronsonului se calculeaza pierderile de sarcina liniare Rj Lj .

Pierderile locale se stabilesc in functie suma coeficientilor de pierdere locala si de viteza apei pe tronsonul calculat.

Daca suma celor doua pierderi de sarcina pe traseul consumatorului cel mai dezavantajat este cuprinsa intre 1.5 H_gm si 2 H_gm atunci calculul este corect, altfel :

daca pierderea de sarcina este mai mica decat 1.5 H_gm se micsoreaza diametrele tronsoanelor incapand cu ultimul tronson

daca pierderea de sarcina este mai mare decat 2 H_gm se maresc diametrele tronsoanelor incapand cu primul tronson

C a l c u l u l R e t e l e i D e D i s t r i b u t i e A r b o r e s c e n t a

Pentru alimentarea coloanelor cu agent termic s-a ales o retea de distributie de tip arborescent. Se cunosc :

- schema de distributie

- debitele de caldura

- lungimile tronsoanelor.

Se stabileste consumatorul cel mai dezavantajat si traseul de alimentare al acestuia .

Diametrele conductelor fiecarui tronson se aleg in functie de debitul de caldura pe tronsonul respectiv si viteza de la baza coloanei. Diametrele trebuiesc alese astfel incat viteza apei sa creasca de la punctul cel mai dezavantajat spre punctul de racord .

Dimensionarea racordurilor porneste de la calcularea disponibilului de presiune in nodul de ramificatie care este egal cu suma pierderilor de sarcina pe tronsoanele care urmeaza nodului .

Cunoscand presiunea disponibila se poate calcula o rezistenta medie unitara medie cu care se alege din tabel diametrul si viteza . Disponibilul de presiune care nu se consuma poate fi consumat prin montarea unor robineti de reglare sau diafragme .